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基于全站仪的地形图测绘方法探讨黄首彪,李生庚临海市水利局杜桥水利站,浙江临海�317016;2.临海市水利局桃渚水利站,浙江临海�317013)摘要:根据南方NTS-300全站仪和南方CASS7.0软件进行测绘地形图的操作,方便快捷、测量精度高、内存量更大、能够实现水平距离换算、自动补偿改正等.正朝着全自动、多功能、开放性、智能型、标准化方向发展,将极大地提高生产效率.关键词:全站仪;测量;地形中图分类号:P217文献标识码:A文章编号:1008-536X(2008)04-0017-005OntopographicMappingBasedonETSHUANGShoubiao1,LIShenggeng2（1.DuqiaoWaterConservancyStation,Linhai317016,China;2.TaozhuWaterConservancyStation,Linhai317013,China)Abstract:ThestrongpointsintopographicmappingofSouthNTS-300ElectronicTotalStationandSouthCASS7.0Softwareareauto�maticcalculationandcompensationinhorizontaldistancewithhighprecisionandlargeEMSmemory.Thepromisinginnovationontopo�graphicmappingwillimproveproductionefficiencyinthetermsofmulti�function,full�automation,high�intelligenceandextreme�stan�dardization.Keywords:ElectronicTotalStation;topographicmap;measuringmethods0�0引言传统的地形测图(白纸测图)实质上是将测得的观测值(数值)用图解的方法转化为图形.这一转化过程几乎都是在野外实现的,即使是原图的室内整饰一般也要在测区驻地完成,因此劳动强度较大;再则,这个转化过程将使测得的数据所达到的精度大幅度降低.特别是在信息剧增,建设日新月异的今天,一纸之图已难载诸多图形信息;变更、修改也极不方便,实在难以适应当前经济建设的需要随着电子测距仪、电子经纬仪及微处理机的产生与性能的不断完善,在20世纪60年代末出现了把电子测距、电子测角和微处理机结合成一个整体,能自动记录、存储并具备某些固定计算程序的电子速测仪.因该仪器在一个测站点能快速进行三维坐标测量、定位和自动数据采集、处理、存储等工作,较完善地实现了测量和数据处理过程的电子化和一体化,所以称为全站型电子速测仪,通常又称为电子全站仪或简称�全站仪.全站仪就具有小型、轻巧、精密、耐用等特征,并具有强大的软件功能.操作方便快捷、测量精度更高、内存量更大、结构造型更精美合理.能够实现水平距离换算、自动补偿改正、加常数乘常数的改正等.目前,全站仪的发展现状及前景正朝着全自动、多功能、开放性、智能型、标准化方向发展,它将在地形测量、工程测量、工业测量、建筑施工测量和变形观测等领域中发挥越来越重要的作用.全站仪的应用范围已不仅局限于测绘工程、建筑工程、交通与水利工程、地籍与房地产测量,而且在大型工业生产设备和构件的安装调试、船体设计施工、大桥水坝的变形观测、地质灾害监测及体育竞技等领域中都得到了广泛应用.相对于传统的测量仪器,全站仪的应用具有以下特点:(1)在地形测量过程中,可以将控制测量和地形测量同时进行.(2)在施工放样测量中,可以将设计好的管线、道路、工程建筑的位置测设到地面上,实现三维坐标快速施工放样.(3)在变形观测中,可以对建筑(构筑)物的变形、地质灾害等进行实时动态监测.(4)在控制测量中,导线测量、前方交会、后方交会等程序功能,操作简单、速度快、精度高;其他程序测量功能方便、实用且应用广泛.(5)在同一个测站点,可以完成全部测量的基本内容,包括角度测量、距离测量、高差测量,实现数据的存储和传输.(6)通过传输设备,可以将全站仪与计算机、绘图机相连,形成内外一体的测绘系统,从而大大提高地形图测绘的质量和效率.全站仪作为当前最常用的测量仪器之一,它的发展改变着我们的测量作业方式,极大地提高了生产的效率.1．全站仪的测图方法全站仪测图的工作过程主要有:数据采集、数据处理、图形编辑和图形输出.数据采集的目的是获取数字化成图所必需的数据信息,包括描述地图实体的空间位置信息(坐标和连接关系)和属性信息.数据采集主要有两大类方法:外业采集和内业采集.外业采集就是数据采集在野外完成.外业采集有两种工作方式,一种是在野外用全站仪采集数据,将数据存入与仪器相连的电子手簿或全站仪内存中,然后,再将测量数据(一般为测点坐标)传入计算机供进一步处理.另一种作业方式是在野外直接将全站仪与计算机(便携机)连接在一起,测量数据实时传入计算机,现场加入地理属性和连接关系后直接成图.当在外业采集数据时,测点的连接关系及地图实体的地理属性一般也在工作现场采集和记录,而且有两种不同的采集和记录方法.一种方法是用约定的编码表示,野外测量时,将对应的编码存储到电子手簿或全站仪的存储器,最后与测量数据一起传入计算机.另一种方法则用草图来描绘测点的连接关系和实体的地理属性,野外测量时绘制相应的草图(不输入到电子手簿或全站仪存储器),在内业工作中,再将草图上的信息与电子手簿传入的测量数据进行联合处理.外业采集的另一个基础性的工作是控制测量,包括等级控制与图根控制.内业采集主要是指对已有地图的数字化,它主要用数字化仪或扫描仪完成.数据处理是将采集的数据进行处理,使之成为符合成图软件要求的数据,包括数据格式或结构的转换、投影变换、图幅接边、误差检验等内容.图形编辑是对已经处理的数据所生成的图形(包括地理属性)进行编辑、修改的过程.图形输出则是将已经编辑好的图形输出到所需介质上的过程,一般用绘图仪或打印机输出.图形输出也包括以某种指定的或标准的格式输出数据文件.由于实际工作中数据处理、图形编辑、图形输出都是在室内完成的,因此,一般将它们与内业数据采集一起统称为数字化成图的内业;而将外业数据采集称为数字化成图的外业.在实施测量前,还必须定义使用的坐标系统.本文将全站仪(数字)测图方法从测量准备(坐标系统建立)、(外业)数据采集和(内业)数据处理三个方面作一阐述.2．平面控制坐标系的建立在测量之前,首先应确立对每一个站使用哪种平面坐标系.一般来说,通常都是选择大地坐标系作为测图用的坐标系,以方便使用测区范围内的国家三角点或各等级的GPS的点.在测图范围内若没有可利用的已知控制点时,则可建立测区独立的平面直角坐标系(地方坐标系),起始方位角可考虑以地球正磁北为零度.独立坐标系可按下列过程建立[2-3].(1)确定起始方向对于地形变化不太复杂的站,首先在测绘地形图的范围内选择一个仪器设站点(O),该站点要求视线开阔,能看到测图范围内的大多数碎部测点,设站点确定后需(用红漆)标记.然后在设站点上架设全站仪并进行对中整平,全站仪整治完成后将指北针放在全站仪上,使全站仪视线的方向与指北针的正北方向一致,将全站仪水平方向止动,在其视线前方一定距离的位置选择一点(A)并(用红漆)标注好,见图1,然后用四等水准测量的方法测出设站点与标记点之间的高差,在(假设)已知测站点高程的情况下,则标记点两点的高程亦为已知.图2测图坐标系(2)确定起始点坐标通常是把架站点作为测图区域中的参考起始点,一般可假定为:北向N(X)=10000.000,东向E(Y)=10000.000,其高程H(Z)为测量值或自行设定.然后,测定后视站点(A)坐标,方法是用全站仪测定测站点(O)到(磁北)方向标记点(A)之间的水平距离(平距)S,那么后视站点(A)的坐标则为:北向N(X)=10000.000+S,东向E(Y)=10000.000,其高程Z为测量值(或设定值).(3)建立存储文件夹观测完成后需将相应观测数据存入全站仪的内存中,建立起测量坐标的文件夹,为使用方便起见,一般可考虑用日期来命名文件夹.坐标定义点测量完成后将两站点的坐标编号输入至文件中(架站点(O)编为1号,后视站点(A)编为2号),保存之后退出来,重新测量后视点的坐标,检查误差是否在允许范围之内.如果误差过大,需重新测量或进行调整;如果误差在允许范围内,则可以开始进行下一步测量.3．外业测绘工作外业测绘工作的主要内容就是数据采集---测量每个特征(碎部)点的坐标.在具体进行测量时,一般是采用草图测绘法,即边测量边绘制测区的草图,将各特征(碎部)测量点上的点号记录在草图的相应位置上,并尽可能多标注一些重要的地物地貌,以便准确的绘制地形图.(1)测站的建立首先将全站仪在架站点上进行整置(对中、整平),然后量出仪器上红漆点至全站仪横轴中心的高度(仪器高,该高度也可通过测量计算得出),测量温度、气压、棱镜高,一并输入到全站仪中,开始建站(见图3).图3�测站的建立(2)测区转站点建立如果测区中在一个架站点设站不能测量测区内的全部的碎部点时,就需要在多个点设站,这些点称为转站点,这些点的平面坐标须已知.在选定的转站点点位上须标记(用红漆标注),并编号命名,如ZZ1、ZZ2、∀∀等.用NTS-300全站仪建站的操作如下:按MENU键#F1#输入#�文件名#回车#F1#输入#�1回车#�#输入#�仪高#回车#OK?是#记录?是.F2#输入�2.然后将全站仪对准后视点上的棱镜,回车#后视#回车#OK?是#测量#坐标#记录?否.完成建站.(3)测区支导点坐标的求取在测图过程中,有时会出现任何一个已知点设站都有看不到的碎部点,这时可以通过已知点(站)测绘出一个合适位置(点)的坐标,使该点成为已知坐标的点,然后在此处架站(摆仪器)测绘碎部点,这样的设站�第4期黄首彪等:基于全站仪的地形图测绘方法探讨19�点称之为支导点.支导点的坐标可用如下方法求取.将棱镜架在支导点(编号为1)上并对中调平,将全站仪的望远镜描准已知点上的棱镜,输入�点号(编号为3)#回车#输入�编码(编码为ZZ1)#回车#测量#坐标,此后全站仪可自动记录点号和坐标.该支导点在全站仪中存储的点号为3,其后每对准一个测量点时只需按�同前键即可.(4)碎部点坐标的求取全站仪测图要求先确定所有碎部点的坐标及记录碎部点的绘图信息(及数据采集),才能利用计算机自动成图.在野外数据采集中,若用全站仪测定所有独立物的定位点、现状地物、面状地物的转折点(通称碎部点)的坐标,不仅工作量大,而且有些点无法直接测定.因此,必须灵活运用�测算法,测、算结合来确定碎部点坐标.碎部点坐标�测算法的基本思想是:在野外数据采集时,利用全站仪适当用极坐标法或照准偏心法等方法测定一些�基本碎部点的位置(坐标),然后充分利用直线、直角、平行、对称、全等等几何特征,在室内(或现场)计算出所有碎部点的坐标.�基本碎部点是指能满足各种测定碎部点方法(除极坐标法)的必要起算点[1].常用的碎部点测算方法主要有全仪器法(极坐标法、照准偏心法)、半仪器法(方向交会法、角度交会法)、勘丈法、计算法等方法.(5)数据传输测量完后,需把全站仪内存中的数据文件传到计算机中,才能进行数据处理分析和地形图的绘制.南方全站仪通常采用南方测绘仪器公司的专用传输软件�NTS进行数据传输,在传输前需在全站仪和�NTS软件上先设置好通讯参数,两方的通讯参数必须一致才能进行数据传输.首先用专用数据线把全站仪与计算机连接在一起,在NTS-300全站仪上设置仪器通讯参数的方法如下:按�MENU键#F3#F4#F4#F1#F3#F1#F3#回车(此时波特率=4800b/s)#F2(此时通讯协议为单向)#按�ESC键回退#F3(此时字符为8位,无校验)#按�ESC键回退两次#F1#F2#F1(在此时输入文件名)#F4回车,到此全站仪上不要作任何操作.然后,在计算机上启动传输