作者簡介

郭旭陽，男，漢族，西安戶縣人，1994年7月畢業(yè)于西安地質(zhì)學(xué)院測(cè)量工程系工程測(cè)量專業(yè)，同年，進(jìn)入中國建材工業(yè)地勘中心陜西總隊(duì)測(cè)繪隊(duì)參加工作，期間參加過山東萊西市重力測(cè)量、河北唐海重力測(cè)量、耀縣水泥廠礦山地形測(cè)量、銅川張家堡地形測(cè)量、浙江錢塘江南岸航空攝影測(cè)量、甘肅永登重力測(cè)量、西安唐城賓館附近地裂逢測(cè)量等測(cè)量工作。1997年5月至今工作于戶縣國土資源局。主要從事宗地圖測(cè)量及繪制工作，負(fù)責(zé)全縣土地測(cè)繪。2002年被西安市國土資源局評(píng)為土地開發(fā)整理先進(jìn)個(gè)人，2005年、2006年連續(xù)被本單位評(píng)為先進(jìn)工作者。

本期專欄刊出作者關(guān)于全站儀智能化、GPS衛(wèi)星定位技術(shù)等信息與傳播的研究成果，以期共同交流探討。

摘要:隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，全站儀越來越普及。全站儀可高效、快捷、可靠地完成各種測(cè)量工作，目前已廣泛用于控制測(cè)量、數(shù)字測(cè)圖、地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程測(cè)量和變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。全站儀在土地測(cè)量中的應(yīng)用，可以結(jié)合程序功能，省時(shí)省事，一些應(yīng)用技巧，還有待進(jìn)一步開發(fā)總結(jié)。

關(guān)鍵詞:全站儀;土地測(cè)量;數(shù)字化測(cè)圖

中圖分類號(hào):N39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-8122(2010)09-0189-02

全站儀是科技時(shí)代的產(chǎn)物，是智能化的測(cè)量產(chǎn)品。全站儀的使用，使測(cè)量人員從繁重測(cè)量工作中解脫出來。全站儀，即全站型電子測(cè)速儀(Electronic Total Station)，是一種集光、機(jī)、電于一體，能同時(shí)測(cè)量水平角、豎直角、距離(斜距、平距)、高差的測(cè)量儀器系統(tǒng)。[1]因安置一次儀器就可完成該測(cè)站上全部測(cè)量工作，所以稱之為全站儀。在此，筆者重點(diǎn)講述土地測(cè)量中全站儀在數(shù)字化測(cè)圖方面的傳播普及。

一、全站儀的結(jié)構(gòu)組成與主要特點(diǎn)

(一)全站儀的結(jié)構(gòu)組成

全站儀集測(cè)角、測(cè)距和常用測(cè)量軟件于一身，其整個(gè)系統(tǒng)主要包括:1.電子測(cè)角系統(tǒng)，相當(dāng)于電子經(jīng)緯儀，能夠同時(shí)測(cè)量水平角和豎直角。2.電子測(cè)距系統(tǒng)，相當(dāng)于測(cè)距儀，一般采用紅外光源，測(cè)定測(cè)站點(diǎn)(安置儀器點(diǎn))至目標(biāo)點(diǎn)(需設(shè)置棱鏡，目前工程當(dāng)中也常用無棱鏡全站儀)的距離。3.中央處理及其儲(chǔ)存單元，是全站儀的大腦。將電子經(jīng)緯儀和測(cè)距儀測(cè)量的數(shù)據(jù)，通過其內(nèi)置的計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果儲(chǔ)存到儲(chǔ)存器中。因此，全站儀也可認(rèn)為是由電子經(jīng)緯儀、測(cè)距儀和一些計(jì)算程序組成的。

全站儀由測(cè)角部分、測(cè)距部分、傳感部分、數(shù)據(jù)處理部分、電源部分、中央處理部分、通信接口、顯示屏、鍵盤等組成。全站儀同電子經(jīng)緯儀和測(cè)距儀相比，增加了一些特殊部件，因而使得全站儀具有比其他經(jīng)緯儀、測(cè)距儀更多的功能，使用也更方便[2]。同時(shí)，這些特殊部件也構(gòu)成了全站儀在結(jié)構(gòu)方面獨(dú)樹一幟的特點(diǎn)。

(二)全站儀的主要特點(diǎn)

1.同軸望遠(yuǎn)鏡。全站儀的望遠(yuǎn)鏡中，瞄準(zhǔn)目標(biāo)的視準(zhǔn)軸、光電測(cè)距儀的光波發(fā)射軸、接收系統(tǒng)的光軸三軸同軸化，這樣設(shè)計(jì)可以使儀器結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，提高功效。同軸性使得望遠(yuǎn)鏡一次瞄準(zhǔn)即可實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)定水平角、豎直角和斜距等全部基本測(cè)量要素的測(cè)定功能。加之全站儀強(qiáng)大、便捷的數(shù)據(jù)處理功能，使全站儀使用極其方便。2.雙軸自動(dòng)補(bǔ)償。全站儀設(shè)置有雙軸傾斜補(bǔ)償器。所謂雙軸，是指視準(zhǔn)軸在水平面上的投影(稱為縱向軸，用X表示)和橫軸在水平面上的投影(稱為橫向軸，用Y表示)。全站儀通過雙軸自動(dòng)補(bǔ)償器來調(diào)整因縱向軸和橫向軸傾斜對(duì)測(cè)量的影響。若全站儀縱向軸傾斜，會(huì)引起角度觀測(cè)的誤差，盤左、盤右觀測(cè)值取平均的辦法不能使之抵消。而全站儀特有的雙軸自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，可對(duì)縱向軸的傾斜進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在度盤讀數(shù)中對(duì)因縱向軸傾斜造成的測(cè)角誤差自動(dòng)加以改正。3.鍵盤和顯示屏。鍵盤是全站儀在測(cè)量時(shí)輸入操作指令或數(shù)據(jù)的硬件，為便于正、倒鏡操作，全站儀鍵盤和顯示屏均雙面設(shè)置。全站儀一般設(shè)置有較大的顯示屏，可以顯示4行或者4行以上的文字或字符，使全站儀可以同時(shí)顯示角度、距離、高差等信息，同時(shí)在顯示屏上還設(shè)有照明設(shè)備。4.存儲(chǔ)器。全站儀儲(chǔ)存器的作用是將已知數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)采集的測(cè)量數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)存儲(chǔ)起來，再根據(jù)需要傳達(dá)到其他設(shè)備如計(jì)算機(jī)等中，供進(jìn)一步的處理和利用。目前，全站儀的儲(chǔ)存器已有相當(dāng)大的容量。全站儀的儲(chǔ)存器有內(nèi)儲(chǔ)存器和存儲(chǔ)卡兩種，內(nèi)儲(chǔ)存器相當(dāng)于計(jì)算機(jī)的內(nèi)存，用于存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)。為便于管理，內(nèi)儲(chǔ)存器中的數(shù)據(jù)以文件為單元進(jìn)行存儲(chǔ)。有些全站儀還配有存儲(chǔ)卡，存儲(chǔ)卡相當(dāng)于計(jì)算機(jī)的磁盤，可以插入全站儀中。存儲(chǔ)卡的容量大，體積小，攜帶方便，一臺(tái)全站儀可以使用多張存儲(chǔ)卡。5.通信接口。全站儀可以通過通信接口和通信電纜將存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，或?qū)⒂?jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)和信息經(jīng)通信電纜傳輸給全站儀，實(shí)現(xiàn)雙向信息傳輸。

二、全站儀數(shù)字化測(cè)圖傳播普及

利用全站儀能同時(shí)測(cè)定距離、角度、高差，提供待測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，將儀器野外采集數(shù)據(jù)結(jié)合計(jì)算機(jī)、繪圖儀及相應(yīng)軟件，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)圖。

(一)全站儀測(cè)圖模式

結(jié)合不同的電子設(shè)備，全站儀數(shù)字化測(cè)圖主要有以下三種模式。1.全站儀結(jié)合電子平板模式。該模式是以便攜式電腦作為電子平板，通過通信線直接與全站儀通信、記錄數(shù)據(jù)成圖。因此，它具有圖形直觀、準(zhǔn)確性強(qiáng)、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，即使在地形復(fù)雜地區(qū)，也可現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪成圖，避免野外繪制草圖。目前，這種模式的開發(fā)與研究相對(duì)比較完善，由于便攜式電腦性能和測(cè)繪人員綜合素質(zhì)不斷提高，因此它符合今后的發(fā)展趨勢(shì)。2.直接利用全站儀內(nèi)存模式。該模式使用全站儀內(nèi)存或自帶記憶卡，把野外測(cè)得的數(shù)據(jù)，通過一定的編碼方式直接記錄，同時(shí)野外現(xiàn)場(chǎng)繪制復(fù)雜地形草圖，供室內(nèi)成圖時(shí)參考對(duì)照。因此，它操作過程簡單，無需附帶其他電子設(shè)備;對(duì)野外觀測(cè)數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)，糾錯(cuò)能力強(qiáng)，可進(jìn)行內(nèi)業(yè)糾錯(cuò)處理。隨著全站儀存儲(chǔ)能力的不斷增強(qiáng)，此方法進(jìn)行小面積地形測(cè)量時(shí)，具有一定的靈活性。3.全站儀加電子手簿或高性能掌上電腦模式。該模式通過通信線將全站儀與電子手簿或便攜式電腦相連，把測(cè)量數(shù)據(jù)記錄在電子手簿或便攜式電腦上，同時(shí)可以進(jìn)行一些簡單的屬性操作，并繪制現(xiàn)場(chǎng)草圖。它攜帶方便，便攜式電腦采用圖形界面交互系統(tǒng)，可以對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的編輯減少內(nèi)業(yè)工作量，隨著掌上電腦處理能力的不斷增強(qiáng)，科技人員正進(jìn)行針對(duì)于全站儀的便攜式電腦二次開發(fā)工作，此方法會(huì)在實(shí)踐中進(jìn)一步完善。

(二)全站儀數(shù)字化測(cè)圖過程

全站儀數(shù)字化測(cè)圖主要分為準(zhǔn)備工作、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出等五個(gè)階段[3]。在準(zhǔn)備工作階段，包括資料準(zhǔn)備、控制測(cè)量、測(cè)圖準(zhǔn)備等，與傳統(tǒng)地形測(cè)圖一樣，在此不再贅述?，F(xiàn)以實(shí)際生產(chǎn)中普遍采用的全站儀加電子手簿測(cè)圖模式為例，從數(shù)據(jù)采集到成圖輸出介紹全站儀數(shù)字化測(cè)圖的基本過程。1.野外碎部點(diǎn)采集。一般用解算法進(jìn)行碎部點(diǎn)測(cè)量采集，用電子手簿記錄三維坐標(biāo)(x，y，H)及其繪圖信息，既要記錄測(cè)站參數(shù)、距離、水平角和豎直角的碎部點(diǎn)位置信息，還要記錄編碼、點(diǎn)號(hào)、連接點(diǎn)和連接線型四種信息，在采集碎部點(diǎn)時(shí)要及時(shí)繪制觀測(cè)草圖。2.數(shù)據(jù)傳輸。用數(shù)據(jù)通信線連接電子手簿和計(jì)算機(jī)，把野外觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，每次觀測(cè)的數(shù)據(jù)要及時(shí)傳輸，避免數(shù)據(jù)丟失。3.數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)計(jì)算。數(shù)據(jù)處理是對(duì)野外采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，檢查可能出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤;把野外采集到的數(shù)據(jù)編碼、測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成繪圖系統(tǒng)所需的編碼格式。數(shù)據(jù)計(jì)算是針對(duì)地貌關(guān)系的，當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)后，生成平面圖形，建立圖形文件，繪制等高線。4.圖形處理與成圖輸出。編輯、整理經(jīng)數(shù)據(jù)處理后所生成的圖形數(shù)據(jù)文件，對(duì)照外業(yè)草圖，修改整飾新生成的地形圖，補(bǔ)測(cè)、重測(cè)存在漏測(cè)或測(cè)錯(cuò)的地方。然后加注高程、注記等，進(jìn)行圖幅整飾，最后成圖輸出。

(三)數(shù)據(jù)編碼

野外數(shù)據(jù)采集僅測(cè)定碎部點(diǎn)的位置，并不能滿足計(jì)算機(jī)自動(dòng)成圖的需要，必須將所測(cè)地物點(diǎn)的連接關(guān)系和地物類別(或地物屬性)等繪圖信息記錄下來，并按一定的編碼格式記錄數(shù)據(jù)。野外觀測(cè)除要記錄測(cè)站參數(shù)、距離、水平角和豎直角等觀測(cè)量外，還要記錄地物點(diǎn)連接關(guān)系信息編碼。

目前開發(fā)的測(cè)圖軟件一般是根據(jù)自身特點(diǎn)的需要、作業(yè)習(xí)慣、儀器設(shè)備和數(shù)據(jù)處理方法制訂自己的編碼規(guī)則。利用全站儀進(jìn)行野外測(cè)設(shè)時(shí)，編碼一般由地物代碼和連接關(guān)系的簡單符號(hào)組成。

全站儀的功能不僅是早期只能測(cè)原始數(shù)據(jù)(水平角、豎直角、斜距)，計(jì)算坐標(biāo)、平距、高差、方位、坡度等;而是有了長足進(jìn)步，計(jì)算能力越來越強(qiáng)，程序越來越豐富實(shí)用，操作越來越圖文并茂。很多之前要用計(jì)算器或計(jì)算機(jī)來計(jì)算的工作，現(xiàn)在可以直接在全站儀上調(diào)用程序功能來計(jì)算。全站儀就象計(jì)算機(jī)硬件，裝不同的軟件具有不同的功能和用途。內(nèi)置的程序未開發(fā)出來的功能還很多，希望業(yè)界朋友能提供經(jīng)驗(yàn)交流，心得線共享，避免技術(shù)人員走彎路重頭摸索，以便更好、更快、更準(zhǔn)確地完成土地測(cè)量工作。

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