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        全站儀自由設(shè)站法在大比例尺制圖中的應(yīng)用

        2019-03-29 10:15:48唐金寶
        科學(xué)與技術(shù) 2019年9期
        關(guān)鍵詞:全站儀

        唐金寶

        摘要:全站儀數(shù)字測圖中難免遇到設(shè)站錯誤,暫無控制點坐標(biāo)或后視困難等情況。對于后者可采用假定坐標(biāo)進行施測。兩種情況下所采集的數(shù)據(jù)可采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法進行糾正,基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換思想對外業(yè)操作的調(diào)整和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換可有效解決上述問題,可以加快工作效率,滿足數(shù)字化測圖要求。

        關(guān)鍵詞:全站儀;自由設(shè)站法;測圖

        全站儀在數(shù)字化測圖中有著廣泛的應(yīng)用,通常采用的方法是在一個控制點上安置儀器,并利用另外一控制點作為定向點,然后進行碎部測量。但在野外測量中常會遇到以下情況:控制點已經(jīng)埋設(shè),但尚無控制點三維資料;控制點已選好但尚未埋設(shè);兩控制點不通視;在城市地籍測量中,控制點不適宜架設(shè)儀器但可以放置棱鏡等。為了趕工期,避免人力浪費,就需要用全站儀的自由設(shè)站功能,打破傳統(tǒng)的“先整體后局部,先控制后碎部”思路,進行先碎部測量成圖,后改化到控制點,這樣就能大大提高工作效率。

        1全站儀自由設(shè)站的外業(yè)操作方法

        在開始測量時,儀器設(shè)置在第一點位,通過操作全站儀在一個易于到達(dá)的地方,需要在附近收集一系列測量數(shù)據(jù),或運行全站儀選擇附近的兩個支導(dǎo)線點,并測量出它們的點位坐標(biāo)。同時,全站儀的操作人員可以在任何時間在該領(lǐng)域選擇附近的支持點進行傳遞,本地架起全站儀以便于隨后采集數(shù)據(jù)。選擇的第二點同樣要確保其定位于正確的位置從而形成小區(qū)域通視,然后假設(shè)測量工位臺站的坐標(biāo)、高度以及方向。另外,還需將全站儀設(shè)置在分支導(dǎo)線點中的第一個臺站位置,測量立于假定坐標(biāo)處反射鏡的二維坐標(biāo)和高度。這簡化了傳統(tǒng)的“先控制后局部”的映射模式,同時映射了部分觀測數(shù)據(jù),認(rèn)為地可以對這些初始數(shù)據(jù)和圖形加以編輯和處理,但應(yīng)該有一個臺站設(shè)置在控制點控制結(jié)果出來了變更后的控制點坐標(biāo)的校正,從而使整個編輯圖形容易得到修正,這可以減少現(xiàn)場作業(yè)時間。

        下面就以上幾種情況分別予以說明。

        1.1 控制點已埋設(shè)但無控制點資料

        這種情況應(yīng)在已埋設(shè)的控制點上設(shè)站,讓儀器大致對準(zhǔn)北方向,水平角歸零(相當(dāng)于方位角歸零,這樣方便作圖和改正),進入測坐標(biāo)模式后,假設(shè)測站點A三維坐標(biāo),連測另一控制點B(也可在測量過程中再測量該點),就可進行碎部測量,為了檢查,還應(yīng)閉合到另一控制點C。

        如果是在兩控制點在通視的情況下還可以在一個控制點上設(shè)站,假設(shè)測站點三維坐標(biāo),后視另一控制點,假設(shè)后視方位角,就可以進行碎部測量。也可以在設(shè)定測站坐標(biāo)(X,Y,H)后,測出測站點到后視點的距離L和高差Δh,以實際方向為準(zhǔn),可假設(shè)后視點的坐標(biāo)為(X+L,Y,H+Δh)或(X,Y+L,H+Δh),然后就可以碎部測量,但要注意至少還要連測一個控制點,以方便檢查圖形的方向是否正確。

        1.2控制點點位已定但尚未埋設(shè)

        這種情況可以在控制點旁另找一個固定的臨時點A做測站點,假設(shè)其三維坐標(biāo),大致對準(zhǔn)北方向,水平角歸零,然后在地面或建筑物上找至少兩個固定位置的點B、C,測出其三維坐標(biāo),然后即可以進行碎部測量。在控制點坐標(biāo)成果得出后,即可與A、B、C連測。

        1.3控制點有坐標(biāo)資料但不通視

        這種情況可以在控制點上設(shè)站,輸入控制點坐標(biāo),儀器大致對準(zhǔn)北方向,水平角歸零,就可以進行碎部測量,在測量過程中通過轉(zhuǎn)站與其它控制點連測。

        1.4控制點都不適宜架設(shè)儀器但可以放置棱鏡

        這種情況可以找一個適宜的地方找任一能與控制點通視的點設(shè)站,假設(shè)其坐標(biāo),儀器大致對準(zhǔn)北方向,水平角歸零,然后即可進行碎部測量。在測量開始,若測站點與另一控制點通視,可直接連測;若不通視,可通過轉(zhuǎn)站在測量過程中連測。

        對于以上幾種情況,若需要轉(zhuǎn)站,其后視點應(yīng)選原測站點或后視點,以方便連測及改算,但如果測區(qū)面積較大或測區(qū)狹長的情況,應(yīng)分片作業(yè),以方便作圖及避免誤差累積。

        2.內(nèi)業(yè)改算

        2.1公式推導(dǎo)

        設(shè)自定義的坐標(biāo)系為X?O?Y?,統(tǒng)一坐標(biāo)系為XOY,X?順時針旋轉(zhuǎn)θ角后與X平行,則某一點的自定義坐標(biāo)(X?,Y?)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一坐標(biāo)(X,Y)的計算公式為:

        X=X0+X?cosθ-Y?sinθ

        Y=Y0+ X?sinθ+ Y?cosθ................ ............(1)

        (1)式中X0,Y0為自定義坐標(biāo)系的原點O?在統(tǒng)一坐標(biāo)系中的坐標(biāo),θ,X0,Y0為轉(zhuǎn)換參數(shù)。

        下面求轉(zhuǎn)換參數(shù)

        設(shè)A,B為控制點,那么,通過坐標(biāo)反算可以求出直線AB在兩個坐標(biāo)系中的方位角α?AB,αAB,從而求出參數(shù):

        θ=αAB -α?AB................ ............(2)

        將A點的兩套坐標(biāo)值XA,YA,X?A,Y?A和(2)式結(jié)果代入(1)式就可以求出參數(shù)X0,Y0:

        X0= XA - X?A cosθ+ YA?sinθ

        Y0= YA -X?A sinθ- YA?cosθ

        高程的計算公式:

        H=H?+HA-H?A

        2.2 計算過程

        計算控制點A的假定值與真實值的三維坐標(biāo)差值ΔX,ΔY,ΔH,作為改算的依據(jù),將假定成果的坐標(biāo)值分別減去ΔX,ΔY;將各點的假定高程分別減去ΔH。計算控制點A與控制點B的方位角假定值與真值的差值Δα作為旋轉(zhuǎn)的依據(jù)。

        2.3圖形轉(zhuǎn)換

        用辦公軟件Excel把各點的高程減去ΔH后把高程展到圖形中。以A?為原點旋轉(zhuǎn)-Δα,將控制點A?,B?的真實值輸入圖形中,將整個圖形選定,以A?為移動基點分別移動到A,即完成了平移與旋轉(zhuǎn)。然后用控制點B做檢查用。完成以上操作后即可進行繪圖的后續(xù)工作。

        2.4數(shù)據(jù)檢核。

        第二工位臺站校正和的高程改正站數(shù)據(jù)后,其垂直和水平坐標(biāo)及標(biāo)高和第一工位臺站的測量數(shù)據(jù)屬于相同的坐標(biāo)系統(tǒng)。在這種情況下,修正后的坐標(biāo)值和應(yīng)不超過相應(yīng)規(guī)模的映射規(guī)范要求。全站儀數(shù)字化測圖精度要比傳統(tǒng)的白色映射在映射過程中采取合理的措施,如果沒有什么大的錯誤,在數(shù)據(jù)采集過程中,上述過程高程差轉(zhuǎn)化,充分滿足大比例尺測圖的精度要求高得多。實踐證明,筆者在實際生產(chǎn)中,如果兩個測量點選擇的情況下錯誤發(fā)生的幾率是非常小的,一般的點位誤差可控制在3cm以內(nèi),高程誤差幾乎等于0。

        3 結(jié)束語

        全站儀自由設(shè)站法解決了控制點不通視等諸多問題,其作業(yè)方式靈活多變,其精度完全能達(dá)到數(shù)字化測圖要求,是一種值得測量工作人員在大比例尺測圖中推廣使用的方法。

        (作者單位:淮南礦業(yè)集團煤業(yè)分公司張集煤礦)

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