仇文俠

摘要：全站儀數(shù)字化測(cè)圖是測(cè)繪行業(yè)地圖制圖的重要手段，也是高等職業(yè)院校測(cè)繪專業(yè)重要的專業(yè)課程之一。該課程實(shí)踐性非常強(qiáng)，對(duì)于初學(xué)者而言在學(xué)習(xí)過程中容易出現(xiàn)一些問題?；谌緝x數(shù)字化測(cè)圖實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂，對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題進(jìn)行了詳細(xì)歸納總結(jié)，并給出相應(yīng)的解決方案，以期能對(duì)初學(xué)者提供幫助。實(shí)驗(yàn)任務(wù)按項(xiàng)目的形式安排，以分組作業(yè)考核為導(dǎo)向，“遇到問題—分析原因—解決問題”的學(xué)習(xí)模式，點(diǎn)燃了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，夯實(shí)了課程的理論知識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生吃苦耐勞、團(tuán)隊(duì)合作的精神。

關(guān)鍵詞：數(shù)字測(cè)圖；參數(shù)；建站錯(cuò)誤；草圖法；簡碼

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）24-0277-04

一、引言

《數(shù)字化測(cè)圖技術(shù)》是高等職業(yè)院校測(cè)繪專業(yè)必修的一門非常重要的專業(yè)課程。隨著現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)和信息技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字化測(cè)圖已經(jīng)成為測(cè)繪行業(yè)必備的一種手段[1-3]，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字化測(cè)圖的能力勢(shì)在必行。該課程要求學(xué)生掌握數(shù)字化測(cè)圖的基礎(chǔ)知識(shí)，并能付諸實(shí)踐，能以班組為單位順利測(cè)得大比例尺地形圖。本文以全站儀數(shù)字化測(cè)圖實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂為基礎(chǔ)，歸納總結(jié)學(xué)生在實(shí)踐過程中遇到的一些問題，提出解決方案。

二、課程教學(xué)簡介

《全站儀數(shù)字化測(cè)圖技術(shù)》是一門理實(shí)一體化課程，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，核心內(nèi)容有：（1）全站儀相關(guān)知識(shí)及外業(yè)工作；（2）外業(yè)測(cè)圖方法，包括草圖法和簡碼法；（3）等高線測(cè)繪；（4）基于地籍成圖CASS軟件內(nèi)業(yè)成圖。課程開設(shè)目的是讓學(xué)生能夠掌握全站儀數(shù)字化測(cè)圖的基本原理、外業(yè)測(cè)量工作方法及地籍成圖軟件CASS9.0的內(nèi)業(yè)成圖操作。因此，課程按理論課之后馬上安排實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按項(xiàng)目的形式安排，對(duì)理論課的知識(shí)及時(shí)用于實(shí)踐。同時(shí)，外業(yè)采集到的數(shù)據(jù)在測(cè)繪數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)CASS軟件中進(jìn)行成圖。

三、測(cè)區(qū)概況

實(shí)驗(yàn)測(cè)區(qū)①設(shè)在四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院東區(qū)圖書館東廣場(chǎng)。測(cè)區(qū)地勢(shì)平坦，適宜地物測(cè)量。經(jīng)2017年改造之后，該測(cè)區(qū)中間為小廣場(chǎng)，小廣場(chǎng)上分布有4個(gè)小花壇，其南北兩側(cè)都分布有花壇、草地、散樹、行樹、路燈、小路、廣場(chǎng)、路標(biāo)、石碑、石桌、石凳、紀(jì)念樹等，地物豐富，并且不以中間廣場(chǎng)為對(duì)稱。同時(shí)，測(cè)區(qū)與實(shí)訓(xùn)中心測(cè)量儀器室和測(cè)繪數(shù)字化機(jī)房距離都較近，借還儀器及導(dǎo)出數(shù)據(jù)都省時(shí)省力。實(shí)驗(yàn)測(cè)區(qū)②設(shè)在四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院東區(qū)圖書館西側(cè)的小山包。該測(cè)區(qū)兩個(gè)小山包高差2—3m，頂部較平坦，坡度較緩，兩者相連，形成鞍部，鞍部兩側(cè)小山谷特征明顯，其余地區(qū)山脊、山谷、山坡變坡等特征都不明顯。小山包上有茂密的人工草地全覆蓋。該測(cè)區(qū)用于等高線測(cè)繪。

四、實(shí)驗(yàn)安排及出現(xiàn)的問題

1.實(shí)驗(yàn)儀器及測(cè)圖標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)控制測(cè)量利用海星達(dá)全站儀、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，碎步測(cè)量采用海星達(dá)全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。測(cè)圖坐標(biāo)系為任意坐標(biāo)系，比例尺為1∶500。

2.實(shí)驗(yàn)安排。每班分7個(gè)組，每組5—6人。首先進(jìn)行控制測(cè)量。在測(cè)區(qū)選擇控制點(diǎn)，要求控制點(diǎn)必須選擇在路沿之上，不得影響校園交通，視線要開闊，以能照到更多碎步點(diǎn)為佳，相鄰點(diǎn)之間必須通視，相鄰導(dǎo)線長度相差不大，以免影響測(cè)量精度。測(cè)區(qū)①以選擇8—9個(gè)為宜，形成閉合路線。設(shè)定第1個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)為（500，500，500），第1條路線坐標(biāo)方位角為90°。導(dǎo)線測(cè)量外業(yè)使用海星達(dá)全站儀觀測(cè)導(dǎo)線邊長及轉(zhuǎn)折角，導(dǎo)線邊長進(jìn)行5次觀測(cè)取平均值，轉(zhuǎn)折角測(cè)量采用測(cè)回法測(cè)量一個(gè)測(cè)回。高程控制測(cè)量利用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀分別測(cè)量相鄰兩個(gè)控制點(diǎn)之間的高差?？刂茰y(cè)量的外業(yè)數(shù)據(jù)在軟件環(huán)境下進(jìn)行平差處理，得到各個(gè)控制點(diǎn)的x，y，H坐標(biāo)[2]，作為下一步碎步測(cè)量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。然后碎步測(cè)量。依次在各個(gè)控制點(diǎn)建站，以前面相鄰的控制點(diǎn)作為后視點(diǎn)，測(cè)量地物特征點(diǎn)的坐標(biāo)。測(cè)量特征點(diǎn)的平面坐標(biāo)采用坐標(biāo)正算法，如圖1所示，A、B為兩個(gè)控制點(diǎn)，C點(diǎn)為待測(cè)碎步點(diǎn)。首先依據(jù)控制點(diǎn)A、B點(diǎn)的坐標(biāo)反算出直線BA的坐標(biāo)方位角α■，算法為公式（1）[4]。全站儀安置在B點(diǎn)上，測(cè)量出直線BA和直線BC之間的水平角β，及直線BC的長度D■，獲得直線BC的坐標(biāo)方位角α■（式（2））[4]，再按照坐標(biāo)正算法公式（3）算出碎步點(diǎn)的坐標(biāo)[4]。測(cè)量特征點(diǎn)的高程采用三角高程法，如圖2所示，A點(diǎn)為已知點(diǎn)，B點(diǎn)為待測(cè)點(diǎn)，儀器高位i，目標(biāo)高為v。將儀器架設(shè)在A點(diǎn)上，瞄準(zhǔn)B點(diǎn)，測(cè)得豎直角為α及A、B兩點(diǎn)間的距離D■，按公式（4）計(jì)算B點(diǎn)的高程[4]

tan■α■=■ （1）

α■=α■+β （2）

x■=x■+D■cosα■y■=y■+D■sinα■ （3）

H■=H■+Dtanα+i-v （4）

測(cè)量時(shí)數(shù)據(jù)記錄方法有兩種[1]，一是草圖法，即外業(yè)測(cè)量的同時(shí)畫好草圖，在草圖上將地物特征點(diǎn)編號(hào)，號(hào)碼應(yīng)與全站儀里顯示的點(diǎn)號(hào)一致；二是簡碼測(cè)圖，即對(duì)地物特征點(diǎn)按規(guī)定的野外操作碼進(jìn)行編碼，無須畫草圖。最后，從全站儀中導(dǎo)出數(shù)據(jù)，再導(dǎo)入到CASS軟件中編輯成圖。測(cè)區(qū)①草圖法測(cè)量的數(shù)據(jù)可以對(duì)照草圖一筆一筆編輯成圖，也可以采用編碼引導(dǎo)方式自動(dòng)成圖。簡碼法測(cè)量的數(shù)據(jù)采用簡碼引導(dǎo)方式自動(dòng)成圖。測(cè)區(qū)②必須以展示高程點(diǎn)的方式導(dǎo)入CASS軟件，加入地性線，采用泰森多邊形算法構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)TIN模型，基于三角形的每條邊采用相似三角形原理搜索判斷等高線通過的點(diǎn)，相鄰的高程相等的點(diǎn)相連成等高線[2]。

3.實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題及處理方法。實(shí)驗(yàn)中測(cè)區(qū)①每個(gè)組分別按草圖法和簡碼法各測(cè)量一次，測(cè)區(qū)②每組測(cè)量一次。在實(shí)驗(yàn)過程中，每個(gè)組都不同程度地出現(xiàn)了一些問題，歸納如下：

（1）參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤。常見于三個(gè)方面：①數(shù)據(jù)的單位，距離的單位為米，角度的單位為度分秒，高差的單位為米。如果儀器中設(shè)置的單位與測(cè)量人員腦中認(rèn)為的單位不一致的話，就會(huì)出現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)與實(shí)際相差很大。②棱鏡及其參數(shù)設(shè)置。因?yàn)橥鈽I(yè)測(cè)量中用到的目標(biāo)是棱鏡，如果設(shè)置成無棱鏡模式，會(huì)影響測(cè)量精度。棱鏡常數(shù)是重要的棱鏡參數(shù)，即由于棱鏡的反射中心與鏡架中心不相符的差值以及光在空氣中的傳播速度與在玻璃中的傳播速度不同的差值，使全站儀測(cè)距與真實(shí)值相差一個(gè)常數(shù)值[5-6]。該常數(shù)值一般會(huì)在棱鏡上有標(biāo)識(shí)，一般是-30mm。如果想用更為精確的數(shù)值，則可采用三站法測(cè)[5-6]。③測(cè)量環(huán)境參數(shù)，即溫度、濕度、氣壓。因?yàn)殡姶挪ㄔ诳諝庵械膫鞑ニ俾逝c溫度、濕度和氣壓的相關(guān)，因此會(huì)影響到距離測(cè)量精度。在測(cè)量精度要求不高的情況下，一般使用全站儀自己感應(yīng)的環(huán)境參數(shù)即可。

（2）建站錯(cuò)誤。常見四種問題：①坐標(biāo)輸入錯(cuò)誤，即測(cè)站點(diǎn)、后視點(diǎn)坐標(biāo)輸入錯(cuò)誤，與平差結(jié)果不符。②點(diǎn)位找錯(cuò)，在外業(yè)測(cè)量中控制點(diǎn)找錯(cuò)，與實(shí)際不符。③點(diǎn)位找錯(cuò)，坐標(biāo)也輸入錯(cuò)誤。④測(cè)站點(diǎn)、后視點(diǎn)數(shù)據(jù)沒有得到儀器確認(rèn)。前三個(gè)問題，在測(cè)量過程中對(duì)測(cè)量坐標(biāo)系進(jìn)行了平移和旋轉(zhuǎn)，在內(nèi)業(yè)成圖時(shí)可以通過計(jì)算平移量和旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行改正，盡量避免重測(cè)[7-8]。第四個(gè)問題會(huì)造成采集的數(shù)據(jù)雜亂無章，必須重測(cè)。所以，必須記得建站時(shí)測(cè)站點(diǎn)必須保存，后視點(diǎn)瞄準(zhǔn)后確認(rèn)，如圖3所示。

（3）橫、縱坐標(biāo)顛倒。測(cè)量坐標(biāo)x與y數(shù)據(jù)分別與儀器中的N與E對(duì)應(yīng)。如果碎步測(cè)量時(shí)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)x與y互換，可能會(huì)造成控制點(diǎn)相對(duì)位置錯(cuò)誤，形成的圖就像是從地下向上看的狀態(tài)。同時(shí)，碎步點(diǎn)與控制點(diǎn)之間相對(duì)關(guān)系混亂。CASS軟件中默認(rèn)的外業(yè)采集數(shù)據(jù)格式為：點(diǎn)號(hào)，編碼，橫坐標(biāo)y，縱坐標(biāo)x，高程H。這個(gè)格式不能錯(cuò)，如果x，y交換的話，CASS軟件認(rèn)不到，則生成的圖自然就錯(cuò)了。這類問題可以直接在.dat文件中修改，也可以在Excel中打開數(shù)據(jù)文件進(jìn)行批量修改，然后將文件保存為.CSV（帶逗號(hào)分隔）格式，再采用記事本打開后保存為.dat格式即可[9-10]。還有一種修改辦法就是計(jì)算x，y顛倒后的坐標(biāo)系與測(cè)量坐標(biāo)系之間的偏移及旋轉(zhuǎn)角度，在CASS軟件環(huán)境下通過平移和旋轉(zhuǎn)角度的方式對(duì)內(nèi)業(yè)成圖進(jìn)行修正[11-12]。

（4）簡碼編碼問題。常見問題四種：①控制點(diǎn)編碼時(shí)需要在編碼后加點(diǎn)名或點(diǎn)號(hào)，例如C0-N1。因?yàn)樵诘匦螆D中控制點(diǎn)的表示方法是在控制點(diǎn)符號(hào)右側(cè)用分式表示出控制點(diǎn)的名稱或點(diǎn)號(hào)及高程值[13]。如果不在其編碼后加點(diǎn)名或點(diǎn)號(hào)，則形成的圖中只將高程值表示在控制點(diǎn)符號(hào)的右側(cè)，與成圖規(guī)范相悖。②編碼首字母不能用B、U、Q三個(gè)字母，這幾個(gè)字母在CASS中表示擬合線條，而不是折線[14]。③CASS軟件不認(rèn)n+、np等編碼的問題，如圖4所示為CASS軟件安裝目錄下YMSJ.dat數(shù)據(jù)修改前采用簡碼引導(dǎo)自動(dòng)成圖效果。這個(gè)問題有兩種方法解決，第一種解決方法是逐地物測(cè)量，一個(gè)地物測(cè)完之后再測(cè)下一個(gè)地物；第二種方法是修改外業(yè)采集數(shù)據(jù).dat文件，將同一地物的點(diǎn)按測(cè)量順序依次挨著相連接，同時(shí)修改編碼，點(diǎn)號(hào)無須修改。④房屋和填充類地物自動(dòng)成圖不閉合（圖5），需要在軟件環(huán)境下人工繪制完善（圖6）。

（5）地物雙重屬性問題。測(cè)區(qū)草地、花壇中有小路，那么草地的某些邊具有雙重屬性，既是草地，也是小路。按規(guī)程，成圖中每一條線只有一個(gè)屬性，不能有屬性重疊現(xiàn)象，當(dāng)小路與植被重疊時(shí)按小路處理[15]。而一般測(cè)量時(shí)均是按草地處理的。這就需要在后期成圖時(shí)在軟件下進(jìn)行修改編輯，將草地中屬于小路的邊線兩端打斷，然后將其屬性刷為小路的屬性。

（6）建立不規(guī)則三角網(wǎng)TIN模型失真。建立不規(guī)則三角網(wǎng)TIN模型時(shí)，必須考慮加入地性線，約束三角形生成規(guī)則，將實(shí)際地形的山脊、山谷等地性線逼真地顯示出來[16]。如果不加入地性線，構(gòu)建的TIN模型可能將實(shí)際的山脊削平，或?qū)⑸焦忍钇?，造成與實(shí)際地面模型不相符的現(xiàn)象。

五、結(jié)論

《數(shù)字化測(cè)圖》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。初學(xué)者在學(xué)習(xí)過程中難免會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的問題，重點(diǎn)是通過學(xué)習(xí)激發(fā)了學(xué)生探索真理的巨大熱情，夯實(shí)了理論知識(shí)，提高了手動(dòng)能力，增強(qiáng)了學(xué)生吃苦耐勞的精神，學(xué)會(huì)了同學(xué)之間互相包容、合作的能力，同時(shí)也在出現(xiàn)問題—解決問題的過程中拉近了學(xué)生和老師之間的距離。

需要強(qiáng)調(diào)的是，同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程中要仔細(xì)，每一部分做完都要仔細(xì)檢查，檢查無誤之后再進(jìn)行下一步，步步為營，盡量避免修正或者返工。對(duì)于出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方，要學(xué)會(huì)分析問題來源，多做實(shí)驗(yàn)，提高糾錯(cuò)的能力，及時(shí)修改數(shù)據(jù)，及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

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