1、本科毕业论文（20 届）全站仪边角测图法的研究所在学院专业班级 测绘工程学生姓名指导教师完成日期1全站仪边角测图方法的研究【摘要】：21 世纪在科技日新月异进步的今天，测绘设备也在不断的更新换代，测量仪器不再是传统的平板仪、经纬仪、水准仪，而是的集光、机、电为一体的全站型电子测距仪 10，以及卫星遥感技术和全球定位系统（GPS）与摄影测量，使得测量领域无论仪器设备，还是测量技术和手段都发生翻天覆地的变化。论文通过与传统的测图方法比较，体现出全站仪边角测图的优势，本文主要介绍全站仪边角测图的原理、全站仪边角测图的外业操作及内业处理流程、并结合在武平县永平乡的野外测图来分析和说明。【关键词】：边角
2、法测图；字化测图；站仪；势分析；据处理2目录1 引言 .31.1 测图的现状.31.2 测图的发展历程.31.3 全站仪边角法测图的优势.32 全站仪边角测图的外业操作.42.1 全站仪边角测图原理.42.2 全站仪边角测图外业生产操作流程.52.3 全站仪边角测图外业精度分析.73 边角法测图内业数据处理.83.1 边角法测图内业数据处理原理.83.2 边角法测图内业数据处理流程.83.3 内业处理常见问题分析与处理.124 全站仪边角测在龙岩市武平县数字测图中的应用.134.1 工程概况.134.2 成果展示.134.3 质量控制.145.结论与展望.145.1 结论.145.2 展望 .
3、14致谢.15参考文献.1631 引言1.1 测图的现状随着人口的增加，很多地区被违章开发，资源和环境遭到严重破坏，为保证国土资源有序有效的开发利用，地籍图测绘正在全国如火如荼的进行着。由此可见，测图在国民经济建设中起着不可或缺的作用。时代在进步，科技在发展，测绘仪器也在不断地更新换代，相应的测图软件也在不断改进。数字测图技术逐步走向成熟，使大比例尺地形图测绘告别了原始落后的测量方式，实现了测绘成果的数字化和现代化 1。数字化测图随着设备的发展，已经有全站仪测图、RTK测图、摄影测量、遥感等先进测量方法。摄影测量及遥感测图模式设备造价相对较高，且对于地籍测图而言，精度达不到要求。而RTK测图由
4、于信号受到时间和地域的限制，在地籍图测绘中并不适用；而全站型电子测距仪作为当前最受欢迎的测绘仪器，融合了电子经纬仪与测距仪的优点，受时间地域的限制相对RTK而言较少，精度也相对RTK来说更高，因此全站仪是目前最实用的大比例尺数字化测图工具。1.2 测图的发展历程二十世纪八十年代至今，在这短短的几十年，测绘仪器跟随科技发展的步伐，由早先的小平板仪、大平板仪、经纬仪、水准仪等逐渐被全站仪、RTK 所替代，测图的方法也由当初繁琐的手工测图发展到了如今的全能型、高精度、智能化的数字测图，测图的发展主要经历了三个阶段 9。1.2.1 测图发展第一阶段（手工测图）二十世纪八十年代中期以前，科技较为落后，地
5、形图的表示主要是通过手工绘制，渐渐的形成了手工测图并逐步完善。手工测图主要指测量时需要人为读数并记录手簿，成图方法采用手工描绘。 11。1.2.2 测图发展第二阶段（手工测图到数字测图的过渡）二十世纪八十年代中期至二十世纪九十年代中期，随着物理学的发展，电子技术不断进步，电磁波测距随之出现，测角仪器由人工记录逐渐转为自动存储，渐渐的出现了少量的电子经纬仪等其它自动化测角仪器 2。1.2.3 测图发展第三阶段（数字测图）二十世纪九十年代中期以后，科技飞速发展，各种现代化测绘设备和成图软件的应用越来越普遍，数字化成图已渐渐取代传统手工成图，测量仪器不再是传统的平板仪、经纬仪，而是集全能型、智能化、
6、高精度于一身的全站型电子测距仪。以全站仪为代表的数字测图将测图事业带上了新的时代。所谓数字测图，就是测图使用的仪器能够自动记录数据，成图的方法采用计算机专业软件编辑。数字测图又称全解析式机助测图。1.3 全站仪边角法测图的优势1.3.1 全站仪边角法测图与传统测图方法的比较传统测图方法一般采用平板仪。平板仪采用垂球对中，会有较大的对中误差。手工描绘地物地貌时，会造成刺点误差，因此传统测图方法精度相对较低，而且劳动强度大、工序多、质量管理难。最终成果为纸质图，保存难度大、成本高，且不能进行修测。因此，必须对白纸图进行扫描矢量化，这不仅增加了内业的工作量，而且还会带来一定的误差，使制成的数字产品的
7、精度降低 3。同时在科技、信息愈加发达的当今社会，传统的纸质地形图已经无法承载实际应用中所需要的诸多图形信息，更新也极为不方便，无法适应社会需求。相比之下，全站仪边角法测图工作中，不存在传统测图方法中的各项误差，只有控制点及支站点的精度误差、碎部点的测距精度误差、碎部点的测角误差 4。全站仪记录数据时，只需记录测站点到碎部点的斜距、水平角、竖直角、仪器高和目标高，即可完成测点数据采集。方便、快捷，大大节省了外业时间，提高了工作效率。全站仪数据采集完后，内业采用 cass软件成图，成果图为电子档，方便存储，能够根据不同的需要进行修改再利用，所测得的地形图能够直接满足现代各种工程的需要。1.3.2
8、 全站仪边角法测图与常规测图方法的比较4常规全站仪数字测图采用坐标测量，在野外数据采集之前必须先做好控制测量，并解算出控制点坐标。如果一个工程，在测量队进场前控制测量还未完成，则测量队只能原地待命，这样就很容易出现人员闲置的情况，如果工期比较赶，则可能会无法按期完成测量任务。且坐标测量在每一个测站都需要输入测站点和后视点的坐标，因此测量员必须随时携带控制点坐标数据。当然现如今全站仪已经很先进，可以事先将控制点文件导入全站仪内，在野外测图的时候只需从仪器中调取坐标数据即可，但是调用坐标数据时必须退出测量界面并切换文件，相比边角测量还是较为繁琐。此外，如果记录的控制点坐标数据破损或者传输的数据有误
9、则无法进行测量，必须重新获取控制点坐标数据。在野外数据采集的过程中，如果观测者粗心大意，设站错误或者定向错误且没有及时发现并改正，则测量数据无效，需要返工。与常规全站仪测图相比，边角法测图在设置测站时，无需后视点和测站点的坐标数据，因此不用事先携带测站点坐标数据或将控制点坐标输入仪器。每次设置测站都不需要切换文件，只需在全站仪测量界面上输入测站点及后视点点号，记录仪器高和目标高，然后照准后视点，置零并测量斜距，该操作称之为定向，定向完成即可开始前视/侧视测量，大大节省了设站时间。此外，由于边角法测图在外业测量时全站仪不进行坐标计算和存储，因此，不仅节省了计算、存储的时间，而且即便设站或者后视点
10、号输错也不影响观测结果，内业数据处理时修改即可。无需担心坐标数据出错而导致测量成果作废；另外在测图工期比较紧张、控制测量还没完成，但控制点已选好，且人员、设备足够的情况下，测图可先于控制测量，避免了人力和物力的浪费，大大提高了工作效率。2 全站仪边角测图的外业操作2.1 全站仪边角测图原理全站仪边角测图原理就是利用全站仪测距和量角的功能，在测站点上采集碎部点相对测站点的距离及相对定向边的转向角，然后将采集数据传输至计算机中，再利用数据处理软件将数据改为适用于数字制图软件的格式，最终实现机助成图。边角测图法是根据极坐标的原理来求得待测点的平面位置。如图2-1，在测站点A上设站， 用已知点B（或支
11、站点）定向, 根据全站仪测得的数据计算待定点P的平面位置(如):（2-1）XP= Xa + apcoscos（2-2）= + cossin(2-3)HP= Ha + apsin +式中 、 、 为测站点A 的平面三维坐标， 、 、 为待定点P 的平面三维坐标，为测站点A 至待定点P的坐标方位角， 为测站点A至待定点P之间的斜距, 为测站点A至待定点P的竖直角，i为仪器高，v为目标高 5。在外业工作中，主要采集转向角和斜距S，内业采用软件进行处理数据，并计算出三维坐标文件。5图2-1 全站仪边角法测量原理示意图2.2 全站仪边角测图外业生产操作流程在测站点上架设全站仪，对中整平，开机进入测量界面
12、，依次输入测站点、后视点（如图 2-2），然后照准后视点，先置零后测量（如图 2-3），至此定向完成。注意：在拓普康全站仪测量界面上，边角测在测量时不是测量坐标也不是测量角度，而是测量斜距（如图 2-4）。图 2-2 全站仪数据采集界面坐标北方向N定向点B左折角 测站点 A方位角 待测点 P6图 2-3 设置后视并置零图 2-4 测量斜距完成定向定向完成后退回到测量界面（如图 2-2），按下 F3 开始碎部点测量，输入点号、编码和目标高，例如：第一个点测量混房，则在点号栏输入“1”，在编码栏输入“F7”（当然编码可以根据个人习惯在 cass2008 软件安装目录下的 SYSTEM 文件夹内修改
13、），镜高根据实际设置。按下 F3 测量，然后按F2 测量斜距，则这个点测完了（如图 2-5）。如果下一个点还是房子且与前一个点相连，则将编码改为“+”然后按 F4 同前即可（点号会自动追加，“同前”即重复前面“测量-斜距”的步骤）（如图2-6），如果下一个点为其它地物且与前一个点不相连，则将编码改为对应地物的编码，相应的目标高要记得修改。7图 2-5 碎部测量图 2-6 碎部测量在野外测量过程中，地形条件复杂，房屋构造也是五花八门，在已有的控制点上进行观测时，往往会出现无法观测完所有地物点的情况，此时就需要支站来测全所有地物点，对于支站点的编码，需要使用规范规定的控制点的代码（如表 2-1），
14、这是为了在内业成图过程中区分出支站点和碎部点，以防止内业绘图时连图错误。支站点点号接着最后一个碎部点点号继续追加。为了防止支站点点号遗忘或者记错而造成不必要的麻烦，此时就需要测量协作员在支站点旁及时记录支站点点号。例如，在已有控制点 JT001 上测完所有碎部点时点号追加到 100，则下一个支站点点号为 101，且需在编码栏输入相应的控制点代码（一般为不埋石图根点 A08）。表 2-1 控制点代码A05,131500,105,导线点A07,131700,106,埋石图根点A08,131800,107,不埋石图根点A09,132100,108,水准点A06,131600,109,土堆上的导线点A
15、10,133000,110,GPS 控制点82.3 全站仪边角测图外业精度分析影响外业测图精度的因素有很多，首先最主要的是控制点的精度，在控制点精度不高的情况下，无论仪器多么先进，人员多么优秀，测图精度都不会达标。在控制点精度良好，仪器和人员配备相同的情况下，影响测图精度的因素主要有两个方面：测角误差和测距误差。2.3.1 测角误差1）仪器误差引起测角误差：具体分为基座位移误差、度盘划分误差、照准部旋转误差、补偿器倾斜量误差与望远镜在调焦过程中视准轴变动等 6。2）仪器对中误差引起测角误差：在测量时因人而异，往往无法做到使仪器三心（仪器中心、照准圆筒中心、埋石点中心）在同一铅垂线上。3）目标偏
16、心误差引起测角误差：在照准棱镜中心时，往往不能非常准确，就产生了照准偏心误差。4）外界环境影响，主要是大气折射和地球曲率的影响。2.3.2 测距误差全站仪测距误差可以分成两个部分：一是乘常数误差、周期误差和加常数误差，这些误差与距离无关，属于仪器误差；二是测距频率误差、大气折射误差、光速误差，这些误差与距离成正比 7。3 边角法测图内业数据处理3.1 边角法测图内业数据处理原理全站仪边角测图数据处理就是根据坐标的正、反算原理，把外业数据经专业软件转换为专业绘图软件所能识别的三维坐标数据。首先采用坐标反算的公式，根据两个已知点的坐标数据推算出坐标方位角；然后根据反算得到的坐标方位角和待测边转向角
17、计算得出待测边坐标方位角，接着根据待测边的距离和待测边的坐标方位角利用坐标正算的公式，解算出碎部点的三维坐标数据。最后转换成制图软件所能识别的格式并利用制图软件成图。这过程看似繁琐，其实不然。现如今，根本不需要手工解算，全都由数据处理软件来完成，不仅节省了时间和人力，还在很大程度上避免了人为解时可能出现的错误，大大提高了作业效率和精度。3.2 边角法测图内业数据处理原理3.2.1 原始数据处理以拓普康全站仪为例，需要用到的软件有拓谱康全站仪数据传输软件和数字测绘数据处理系统。首先通过数据线将全站仪连接到电脑上，在电脑上打开拓普康数据传输软件，点击“GTSGPT 下载” ，在弹出窗口界面根据不同
18、的电脑选择不同的端口（COM 口） ，根据全站仪选择相应的波特率、数据位、奇偶位、停止位（如图 3-1） ，接着打开全站仪，选择当天的数据通过传输软件传输到电脑。用拓普康全站仪数据传输软件传输数据时，应先在电脑上点击开始，然后在全站仪上点确认，在数据传输过程中应避免数据线松动而导致数据传输错误。9图 3-1 数据传输数据传输完后，先要进行数据转换工作，在菜单栏点击转换，将原始数据转换到 SSS(GTS-700/710/800)(原始数据或坐标)并检查数据是否存在错误。常见错误有：重复设站、重复定向、设站点与定向点点号输错、定向没有置零等。一般而言，熟悉全站仪边角测图方法后，正常情况下是很少会出现这些错误的，因此并不需要花费大量时间去检查数据。原始数据格式（如图 3-2） 。图 3-2 测量原始数据格式
