浅谈基于全站仪的地形图测绘方法
摘 要:文章主要介绍了南方NTS-300全站仪和南方CASS7.0软件进行测绘地形图的操作方法,具有方便快捷、测量精度高、内存量更大、能够实现水平距离换算、自动补偿改正等优点。
关键词:全站仪 地形图 测量
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。
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,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。
(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,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。
(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。
(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。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