全站儀智能化在土地測量中的傳播普及

作者簡介

郭旭陽，男，漢族，西安戶縣人，1994年7月畢業于西安地質學院測量工程系工程測量專業，同年，進入中國建材工業地勘中心陜西總隊測繪隊參加工作，期間參加過山東萊西市重力測量、河北唐海重力測量、耀縣水泥廠礦山地形測量、銅川張家堡地形測量、浙江錢塘江南岸航空攝影測量、甘肅永登重力測量、西安唐城賓館附近地裂逢測量等測量工作。1997年5月至今工作于戶縣國土資源局。主要從事宗地圖測量及繪制工作，負責全縣土地測繪。2002年被西安市國土資源局評為土地開發整理先進個人，2005年、2006年連續被本單位評為先進工作者。

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

摘要:隨著計算機技術的不斷發展進步，全站儀越來越普及。全站儀可高效、快捷、可靠地完成各種測量工作，目前已廣泛用于控制測量、數字測圖、地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程測量和變形監測領域。全站儀在土地測量中的應用，可以結合程序功能，省時省事，一些應用技巧，還有待進一步開發總結。

關鍵詞:全站儀;土地測量;數字化測圖

中圖分類號:N39文獻標識碼:A文章編號:1672-8122(2010)09-0189-02

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

一、全站儀的結構組成與主要特點

(一)全站儀的結構組成

全站儀集測角、測距和常用測量軟件于一身，其整個系統主要包括:1.電子測角系統，相當于電子經緯儀，能夠同時測量水平角和豎直角。2.電子測距系統，相當于測距儀，一般采用紅外光源，測定測站點(安置儀器點)至目標點(需設置棱鏡，目前工程當中也常用無棱鏡全站儀)的距離。3.中央處理及其儲存單元，是全站儀的大腦。將電子經緯儀和測距儀測量的數據，通過其內置的計算程序進行計算，并將計算結果儲存到儲存器中。因此，全站儀也可認為是由電子經緯儀、測距儀和一些計算程序組成的。

全站儀由測角部分、測距部分、傳感部分、數據處理部分、電源部分、中央處理部分、通信接口、顯示屏、鍵盤等組成。全站儀同電子經緯儀和測距儀相比，增加了一些特殊部件，因而使得全站儀具有比其他經緯儀、測距儀更多的功能，使用也更方便[2]。同時，這些特殊部件也構成了全站儀在結構方面獨樹一幟的特點。

(二)全站儀的主要特點

1.同軸望遠鏡。全站儀的望遠鏡中，瞄準目標的視準軸、光電測距儀的光波發射軸、接收系統的光軸三軸同軸化，這樣設計可以使儀器結構緊湊，操作方便，提高功效。同軸性使得望遠鏡一次瞄準即可實現同時測定水平角、豎直角和斜距等全部基本測量要素的測定功能。加之全站儀強大、便捷的數據處理功能，使全站儀使用極其方便。2.雙軸自動補償。全站儀設置有雙軸傾斜補償器。所謂雙軸，是指視準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補償器來調整因縱向軸和橫向軸傾斜對測量的影響。若全站儀縱向軸傾斜，會引起角度觀測的誤差，盤左、盤右觀測值取平均的辦法不能使之抵消。而全站儀特有的雙軸自動補償系統，可對縱向軸的傾斜進行監測，并在度盤讀數中對因縱向軸傾斜造成的測角誤差自動加以改正。3.鍵盤和顯示屏。鍵盤是全站儀在測量時輸入操作指令或數據的硬件，為便于正、倒鏡操作，全站儀鍵盤和顯示屏均雙面設置。全站儀一般設置有較大的顯示屏，可以顯示4行或者4行以上的文字或字符，使全站儀可以同時顯示角度、距離、高差等信息，同時在顯示屏上還設有照明設備。4.存儲器。全站儀儲存器的作用是將已知數據、實時采集的測量數據和計算數存儲起來，再根據需要傳達到其他設備如計算機等中，供進一步的處理和利用。目前，全站儀的儲存器已有相當大的容量。全站儀的儲存器有內儲存器和存儲卡兩種，內儲存器相當于計算機的內存，用于存儲各種數據。為便于管理，內儲存器中的數據以文件為單元進行存儲。有些全站儀還配有存儲卡，存儲卡相當于計算機的磁盤，可以插入全站儀中。存儲卡的容量大，體積小，攜帶方便，一臺全站儀可以使用多張存儲卡。5.通信接口。全站儀可以通過通信接口和通信電纜將存儲器中存儲的數據傳輸給計算機，或將計算機中的數據和信息經通信電纜傳輸給全站儀，實現雙向信息傳輸。

二、全站儀數字化測圖傳播普及

利用全站儀能同時測定距離、角度、高差，提供待測點的三維坐標，將儀器野外采集數據結合計算機、繪圖儀及相應軟件，就可以實現自動化測圖。

(一)全站儀測圖模式

結合不同的電子設備，全站儀數字化測圖主要有以下三種模式。1.全站儀結合電子平板模式。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、記錄數據成圖。因此，它具有圖形直觀、準確性強、操作簡單等優點，即使在地形復雜地區，也可現場測繪成圖，避免野外繪制草圖。目前，這種模式的開發與研究相對比較完善，由于便攜式電腦性能和測繪人員綜合素質不斷提高，因此它符合今后的發展趨勢。2.直接利用全站儀內存模式。該模式使用全站儀內存或自帶記憶卡，把野外測得的數據，通過一定的編碼方式直接記錄，同時野外現場繪制復雜地形草圖，供室內成圖時參考對照。因此，它操作過程簡單，無需附帶其他電子設備;對野外觀測數據直接存儲，糾錯能力強，可進行內業糾錯處理。隨著全站儀存儲能力的不斷增強，此方法進行小面積地形測量時，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，把測量數據記錄在電子手簿或便攜式電腦上，同時可以進行一些簡單的屬性操作，并繪制現場草圖。它攜帶方便，便攜式電腦采用圖形界面交互系統，可以對測量數據進行簡單的編輯減少內業工作量，隨著掌上電腦處理能力的不斷增強，科技人員正進行針對于全站儀的便攜式電腦二次開發工作，此方法會在實踐中進一步完善。

(二)全站儀數字化測圖過程

全站儀數字化測圖主要分為準備工作、數據獲取、數據輸入、數據處理、數據輸出等五個階段[3]。在準備工作階段，包括資料準備、控制測量、測圖準備等，與傳統地形測圖一樣，在此不再贅述?，F以實際生產中普遍采用的全站儀加電子手簿測圖模式為例，從數據采集到成圖輸出介紹全站儀數字化測圖的基本過程。1.野外碎部點采集。一般用解算法進行碎部點測量采集，用電子手簿記錄三維坐標(x，y，H)及其繪圖信息，既要記錄測站參數、距離、水平角和豎直角的碎部點位置信息，還要記錄編碼、點號、連接點和連接線型四種信息，在采集碎部點時要及時繪制觀測草圖。2.數據傳輸。用數據通信線連接電子手簿和計算機，把野外觀測數據傳輸到計算機中，每次觀測的數據要及時傳輸，避免數據丟失。3.數據處理。數據處理包括數據轉換和數據計算。數據處理是對野外采集的數據進行預處理，檢查可能出現的各種錯誤;把野外采集到的數據編碼、測量數據轉化成繪圖系統所需的編碼格式。數據計算是針對地貌關系的，當測量數據輸入計算機后，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、整理經數據處理后所生成的圖形數據文件，對照外業草圖，修改整飾新生成的地形圖，補測、重測存在漏測或測錯的地方。然后加注高程、注記等，進行圖幅整飾，最后成圖輸出。

(三)數據編碼

野外數據采集僅測定碎部點的位置，并不能滿足計算機自動成圖的需要，必須將所測地物點的連接關系和地物類別(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據。野外觀測除要記錄測站參數、距離、水平角和豎直角等觀測量外，還要記錄地物點連接關系信息編碼。

目前開發的測圖軟件一般是根據自身特點的需要、作業習慣、儀器設備和數據處理方法制訂自己的編碼規則。利用全站儀進行野外測設時，編碼一般由地物代碼和連接關系的簡單符號組成。

全站儀的功能不僅是早期只能測原始數據(水平角、豎直角、斜距)，計算坐標、平距、高差、方位、坡度等;而是有了長足進步，計算能力越來越強，程序越來越豐富實用，操作越來越圖文并茂。很多之前要用計算器或計算機來計算的工作，現在可以直接在全站儀上調用程序功能來計算。全站儀就象計算機硬件，裝不同的軟件具有不同的功能和用途。內置的程序未開發出來的功能還很多，希望業界朋友能提供經驗交流，心得線共享，避免技術人員走彎路重頭摸索，以便更好、更快、更準確地完成土地測量工作。

參考文獻:

[1]顧孝烈.測量學[M].上海:同濟大學出版社，2008.

[2]武漢測繪科技大學測量學編寫組.測量學[M].北京:測繪出版社，2000.

[3]高井祥.數字測圖原理與方法[M].北京:中國礦業大學出版社，2001.