全站儀配合CASS 軟件在小范圍地形測量中的應用

常永梅

(中鐵十二局集團第四工程有限公司，陜西 西安 710021)

0 引言

隨著測繪儀器和測繪技術的更新，普通的地形測量方法已經被先進的測量儀器RTK和強大的自動成圖測繪軟件所代替，對于大面積的地形測量，我們將采用專業的測繪軟件和專業的測繪儀器進行測量和繪制地形圖。但在小范圍內的地形測量中，我們基本還是采用傳統的測量方法，比如外業采用全站儀進行現場取點，然后采用制圖軟件CAD等成圖軟件進行內業數據處理，內外業基本都是采用手工記錄和手工輸入來完成最終的圖形。由于CAD軟件的局限性，地形圖的處理還是存在很大缺陷，而且對于測量工作者來說工作量也相當大。

最近我們通過采用徠卡TCRA1201全站儀配合南方成圖CASS軟件結合實踐，外業測量采用徠卡TCRA1201全站儀的跟蹤模式，內業采用CASS軟件的成圖系統，數據傳輸采用儀器電腦串口鏈接方法，基本完成了內外一體化的測量模式。外業不需要記錄數據，采用儀器自動記錄模式，內業也取消了手工輸入坐標模式，采用串口鏈接方式直接從儀器內存中讀取全站儀中CASS軟件需要的數據格式。此方法操作簡單，外業測量速度相當快，精度也高，基本免去了采用人工瞄準測量點的步驟，采用儀器的自動跟蹤模式測量、記錄。在數據存儲和數據處理上實現了自動化，外業無需任何記錄，內業不需手動輸入，實現了內外業一體化。南方CASS地形地籍成圖軟件是基于AutoCAD平臺技術的基礎上開發的成圖軟件。在地形測量和成圖方面相對比較強大，廣泛應用于地形成圖、地籍成圖、工程測量應用等領域，對于面向徠卡全站GSI的接口上，打通數字化成圖系統與GSI接口，使用骨架線編輯，簡碼用戶化、GSI無縫接口等技術，目前已經成為測繪領域及其相關測繪作業的成圖主要系統。

下面我們以實際工程為例簡單介紹如何利用全站儀配合南方CASS軟件測繪一張地形圖。

1 工程概況

寧安鐵路六標一分部施工DK226+330～DK227+800路基工程為全挖方段路基，本段路基挖方量共計90萬m3，考慮挖方量較大，路基現有征地范圍內無法滿足全部棄土量，因此初步決定在DK226+400～DK226+700的線路左側50 m～250 m范圍內重新征取棄土用地。此處地形為自然山體緩坡狀，呈山谷狀態，植被茂密，考慮到此處地形是否滿足所有路基挖方量的棄土，所以在土地征用前首先要測出該處地形，才能計算棄土方量。起初我們采用原始測量方法，由于該處地形復雜，高低相差30 m左右，所以采用全站儀普通測量方法測量橫斷面難度相當大，而且精度也相對較低。經過現場考察，最后采用自由設站進行儀器外業數據自動采集，然后采用CASS軟件進行內業處理，此方法的利用大大縮短了測量時間，尤其在測量員跑點上無需考慮線路左右里程的統一，方便靈活，測量精度也相對較高。

2 建立平面控制坐標系

根據現場地形我們在該區域埋設4個臨時控制點，4個控制點位置基本呈正方形，高程都在48 m～50 m之間，此4個臨時控制點位置的選定，保證了全站儀假設該處地形任何一個范圍內通過自由設站都能同時后視任意兩個臨時控制點。在臨時控制點三維坐標測量方面我們采用全站儀固定點后視方法，對4個臨時控制點進行平面高差測量，每次測量均采用正倒鏡測設，共測設3個測回后取平均值作為最終測量成果。

3 碎部測量

碎部外業測量首先架設全站儀在任意位置，設站處盡量設在視野開闊、地勢平坦處，這樣以減少儀器的頻繁設站，保證儀器的穩定。儀器架設調試完畢后，進行自由設站、定向，然后進行碎部測量。碎部測量數據采集利用全站儀自帶內存進行存儲，為了避免區分地形測量的碎部點和全站儀內部平時放樣點混淆，在碎部點測設之前全站儀內需重新建立新文件夾。在地形采集數據時，我們采用6組～8組棱鏡進行碎布跑點測量，采用多棱鏡進行跑點測量:

1)可以減少跑點人員的活動量，尤其在地形變化較大地區;

2)減少全站儀的自動搜索時間。

測量時不需按照擬定路線進行移動，跑點人員只需把地形變化點數量采集足夠就可以，對于地形比較陡峭的地段，我們還可以采用儀器的紅外測距功能進行測量，無須人員到達測設，保證了人員的測設安全。

為了保證圖形的準確性，一般在地形線要多觀測特征點和足夠的密度，這樣生成的等高線才能真實反映實際地貌，地形變化不大地方，可以適當降低點的采集密度。

4 數據傳輸

當外業碎部測量數據采集完成后，須要把全站儀內存中的作業數據文件傳輸到計算機中，才能進行地形圖的繪制，普通的全站儀傳輸數據方法有兩種:一種是用全站儀自帶的傳輸軟件;一種是用CASS軟件自身進行傳輸。當采用CASS軟件進行下載時，首先打開CASS軟件，點擊數據工具下拉菜單中的讀取全站儀數據命令，此時將出現全站儀內存數據轉換窗口，在窗口中選擇通訊口COM1，波特率選擇9600(徠卡儀器設置)效驗選擇無效驗，數據位選擇8位，停止位選擇1位，在通訊臨時文件中選擇全站儀作業文件格式為GSI格式，在CASS坐標文件中選擇要生成的DAT文件格式(見圖1)，然后點擊確定。此時儀器將把儀器作業文件導入電腦為.dat格式文件的內容，第一列為點號，然后為東坐標(Y)、北坐標(X)、高程。如果現場測量點號編碼有錯誤時可以打開DAT文件進行修改。

圖1 DAT文件內測量數據格式

5 數據處理

內業處理采用CASS軟件進行自動處理，無需手動輸入坐標。首先進入CASS主界面，單擊等高線工具菜單下的建立DTM命令，將會出現一個對話窗，在建立TDM方式的命令下選擇有數據文件生成模式，然后將選擇有全站儀導出的地形測量.dat作業文件，在結果顯示區域選擇顯示三角網命令，這樣可以修改控制點的位置，此時在現實圖形的區域可以看到有測量點生成的三角網圖形命令，此時命令區會提示，讀點完成。共讀入536個點。然后點擊等高線下的繪制等高線命令，在命令中輸入要使用的比例尺精度，然后點擊確認命令，此時出現繪制等高線值的對話框，上面將顯示最小高程和最大高程，根據最大和最小高程可以進行平整場地的標高。在等高距中設置等高距的范圍，在擬合方式中選擇3次B樣條擬合方式，這樣可以保證等高線的平滑性，然后點擊確定，此時在已經生成的三角網中同時生成所測地形的等高線圖形(見圖2)。然后點擊主菜單繪圖處理下的展野外測點點號，同樣選擇地形測量.dat文件，這樣可在屏幕上展出野外測點。在點擊“繪圖處理”—“展高程點”選取“地形測量DAT”直接回車，高程點全部展出來。如果圖形中等高線的高程注記密度不能滿足要求時可以使用等高線工具下的等高線注記命令進行局部加密注記，注記方法主要采用沿直線坡度注記和沿直線示坡線注記兩種方法。

圖2 由DAT格式文件直接生成的三角網和等高線圖像

6 場地平整及計算

接下來我們將進行棄土場平整數據計算，大家知道場地平整目的就是使全場土方量按照設計標高達到填挖平衡。如果采用普通的斷面測量是很難進行此項數據計算的，而且計算數據精度較低，但采用CASS中的土方量計算進行場地平整計算，可以發現它的計算時間和精度是相當快而高的。首先我們在延續上面圖像的情況下，在地形圖選擇一段區域作為進行土方量計算的區段，再點擊工程應用/DTM法土方量計算/根據坐標文件。在選擇區域計算時，一定要形成閉合圖形。在現實TMD對話框時輸入場地平整的設計標高，然后點擊確定，根據數據內容將生成計算面積和方量，見圖3。

圖3 由DAT文件計算出的土石方量

如果需要對地形地物進行必要的注記，即加注一些文字說明并添加圖框，“繪圖處理”菜單下“任意圖幅”，根據所測圖的大小輸入縱向、橫向尺寸，在圖名欄里輸入必要的信息，點擊確定，這樣一幅完整的地形圖上就完成了局部平整場地的土方量計算模式，大范圍的場地平整同樣可以采用上述操作方式來完成。

7 結語

通過以上步驟，以棄土場實際工程為例，完成了一幅地形圖從外業測量到內業成圖計算的全過程，具體的很多細節部分需在成圖過程中親自體會，才能更好的掌握CASS軟件背后更強大的功能。通過對此方法的現場利用，大大節省了測量時間，尤其在內業數據處理上更為快速準確，也相應的為項目部成本節約部分測量費用。