全站儀測(cè)量農(nóng)田規(guī)劃地形圖的探討

韓興輝，馮翠芹

(1.天津大學(xué)仁愛(ài)學(xué)院，天津 301636；2.天津石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 301607)

?

全站儀測(cè)量農(nóng)田規(guī)劃地形圖的探討

韓興輝1，馮翠芹2

(1.天津大學(xué)仁愛(ài)學(xué)院，天津 301636；2.天津石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 301607)

土地制度改革是目前我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的新亮點(diǎn)，推廣農(nóng)業(yè)適度規(guī)模經(jīng)營(yíng)成為當(dāng)前時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。而農(nóng)業(yè)的規(guī)模性經(jīng)營(yíng)模式需要農(nóng)田基礎(chǔ)測(cè)繪信息的完善。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法相比，利用全站儀測(cè)量采集完成農(nóng)田信息數(shù)字化測(cè)量，更能滿足現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求。該研究總結(jié)了常測(cè)量農(nóng)田方法難以解決的問(wèn)題，提出用全站儀測(cè)繪農(nóng)田地形圖，并對(duì)全站儀在農(nóng)田地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用方法和技巧等進(jìn)行分析。

農(nóng)田測(cè)量；測(cè)量；地形圖；全站儀

我國(guó)實(shí)行農(nóng)戶承包經(jīng)營(yíng)，集體擁有土地所有權(quán)，農(nóng)戶擁有承包經(jīng)營(yíng)權(quán)，“兩權(quán)分離”取得良好效果。隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的加速，大量人口和勞動(dòng)力離開(kāi)農(nóng)村走向城市和工廠，現(xiàn)有的土地承包政策已不能夠適應(yīng)現(xiàn)代化腳步的發(fā)展。農(nóng)業(yè)的發(fā)展惠及幾億人民大眾，無(wú)論是從激發(fā)農(nóng)民對(duì)農(nóng)業(yè)的態(tài)度還是科學(xué)種田的角度來(lái)說(shuō)，土地制度的改革條件正在成熟，推廣農(nóng)業(yè)適度規(guī)模經(jīng)營(yíng)成為當(dāng)前時(shí)代必行的趨勢(shì)。農(nóng)業(yè)的規(guī)模性經(jīng)營(yíng)模式需要農(nóng)田基礎(chǔ)測(cè)繪信息的完善，農(nóng)田基礎(chǔ)測(cè)繪信息為農(nóng)業(yè)的規(guī)模性經(jīng)營(yíng)、土地的規(guī)劃發(fā)展提供了重要保障，是建設(shè)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的重要依據(jù)。利用全站儀測(cè)量采集完成農(nóng)田信息數(shù)字化測(cè)量，更能滿足現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求。

1 常規(guī)測(cè)量農(nóng)田方法難以解決的問(wèn)題

農(nóng)田規(guī)劃常用測(cè)量方法主要有測(cè)繩、標(biāo)桿、測(cè)距儀、測(cè)積儀等方法，在測(cè)量過(guò)程和成果處理方面，通常容易產(chǎn)生以下難以解決的問(wèn)題：

(1)農(nóng)田邊長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)，施行分段測(cè)量帶來(lái)誤差多次累積，對(duì)測(cè)量誤差的評(píng)估難以確定。

(2)當(dāng)所測(cè)量的地塊地勢(shì)有斜坡或不平坦(田地邊的兩端點(diǎn)高程不一樣)時(shí)，所測(cè)得邊長(zhǎng)距離是斜距，而不是實(shí)際水平邊長(zhǎng)的距離；測(cè)得面積為傾斜面積，也不是正投影面積。

(3)對(duì)不規(guī)則形狀的地塊，測(cè)量其面積極為不方便，有的只能計(jì)算為大概面積值，達(dá)不到測(cè)量成果的精度要求。

(4)對(duì)于農(nóng)田長(zhǎng)期規(guī)劃所開(kāi)發(fā)修建的道路，灌溉渠道等公共設(shè)施所占用的面積難以公平分?jǐn)偅瑸橥恋爻邪群罄m(xù)工作帶來(lái)不便。

(5)對(duì)于現(xiàn)代化農(nóng)田種植的規(guī)劃發(fā)展，農(nóng)田地理信息更新完善工作量太大，投入太多。

(6)當(dāng)有障礙物(樹(shù)林、蘆葦、河流、房屋等)影響測(cè)量時(shí)，給測(cè)量工作帶來(lái)大量麻煩。

(7)傳統(tǒng)方法測(cè)量大面積農(nóng)田地塊，需要大量測(cè)量數(shù)據(jù)，這的數(shù)據(jù)計(jì)算和檢查工作繁重。

2 測(cè)量大比例尺地形圖的要求

農(nóng)田地形圖測(cè)量屬于大比例尺地形圖測(cè)量，在測(cè)量時(shí)要嚴(yán)格按照大比例尺地形圖的要求經(jīng)行測(cè)量。大比例尺地形圖測(cè)繪對(duì)等高距和采樣地形點(diǎn)最大間距都有基本要求，如表1和表2所示[1]。

表1 地形圖的基本等高距 m

表2 一般地形點(diǎn)最大間距和視距規(guī)定

農(nóng)田地形圖測(cè)繪要求應(yīng)正確繪出植被的類別特征和分布范圍。耕地、園地應(yīng)實(shí)測(cè)范圍，配置相應(yīng)的符號(hào)表示。同一地段生長(zhǎng)有多種植物時(shí)，植被符號(hào)可配合表示，但不得超過(guò)3種(連同土質(zhì)符號(hào))。如果種類很多，可舍去經(jīng)濟(jì)價(jià)值不大或數(shù)量較小的。符號(hào)的配置應(yīng)與實(shí)地植物的主次和稀密情況相適應(yīng)。旱地指除稻田以外的農(nóng)作物耕種地和撂荒未滿3年的輪歇地，包括種植小麥、雜糧、棉花、煙草、大豆、花生和油菜的田地，經(jīng)濟(jì)作物、油料作物應(yīng)加注品種名稱。菜地指較固定的常年種植、面積較大的菜地。有噴灌設(shè)備或節(jié)水灌溉設(shè)施的耕地應(yīng)加注“噴灌”、“滴灌”等。一年分幾季種植不同作物的耕地，應(yīng)以夏季主要作物為準(zhǔn)配置符號(hào)。

3 運(yùn)用全站儀測(cè)繪農(nóng)田地形圖方法

工作人員利用測(cè)量?jī)x器全站儀在測(cè)站上對(duì)地面點(diǎn)的坐標(biāo)、高程等參數(shù)進(jìn)行同時(shí)測(cè)量的方法稱為全站儀測(cè)量。由于全站儀能高精度、快捷地同時(shí)測(cè)量角度、距離、高程3要素，且迅速而精確地在現(xiàn)場(chǎng)得出所需的計(jì)算結(jié)果，并通過(guò)傳輸接口將全站儀在野外采集系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)、自動(dòng)繪圖機(jī)連接起來(lái)，配以數(shù)據(jù)處理軟件和繪圖軟件，實(shí)現(xiàn)地形圖測(cè)繪的自動(dòng)化[1]。因此，全站儀測(cè)量廣泛應(yīng)用于各種測(cè)量工作中。而在農(nóng)田地形圖測(cè)量中，全站儀測(cè)繪主要分為以下5個(gè)步驟。

3.1 導(dǎo)線控制測(cè)量根據(jù)工程項(xiàng)目的寬度和長(zhǎng)度，及地物地貌的情況，設(shè)計(jì)一個(gè)閉合導(dǎo)線網(wǎng)，布設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)時(shí)注意以下幾點(diǎn)：①導(dǎo)線點(diǎn)選在土質(zhì)堅(jiān)硬、穩(wěn)定的地方，以便于保存點(diǎn)的標(biāo)志和安置儀器。②等級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)便于加密圖根點(diǎn)，應(yīng)選在地勢(shì)較高，視野開(kāi)闊便于碎部點(diǎn)采集的地方。③導(dǎo)線各邊的長(zhǎng)度應(yīng)按規(guī)范規(guī)定盡是接近平均邊長(zhǎng)，且不同導(dǎo)線各邊長(zhǎng)不應(yīng)相差過(guò)大。導(dǎo)線點(diǎn)的數(shù)量要足夠，以便控制整修測(cè)區(qū)。④相鄰導(dǎo)線點(diǎn)之間要通視良好。經(jīng)過(guò)選點(diǎn)、埋石、測(cè)轉(zhuǎn)折角、測(cè)導(dǎo)線邊長(zhǎng)后，即可根據(jù)聯(lián)測(cè)將每個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)與高等級(jí)的控制點(diǎn)建立關(guān)系，從而求得出各個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)[2]。

3.2 外業(yè)碎部點(diǎn)的采集在導(dǎo)線點(diǎn)上或轉(zhuǎn)點(diǎn)上架設(shè)儀器，經(jīng)過(guò)對(duì)中，整平，測(cè)站設(shè)置完成后，儀器采集記錄三維坐標(biāo)(x,y,z)和及其地理信息。選擇碎部點(diǎn)時(shí)，應(yīng)選擇地物、地貌的特征點(diǎn)，對(duì)于地物，碎部點(diǎn)應(yīng)選在地物的輪廓線的方向變化處，如農(nóng)田地頭的端點(diǎn)、道路轉(zhuǎn)折點(diǎn)、交叉點(diǎn)、渠道的轉(zhuǎn)彎點(diǎn)，及獨(dú)立地物的中心點(diǎn)，連接這些特征點(diǎn)，便得到實(shí)體地物的形狀；對(duì)于地貌來(lái)說(shuō)，碎部點(diǎn)應(yīng)選在最能反映地貌特征的地形線上，如土堆頂部、斜坡頂部、斜坡底部、山谷、山脊等坡度變化點(diǎn)及方向變化處，可根據(jù)這些特征點(diǎn)勾繪等高線即得到地貌圖。在測(cè)量地物、地貌時(shí)既要記錄測(cè)站的參數(shù)，還要記錄點(diǎn)號(hào)、編碼、連接點(diǎn)和連接線的信息(植被、地物)，在采集碎部點(diǎn)的同時(shí)還要及時(shí)精確繪制草圖。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸用串口數(shù)據(jù)線把全站儀與電腦連接，然后儀器開(kāi)機(jī)，設(shè)置傳輸參數(shù)，在“存儲(chǔ)管理”界面下出現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊下傳輸碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)，每次傳輸數(shù)據(jù)要及時(shí)，以免文件丟失。通常測(cè)量數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)化為相應(yīng)繪圖軟件識(shí)別的格式。如CASS系列繪圖軟件是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為點(diǎn)名、編碼、北坐標(biāo)、東坐標(biāo)、高程.dat格式，或者直接保存為繪圖軟件識(shí)別的格式；否則為數(shù)據(jù)處理不徹底，不能成功轉(zhuǎn)化。

3.4 數(shù)據(jù)處理以使用軟件CASS9.0對(duì)野外采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理為例(其他相關(guān)繪圖軟件也可以)，打開(kāi)軟件CASS9.0繪圖處理菜單下的展外業(yè)點(diǎn)號(hào)，將野外采集的數(shù)據(jù)展在顯示區(qū)，根據(jù)屏幕菜單的地物地貌經(jīng)行選擇繪畫(huà)出農(nóng)田、魚(yú)池、河渠、邊界、房屋、道路等，并備注屬性，生成平面圖，建立圖形文件。3.5 測(cè)量成果應(yīng)用將在軟件CASS9.0繪制好的測(cè)量成果經(jīng)行農(nóng)田信息的實(shí)際應(yīng)用，在土地利用菜單下查詢地塊的地界、地類的屬性、統(tǒng)計(jì)土地的利用面積等；在工程應(yīng)用菜單下查詢農(nóng)田點(diǎn)位、邊長(zhǎng)、面積、土方量，以及工作行走路線距離及方位；在檢查入庫(kù)菜單下可以檢查測(cè)量數(shù)據(jù)和繪圖成果的檢查情況，同時(shí)還可以進(jìn)入編輯菜單下經(jīng)行農(nóng)田信息的更新規(guī)劃[3]。

4 測(cè)量注意事項(xiàng)

在地形圖測(cè)量繪制中，不論采用什么測(cè)量方法，地物地貌特征點(diǎn)的準(zhǔn)確選擇是提高測(cè)繪效率和保證成圖質(zhì)量的關(guān)鍵。合理采用地形圖碎部測(cè)量技巧和繪圖方法，保證測(cè)繪數(shù)據(jù)的有效性和準(zhǔn)確性，為更精確繪制大比例尺地形圖提供依據(jù)和保障。為了確保地形圖的質(zhì)量，在農(nóng)田地形圖測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)特別注意下列工作環(huán)節(jié)的實(shí)施。

4.1 布設(shè)支站的要求工程的地形圖必須滿足符合工程設(shè)計(jì)對(duì)精度和范圍的要求，所以工程的地形圖的精度要求較高，誤差控制的要小，對(duì)支站的布設(shè)要求更高一些，為了減小控制誤差的傳遞累加，要做到從控制點(diǎn)布設(shè)支站點(diǎn)不允許超過(guò)3站，且每次支站測(cè)定時(shí)需要嚴(yán)格采用盤(pán)左，盤(pán)右測(cè)回法進(jìn)行測(cè)定，必要條件時(shí)還可以運(yùn)用多個(gè)測(cè)回求平均值得的方法，同時(shí)要求支站點(diǎn)架設(shè)時(shí)，注意控制點(diǎn)附和檢查要求誤差限定在毫米級(jí)，相對(duì)誤差達(dá)到1/10 000。

4.2 架設(shè)儀器的要求嚴(yán)格運(yùn)用光學(xué)(電子)對(duì)中的方法，然后進(jìn)行整平，這個(gè)過(guò)程通過(guò)以下步驟來(lái)完成：通過(guò)儀器腳架腿的伸縮經(jīng)行粗平，將圓水準(zhǔn)氣泡完全進(jìn)入中心區(qū)域。運(yùn)用儀器基座上的3個(gè)腳螺旋進(jìn)行精平，以管狀水準(zhǔn)氣泡處于中間位置為準(zhǔn)，完成整平后，并不能馬上進(jìn)行儀器測(cè)站設(shè)置操作，而是再次檢查對(duì)中、整平情況，均達(dá)要求方可以進(jìn)入測(cè)站設(shè)置、定向測(cè)量程序。此時(shí)應(yīng)注意測(cè)站坐標(biāo)、定向坐標(biāo)檢查，同時(shí)定向完成以后，還要以第三已知坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行檢核，確保測(cè)站無(wú)誤，才能為數(shù)據(jù)采集的精確性提供保障。

4.3 地物地貌數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集為了工程規(guī)劃設(shè)計(jì)所用的地形圖，多為大比例尺地形圖，其地物點(diǎn)、地貌點(diǎn)的采集要得當(dāng)，往往一個(gè)地物(如高壓線塔、地下堡壘、甚至墳地等)的遺漏，或描述不當(dāng)，都會(huì)影響整個(gè)工程的設(shè)計(jì)方案。另外，地貌點(diǎn)的采集疏密要恰當(dāng)。對(duì)數(shù)字化成圖后，能夠恰當(dāng)反映出真實(shí)地貌形態(tài)。

4.4 數(shù)字成圖除了用恰當(dāng)?shù)玫匚锏孛卜?hào)表示工程的現(xiàn)場(chǎng)情況外，還要將工程場(chǎng)地周圍相關(guān)的地物地貌與場(chǎng)地區(qū)域的關(guān)系準(zhǔn)確描繪出來(lái)。特別注意以下幾點(diǎn)：①在特殊地貌時(shí)等高線的情況，如陡坎、土堆、深坑、山谷等，既能將地貌的起伏形態(tài)真實(shí)反映出來(lái)，又不能跑線變形。②地貌的特征點(diǎn)，屬性都要準(zhǔn)確繪制出來(lái)，如樓房的形狀、名稱、層數(shù)、材料等均要表達(dá)出來(lái)。③地形圖文字注記也很重要，要求使用宋體字體，不論地物、地貌何種形狀、走向，注記文字都要朝向正北，同時(shí)河流、道路注記文字可以隨線狀彎曲走向排列[4]。

4.5 對(duì)地物中心點(diǎn)的采集對(duì)與一些特殊地物如電線桿、旗桿、路燈、不依比例門(mén)墩等，這些地物中心點(diǎn)位置無(wú)法直接采集，對(duì)于采集多點(diǎn)畫(huà)出地物形狀再確定中心，雖然可以能夠準(zhǔn)確地繪出地物，但外業(yè)多余點(diǎn)采集和內(nèi)業(yè)輔助圖的繪制浪費(fèi)不必要的勞動(dòng)和時(shí)間，特別是很多此類地物時(shí)，更能感覺(jué)費(fèi)力費(fèi)時(shí)。遇到這種情況時(shí)，可以采用偏心采集，也就是將棱鏡立到地物的邊緣處，要求全站儀與圓柱體中心的連線，跟置鏡點(diǎn)與圓柱體中心的連線需要基本垂直相交。對(duì)置鏡點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量后，水平轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，使望遠(yuǎn)鏡十字絲中心對(duì)準(zhǔn)圓柱體的中心位置，基于新的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，全站儀可以采集出地物中心的坐標(biāo)，完成對(duì)地物中心點(diǎn)的采集，同時(shí)內(nèi)業(yè)繪圖時(shí)使用點(diǎn)號(hào)定位，既可以快速繪出地物，又可以保證此類地物無(wú)遺漏。

5 結(jié)語(yǔ)

全站儀測(cè)繪農(nóng)田地形圖雖然不及遙感航飛測(cè)攝快捷，不及RTK測(cè)量輕便，也沒(méi)有測(cè)距儀器等工具操作簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，但兼顧人力、物力、經(jīng)濟(jì)等因素綜合評(píng)估，全站儀測(cè)量有諸多優(yōu)勢(shì)，不僅能夠解決傳統(tǒng)方法測(cè)量土地時(shí)難以解決的問(wèn)題，而且將常規(guī)測(cè)量的繁瑣抽象數(shù)據(jù)化解為直觀易懂圖形，且此種土地測(cè)量方法的操作簡(jiǎn)便，方便實(shí)施，數(shù)據(jù)的精確性高，便于土地規(guī)劃和實(shí)況更新。立足長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃發(fā)展，全站儀測(cè)量農(nóng)用規(guī)劃地形圖能為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化提供有效保障。

[1] 李剛.工程測(cè)量[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2011：51，169-171.

[2] 鄒永廉.土木工程測(cè)量[M].北京：高等教育出版社,2013：148-149.

[3] 李德仁.智慧地球時(shí)代測(cè)繪地理信息的新使命[J].地理信息世界，2013,20(2)：3-7.

[4] 唐桂彬,周波.大比例數(shù)字測(cè)圖內(nèi)業(yè)繪圖技巧及質(zhì)量控制[J].信息科技，2011(5)：212-215.

Discussion on the Measurement of Farmland Planning Topographic Map by the Electronic Total Station

HAN Xing-hui1, FENG Cui-qin2

(1.Renai College, Tianjin University, Tianjin 301636; 2.Tianjin Petroleum Vocational and Technical College, Tianjin 301607)

The land system reform has become a new bright spot in the current agricultural development, to promote the agricultural operation of moderate scale will become a trend in the current era of the line.And the pattern of the agricultural scale management need to perfect the information about farmland basic surveying and mapping.Compared with the traditional method of data collection, using the electronictotal station to collect data of the farmland information, can be better meet the needs of modern agricultural development.The electronic total station is used to measure the topographic map for the farmland planning, and anakyzes the methods and techniques in the topographic mapping and so on.

Farmland measurement; Measure; Topographic map; The electronic total station

韓興輝(1980-)，男，山東梁山人，助教，碩士，從事建筑與土木工程研究。

2015-01-23

S 28

A

0517-6611(2015)08-279-03