一種自動回傳測量成圖裝置及其作業效果分析

向貴山

(北京市市政工程設計研究總院有限公司，廣東 廣州　510060)

1　引　言

全站儀全野外數字化成圖，作為目前一項成熟技術，在測繪行業中應用愈來愈廣泛。諸多領域，尤其是工程類相關領域中，全站儀測量技術也逐漸成為必不可缺的內容之一。目前主要有兩種作業模式：其一是常規內、外業分開作業模式(測記法或稱草圖法)。利用儀器進行外業點位數據采集和存儲，結合現場草圖和編碼進行作業[3]；內業利用軟件展點，參照草圖及編碼，內業成圖。該方法一般要求3人一組作業，且草圖編制工作難度大，草圖不準確等引起誤差，降低成圖質量。此種方式內、外業工作量較大，內、外作業環節脫節，該方法是目前全站儀數據采集成圖的主要技術方法。其二是固定式內、外業成圖一體化模式(電子平板法)，本方法利用便攜式手提電腦作為依托，利用數據線與儀器連接，實時導入點數據，實現成圖一體化。此模式中，利用數據線或藍牙進行傳輸，作業范圍小因此作圖人員為觀測員，而無法得知測量點位現場的實際情況，雖可減少內業工作，但作業效率難以提高。

常規內、外業分開作業模式[1]或固定式內、外業成圖一體化模式[2]都必須依托常規的通信設備(對講機或手機)作為溝通介質，必須由跑點作業人員通知觀測員每個地物點類型，以便在全站儀上輸入代碼，在嘈雜的環境中易造成溝通困難或溝通錯誤，也會在一定程度上導致作業效率降低。為克服以上目前作業模式的缺陷，設計一種自動回傳測量成圖裝置[4～6]，從而改變上述兩種傳統作業模式，達到既節省人員投入又實現內外業一體化作業的目的。

2　自動回傳測量成圖裝置測量原理

本裝置主要利用全站儀測量原理、無線電臺快速傳接收技術以及移動電子設備半自動化成圖技術。其主要構成框架包括全站儀、三角測量支架、測量桿、棱鏡、微型電臺信號發射器[7]、電臺信號接收器、數據線、測量遙控手柄、移動電子設備(PDA)[8～11]、對講機，如圖1～圖3所示。

圖2　傳輸電臺主體構造圖

圖3　電子平板設備構造圖

全站儀選擇具有連接電臺接口的測量儀器，如有免棱鏡測量功能更佳。為滿足測量范圍信號接收器能夠快速獲取數據，配置一定功率的電臺發射裝置，與電源合并制成長、寬、高為：10 cm×10 cm×5 cm長方體，重量約為 1 kg～2 kg，焊接一個可直接懸掛在三角測量支架上的金屬掛鉤，用數據線與全站儀進行連接，數據采集和發射端即組裝完善。信號接收端配置一臺輕便移動電子設備，內置無線信號接收器，及自主開發的成圖軟件，同時配備一個大小合適的緊身背包，方便測量作業員隨身攜帶。選擇常規的測量桿和棱鏡設備，以配合儀器測量使用。通過傳輸微型電臺連接全站儀及移動電子設備，實現數據通信，如圖4所示。

圖4　電臺數據通信傳輸

該測量成圖裝置具有如下優點：

(1)選用合適功率的發射電臺，與電源合并制成微型盒子，方便作業使用過程，減輕作業過程中因設備繁多而帶來額外工作。

(2)在測量儀器觀測范圍內，可實現測量數據的快速回傳，現場作業員可利用移動電子設備自帶繪圖軟件實現邊看現場邊繪制電子草圖的工作模式，減少草圖編制工作的煩瑣及遠程溝通所帶來的不便和成圖錯誤，并可實時獲取現場作業照片等影像資料。

(3)傳輸裝置上配備的顯示屏與移動端進行動態鏈接，實時顯示并語音播報作業進程，減少現場人為溝通的環節，同時實時顯示功能也避免了因嘈雜作業環境，帶來溝通上的不便。作業過程中，配合數據傳輸、屏幕顯示、語音播報裝置以及測量遙控手柄，儀器操作員根據提示信息，僅需瞄準測量目標，就可完成野外測量數據的半自動化采集。

(4)配備的連線成圖軟件具備獨立地物自動生成地物符號的功能，極大地減輕了繪圖的工作量，并確保成圖準確性。經驗證明，城區地形測量中，獨立地物至少占所采集點數的50%以上，由此根據全站儀的自編碼功能通過數傳技術和軟件顯示技術將地物實時顯示在跑尺員終端，既實現了自動成圖功能，又實現了數據與實地實時校對的功能，大大提高數據采集效率和成圖準確性。

(5)由3人一組的傳統模式轉變為實現2人一組的作業模式，節省了人力資源的投入，在提高外業作業效率的同時，減輕了內業編圖的工作量，亦可避免對現場情況的記憶模糊而造成的編圖錯誤。

3　自動回傳測量成圖裝置作業實施

3.1　儀器現場安裝

將三腳測量支架架設于控制點，安裝好全站儀，根據觀測員的身高特點，將腳架調至合適的高度并對中整平。取出電臺設備，可放置于地面或利用自帶掛鉤懸掛在其中一個三腳支架上，用數據線將傳輸電臺和儀器進行連接。

3.2　數據采集

打開測量儀器、電臺、移動電子設備進行配對連接。并利用常規的測量方法進行儀器測站定向，待定向完成后，跑點測量員利用便捷式背包攜帶移動接受設備，進行現場碎部點數據采集工作。跑點員擺好儀器后發送“等待測量”的命令至數據傳輸端，測量員根據屏幕顯示的命令及語音提示，瞄準目標后，按下測量遙控手柄按鈕，等待儀器返回數據后，自動將發送“數據傳輸成功”指令至移動端，即可進行下一點點位采集。

3.3　現場數據自動回傳

儀器采集點位信息后，程序設置數據自動回傳，即每測完一個碎部點后，點擊記錄保存按鈕，便可在 1 s～ 3 s內，將測點信息由無線電臺將數據傳回給現場跑點員的接收設備，并實現自動展點。

3.4　現場成圖

跑點測量員可利用移動PDA或電子平板設備，結合配備的軟件功能，實現點狀獨立地物的自動生成，并輔以人工實地判斷，繪制線、面地物符號，并可對現場重要或復雜地物進行拍照處理，內業參照修圖，移動電子設備及軟件如圖5所示。

圖5　移動電子設備成圖

3.5　內業成圖

將現場編制電子簡圖，導入室內專業成圖軟件，進行簡單處理，增加文字標注，進行圖面整飾即可成圖，對現場記憶模糊處可參閱現場作業圖片繪制。

4　實驗與分析

為驗證自動回傳測量成圖裝置在實際應用中具有更高的作業效率，擬采用三種作業模式：①常規內、外業分開作業模式(草圖法)；②固定式內、外業成圖一體化模式(電子平板法)；③自動回傳測量成圖裝置作業；分別對同試驗小區范圍進行地形圖測量成圖試驗分析。同時，在人員選擇方面，結合測圖人員能力情況，選取作業效率相同的3組人員進行以上3種作業模式的數據采集及內業成圖工作。其中作業模式①為3人/組(其中1人繪制紙質草圖)，作業模式②、③均為2人/組。

所選擇試驗小區位于廣州市某建成區住宅小區，邊長約為 200 m×100 m封閉小區范圍，總面積約為 0.02 km2，范圍內為建成區，封閉小區內部分布有建筑物、道路、綠化帶、獨立設施等市政公共設施，較為密集。測區內已經布設好測圖控制點，根據場地情況共布設圖根控制點12點，共需擺站12次，利用全站儀采集細部點，并內業成圖。

4.1　外業數據采集時間分析

選擇在一個作業環境較為良好的天氣條件下，分別讓3個作業班組同時進場，從不同的控制點開始進行外業數據采集，記錄進場時間及最后結束時間，經過統計每個小區外業數據采集的花費時間及采集點數，結果如圖6所示。

圖6　外業數據采集點數及時間對比圖

4.2　內業數據成圖時間分析

所有班組外業作業完成后，轉到內業成圖環節，作業模式①主要成圖人員為草圖編制人員，其他2個組員輔助成圖；作業模式②成圖人員為全站儀儀器操作員，同時跑點人員須全程仔細校對；作業模式③成圖人員為跑點人員，現場編制電子簡圖，導入室內專業成圖軟件，進行簡單處理，增加文字標注，進行圖面整飾即可成圖，對現場記憶模糊處可參閱現場作業圖片繪制。每個小組最后完成內業數據繪制的時間結果如圖7所示。

圖7　內業成圖時間對比圖

4.3　綜合分析

作業模式①、②均依靠對講機等傳統的語言通信手段進行交流，增加了作業過程的煩瑣性，如遇到周邊環境噪音較大時，更加制約了作業的效率和準確性。而自動回傳測量成圖裝置外業數據采集過程，由跑點員發出采集命令，直接下編碼，發出指令，儀器觀測者只需要瞄準后測量即可，測量過程中幾乎可以不使用對講機進行溝通，增加了作業效率的同時也提高了準確性。

內業作業過程中，作業模式①因采用紙質電子版草圖，電子化需要從零開始，內業成圖時間最長，而作業模式②和自動回傳測量成圖模式內業有基礎的電子底圖作為模板，縮短了內業成圖時間。綜合內、外業作業過程，對比作業效率結果如圖8所示。

圖8　作業總時間對比圖

綜上實驗所述：自動回傳測量成圖模式比作業模式①(常規內、外業分開作業模式)提高了 63 min，提高了25%的作業效率，作業模式②(固定式內、外業成圖一體化模式)提高了 79 min，提高了30%的作業效率。

5　結　論

自動回傳測量成圖裝置作業模式提高了測量作業效率和成圖準確性，可減少作業人員投入成本以及內、外業測量工作量，提高測量成圖準確性；并利用配套軟件實現點狀獨立地物自動展繪，現場人工準確繪制線狀和面狀地形，實現半自動化成圖，極大減輕內業成圖工作量。