全站仪在水文地形测绘中的应用.doc

全站仪在水文地形测绘中的应用摘要：随着社会的发展，科学的进步，水文行业也在逐步从传统水文向现代水文、大水文迈进。水文行业的现代化，最直接的体现就是水文勘测仪器的现代化。从转子式流速仪到电波式、超声波式流速仪，从经纬仪到全站仪，无不体现着水文现代化的发展。全站仪，作为一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，可以较好的完成水文工作中地形图测绘、浮标测流、洪水抢测等项目，笔者相信全站仪在水文现代化进程中，必定发挥巨大的作用。关键词：地形测绘；水文考证；全站仪；CASSTotal station instrument in hydrological topographic mapping applicationsXuJia1，GaoYonghua2，HaoYueying3（Hebei Hengshui hydrology and Water Resources Survey Bureau HengShui 053000）Abstract: with the development of society, the progress of science, hydrological industry also gradually from the traditional to the modern hydrology, big hydrological hydrological ahead. The modernization of the hydrological industry, the most direct embodiment of hydrologic exploration is the modernization of the instrument. From the rotor flow meter to waves type, ultrasonic velocity apparatus, from the theodolite type to electronic tachometer, all show hydrological the development of modernization. As a kind of electronic tachometer, with light, machine, electricity for the integration of high-tech measuring instrument, can better finish the hydrologic work in surveying and mapping, buoys how topographic map, and the flood rob projects such as measured, the author believe that by using the modernization process in hydrology, will surely play a huge role.Key words: Terrain mapping; Hydrological textual research; trigonal；CASS水文站地形图测绘工作属于水文考证的重要内容，一般在水文站建站初期进行，在地形有显著变化的时候应5年进行一次重测。当地形变化不大时，重测时间应不超过20年。地形测绘的主要目的是实现平面与高程控制，其主要步骤可以总结为：“前期准备，确定导线点，导线测量计算，碎步测量，连线成图，后期加工出图”六个步骤。1、前期准备前期准备工作是测绘地形工作的基础。只有前期准备的充分，才能保障后期工作的顺利展开。前期准备的主要内容有：1.1 人员准备人员准备的工作主要是组织成立测绘小组，每组最少配备司镜员一人，记录绘图员一人，立尺员两人。成立小组后要对参加测绘人员进行初步知识培训。最低要求实现每组测绘人员中有1-2人能熟练操作仪器，1-2人能了解地形图测绘的基本步骤尤其是导线的确定和碎步点选取的知识。1.2 仪器准备主要用到的仪器有全站仪（包括三脚架、两个棱镜、数据线及盒尺），水准仪（含三脚架），水准尺，电脑，指北针，绘图板，小红旗或对讲机等。仪器准备工作一定要严格、仔细，对所用仪器设备一定要反复检查并试用，以保证测绘工作的顺利进行。另外，全站仪的数据线一般为串口，如果使用笔记本电脑，由于没有串口接口，需要USB转串口的数据线。1.3 资料准备资料准备包括：随队携带水文普通测量规范，水文三、四等水准测量记载表，导线闭合测量记载表，导线点记载表，碎步测量记录表等；，原水文站地形图（放大版），并基于原图确定测绘任务的图幅、比例尺，从而在碎步测量时心中有数，以免多测废点；在电脑中拷入安装水准测量平差计算程序、导线闭合差计算程序、AUTOCAD，CASS等应用程序。2、确定导线点确定导线点之前，需踏勘了解测区的地形地貌。根据水文普通测量规范，导线点应涵盖至少三个永久性标志的控制点，其中包括可利用的国家点和水文站水准点。起始导线点必须为永久标志性控制点，实际操作时可使用国家点，附近没有国家点可使用水文站的基本水准点作为起始导线控制点。在踏勘了解测区地形地貌后，可确定使用闭合导线或多闭合环导线。地形比较简单且通视条件较好的测站可以使用单闭合导线，优点是计算量小，平差简单。对于地形较为复杂，通视条件不好的测站，可使用多闭合环导线，或单闭合导线加支线点。支线点最多可使用二级。定导线点的原则是既能涵括地形图的全貌，又能上下通视，即导线点与前一个点、后一点都能通视。根据水文普通测量规范中经纬仪量距导线测量技术要求，导线全长应小于1.5M米，（M为测图比例尺的分母），平均边长控制在100-300米之间，最短边长不小于50米，单闭合导线最多折角不超过15个。在确定导线点后，要对各点进行控制。土质地面可钉入30-40cm长的木桩，木桩上楔入钢钉；硬质地面可直接楔入钢钉并在旁边做明显记号标记。导线点确定后要对各点进行编号，起始点为D1，逆时针方向依次编为D2，D3，D4。3、导线测量计算导线测量计算主要包括两步：1、水准测量，即高程控制。使用水准仪，从起始点D1开始，依次测量D2、D3等各导线点的高程点高程，测量时立尺员应将尺立于导线点钢钉上，测量完成后计算闭合差，根据水文普通测量规范使用四等水准测量标准。计算完成后对闭合差进行平差计算，平差原则上根据边长与总边长的比值进行计算，可使用水准测量平差计算程序，以缩短计算时间。平差完成后的高程抄录到导线点记载表的Z列备用。2、导线闭合测量，即平面控制。使用指北针确定磁北方向，使用全站仪测量闭合导线各点夹角及边长，测量时立尺员应将棱镜立于导线点钢钉上并保持水平气泡居中，测量数据记入导线闭合测量记载表，测量完成后将数据录入导线闭合差计算程序，即可方便快捷地求导出各导线点的坐标值，一般测量中，原点D1的坐标可确定为0，0。计算完成后将各点坐标的X，Y值分别抄录到导线点记载表的N，E列。导线测量计算工作就此完成。4、碎步测量导线测量计算完成后，已获得各导线点的N、E、Z坐标值，即可展开碎步测量工作。使用全站仪，将全站仪安置在需要的导线点上，调平并对准钢钉，开机设站，根据导线点记载表输入设站点坐标作为本站，设置另一导线点坐标作为后视，立尺员将棱镜立于后视导线点上，全站仪对准棱镜后，确认后视，此时设站完毕，开始碎步测量。碎步测量时，立尺员应仔细勘察地形地貌，根据“地物”取“轮廓转折点”， 地貌取“地性线上坡度或方向变化点”的原则采取碎步点，采点时应注意测出山脊、山谷、坡顶、坡脚、水边等地性线；测出房屋、闸涵等地物，房屋密集区可合并施测；测出水准点、断面标志、基线桩、水文站房、观测场等水文观测设施设备。根据水文普通测量规范，碎步点间距应不大于100米。司镜员在记录数据完成后应与记录员时刻沟通，记录员随点记录或在图上点绘出各点位置，记录内容尽量详尽以备出图使用。5、连线成图当碎步测量进行一个阶段以后，例如已经将测站范围的一部分测量完成后，即可开始数据处理。将全站仪和计算机的传输参数设置一致，然后使用Cass自带的读取全站仪数据功能或者专用的数据传输软件，将全站仪中的数据下载到电脑中。通过使用Cass的“绘图处理”菜单下的“定显示区”、“展控制点号”，将数据展开到Cass界面上，然后根据点号的对应记录或草图，将地物地貌展现出来。如果没有数据线，全站仪数据只能通过手工输入电脑中，这时需要注意，“XY颠倒”。由于地形图测量中，全站仪的NEZ对应XYZ，N表示正北方向，E代表正东方向，Z代表高程。而在Cass的CAD环境下，是按照一般地图的惯例，上北下南，左西右东，即Y代表正北方向。所以Cass中的X正好是全站仪对应的Y，所以“XY颠倒”是需要手输数据时需要注意的问题。连线工作是和碎步测量相辅相成的，白天碎步测量，最好晚上完成连线工作，查漏补缺。在绘制连线过程中，可以进一步精确图幅大小，并了解地形图下一步需要补点的位置。6、后期加工出图在所有外业程序完成以后，即进入了内业整理阶段。内业整理不仅包括加工出图，还包括原始数据提取保存与备份，原始记录或草图整理装订，原始水准测量和闭合测量的记录数据资料汇总等。所有纸质原始资料要连同电脑中的计算成果资料一并打印，装订保存，对初期连线成图的草图要进行后期加工，用CASS工具和符号把相连的点位连接起来，把测区地物地形如实的反映出来。根据规范要求的各类地物符号进行标注，另外对要求绘制等高线的地方或者湖内水体高程点进行等高线的勾绘。勾绘等高线有两种方法：1.CASS依据测点自动生成：在山区地貌不是十分复杂，地物不多的情况下比较实用，但是生成等高线后图形文件变的比较大，为后期处理带来许多不便，在微机配置不高的情况下一般不要用。2. 手工绘制等高线：高线在绘制时会自动拟合,线体有很多节点,在修改时非常麻烦。所以在绘制等高线时不要直接使用绘制等高线工具，而使用复合线工具来绘制等高线，因为复合线非常容易拉动修改。在等高线绘制完后可以批量拟合复合线，然后把拟合后的复合线加注等高线属性即可。这样画出的等高线套合的非常好，非常漂亮。一般等高线高差为0.5米。即取整半米的高程。后期加工出图的工作是极为复杂和需要耐心的，地形图成果是全体测绘人员心血结晶的表现，也是实际地形地貌的反映，需要出图人员认真、负责、艰苦的努力付出。7、实例2010年马朗水文站地形图测量。首先根据原有地形图和实地勘察地形，根据1:5000比例确定图幅，进而确定大致导线点位置，携带木桩、钢钉、斧锤等工具设置固定导线点，设置时注意相邻点的通视。进而使用水准仪和全站仪对导线点进行高程和坐标控制。根据水准仪测得高程为Z值，根据全站仪确定各点角度和间距，并对角度值进行平差计算得改正值。通过原点确定磁北方向，填入闭合导线计算表，推得导线点的X、Y值。计算表样如表1：表1 闭合导线计算表导线确定后即进行碎步测量，碎步得到的测量文件为DAT文件，导入CASS成图软件后展野外测点点号，根据碎步记录，连点成线并根据实际并按照规范，添加适当地物标记得最终完成图，见图1：图1 马朗地形完成图8、结论及建议地形测量使用的原点坐标可以使用0,0。但如果借用GPS高精度定位后的北京54坐标系中的坐标，其测量成果可以与卫星定位、卫星遥感等信息互通和互相借鉴校正，达到测绘资料的多用性。全站仪作为一种现代仪器，传统经纬仪的替代品，可以较好的完成原需经纬仪完成的工作，其光学速测的原理，也为测量精度的提高提供了科学保证。在水文工作中，规范是约束和保证日常工作的唯一准绳。所以全站仪的水文测量规范，应当尽快制定，以确保全站仪在水文工作中的“合法性”。规范出台之前，虽然使用全站仪可以大大提高测量精度，但仍应使用原水文测量规范中关于经纬仪的相关操作规程及规定。参考文献1 SL 58-1993,水文普通测量规范(S).2 水利技术标准汇