摘要：通過全站儀斷面測量的探討，使用建立獨立坐標系的方法，大幅提高外業測量效率，并實現全數字化作業。

　　關鍵字：全站儀;坐標變換;斷面測量;數據處理;

　　0 前言

　　在水利測量中，除了控制測量和地形測量外，斷面測量也是相當重要的測量工作。斷面測量包括縱斷面測量和橫斷面測量，斷面測量主要工作就是采集和處理坎、坡等自然自然的地物、地貌數據，用來反映地面剖面的特征。在水利工程中一般用來計算土方量、流量等。在斷面測量中主要使用的儀器有水準儀、全站儀、GPS-RTK等。各種儀器在斷面測量中各有優劣，考慮到在實際工程中的測量成本，為了提高工作效率并在不同的測量環境中發揮測量儀器的最大效用，使用合適的測量技術方法很有必要。本文主要闡述假定坐標系結合全站儀在河道斷面測量中的應用。

　　1 傳統河道橫斷面測量

　　在傳統的斷面測量中，首先根據設計要求從起點量測距離定下斷面樁，測得斷面樁的三維坐標用于確定該斷面的位置，然后在斷面樁附近架設全站儀，肉眼觀測垂直河道的斷面方向，開始斷面測量，并記錄平距和高差，根據記錄輸入成軟件對應的格式最終生成斷面。

　　該方法缺點：

　　1) 需要現場定斷面樁，花費一定的人力和時間。

　　2) 定斷面方向時候僅憑肉眼觀察，當河道較寬的時候很難和圖上布置的斷面一致，從而導致成圖精度差。

　　3) 測量斷面時受斷面線上通視條件影響較大。

　　2 全站儀結合假定坐標進行斷面測量的可行性分析

　　綜合傳統斷面測量的缺點，在測量中我們加以改進，在合適的測量環境中，使用全站儀結合坐標轉換的方法，建立斷面獨立的坐標系，從而提高測量效率。

　　2.1 建立斷面獨立坐標系

　　如圖1所示的河道地形圖圖中可以看到垂直于河道中心線布置了7條平行斷面。以河道中心線為橫軸，斷面樁號增大方向為正方向，斷面線為縱軸，0+000斷面線與河道中心線交點A為坐標原點建立獨立坐標系。

　　2.2 解算真假坐標系的轉換參數

　　在圖1中假定斷面0+300與河道中心線交點B為(300,0)，那么由假定坐標系中A(0,0)和B(300,0)與地形圖中讀取的真坐標A(18708.865，10115.578)、B(18939.916，10306.929)可以算出兩個坐標系的轉換參數：平移、旋轉和縮放。

　　2.3 求解已知控制點的假定坐標

　　利用轉換參數，計算出控制點的假定坐標。

　　2.4 現場作業

　　選擇測區通視條件較好能兼顧所有斷面的控制點，架設好全站儀并將其假定坐標輸入到全站儀中，就可以開始進行斷面測量了。全站儀中顯示的坐標就是斷面獨立坐標，可以很清楚的標示該測點與斷面線距離和河道中心線的距離。不需要再用專門的人來矯正斷面方向，全站儀觀測人員能輕松的指揮跑尺員測量斷面。

　　2.5 內業處理

　　所采集的數據為三維坐標，從儀器里傳出數據后，通過軟件(例如南方CASS等)可以通過坐標轉換功能將全站儀測得的假定坐標轉回到真坐標，將其展到地形圖上，通過對應的軟件生成斷面。這些斷面上測得的點具有三維信息也可以作為碎部點使用。

　　3 工程實例

　　如圖1為上海市某河道綜合整治工程，需要對原有地形圖進行修測，間距50米加測斷面。測量范圍為S1橋與S2橋之間，河道中心線兩側各50米。

　　根據設計的斷面線建立獨立坐標系，如圖1以A為原點AB為橫軸，斷面線為縱軸建立獨立坐標系。在圖上讀取A、B的真坐標，計算真假坐標的轉換參數。

　　完成前期控制測量后，開始進入修圖和測量斷面的工作。根據現場的測量環境比較，S1點的通視條件較好能兼顧整個測區，選擇S1架設全站儀，S2為后視點。根據轉換參數將S1、S2轉換后的假坐標輸入到全站儀中，就可以進行測量了。

　　如圖1中跑尺員到了C點測得坐標(-30、180)，全站儀觀測員通知跑尺員向遠離測站方向移動20米到0+200斷面。當跑尺員到了D(-70、230)點后，觀測員通知跑尺員已經超過測量范圍20米，并向遠離測站方向移動20米到0+250斷面。

　　本次陸地上測量投入人員5人，其中1人觀測全站儀，另外4人分成2組各2人分別負責南岸和北岸，北岸2人分別從S1和S2出發往中間集中，南岸類似。

　　這樣測量外業總共投入1臺全站儀、4把塔尺棱鏡就可以完成陸地上斷面測量。

　　4 假定坐標斷面測量的優劣及適用性分析

　　從上例可以看到，使用假定坐標較傳統方法有如下優勢

　　1) 做完控制測量后可根據設計斷面直接開始斷面測量，不需要現場定樁。架站次數少，能兼顧大部分斷面即可。有的測區甚至一站就可以完成全部斷面。

　　2) 測量斷面時不需要記錄員和另外的人矯正斷面方向，測站上的觀測人員可以實時的通知跑尺員移動方向和距離，這點在大范圍海堤外灘涂或者蘆葦叢中跑尺員無參照物確定方向時中極為有用，能保證跑尺員準確的測在斷面線上。

　　3) 測量斷面的同時也可以用同一全站儀進行地形測量，斷面測量采集斷面特征點的三維坐標，與地形測量的碎部點一樣，每個點都可以展到地形圖上，相同的數據格式方便內業處理，也便于斷面檢查。

　　4) 儀器利用率高，只需要添加塔尺和棱鏡就可以多人跑尺。

　　當然，這種方法也有其局限性

　　1) 如果測區是彎彎曲曲，斷面線不平行，那么需要使用很多套假定坐標，超過一定程度后反而顯得繁瑣，那么這種方法就不合適了。

　　2) 如果測區通視條件不好，無法找到一個能兼顧大部分斷面的架站點的話，需要經常搬站，這個方法也不合適。

　　綜合以上優劣可以看出假定坐標法主要適用于斷面線平行的測區，例如大堤，灘涂，河道溝渠，公路，山區，水庫，排泥場，尤其在長斷面線的工程項目中作用明顯。

　　5結語

　　使用假定坐標結合全站儀測量斷面較傳統斷面測量能提高不少工作效率，節省大量人力物力，但并非所有測量環境都能取代傳統的斷面測量方法。不同的測量項目要區別對待，使用一套合適的測量技術方法很有必要。

　　隨著測量技術的發展和測量儀器的不斷更新，全站儀在測量中的使用逐漸被GPS所取代。但是目前而言，GPS較為昂貴，如果每個測量員都配備RTK流動站的話，測量成本就很高了，如果能合理利用儀器，并結合相應的技術方法，節省大量測量成本，同樣能提高生產效率。

　　參考文獻

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