电子全站仪在测绘工程中的应用

陈锐

摘 要：借助技术的发展，电子全站仪的测量精度不断提高。电子全站仪精度提高的同时，其功能不断完善。电子全站仪能够自动识别观测目标，实现对目标的锁定跟踪测量，完成测量自动化、智能化。该文在对电子全站仪全面分析的基础上阐述其目前现状，并具体从测绘工程中控制测量、施工放样、变形观测以及动态测量4个方面分析其具体应用，进一步推动电子全站仪在测绘工程中的应用，从理论角度验证电子全站仪良好的测量性能。

关键词：电子全站仪 测绘工程 应用分析

中图分类号：P217 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（a）-0032-02

电子全站仪既能够实现角度测量又能够实现距离测量。因为其只要一次安置的便捷，就能够完成测站上所有的测量工作的特点，所以目前被广泛应用在测绘工程中。与传统的光学仪器相比，电子全站仪操作简单、测量准确。需要注意的是，在使用电子全站仪过程中其中的垂直角误差是主要的误差来源，测绘工程中如果涉及到山区甚至大山区，应该尽量减小视线的长度，其视距应该控制在300～500 m内，保证测量精度。

1 电子全站仪目前现状

电子全站仪中包含了电子测角系统、电子补偿系统、光学系统、外设支援系统[1]。全站仪的应用是地面测量技术进步的重要标志之一[2]。其能够实现自动记录、存储以及具备某些固定计算程序的功能，实现了测量与数据一体化。电子全站仪在发展过程中，最早的时期体积大，需要投入较多的经济成本，虽然具有一定应用优势。但是由于各种阻碍因素的存在导致推广起来有一定限制。20世纪80年代，借助集成电路、半导体等元件性能不断提升，使得电子全站仪进入到一个快速发展阶段，最终变成小巧、轻便、价格实惠，在小面积范围测量、隐蔽工程测量、施工放样等多个领域中展现出良好的数据采集功能。

2 电子全站仪在测绘工程中的基础应用

电子全站仪在测绘工程中基本步骤为建立测站、测量距离、测量坐标、悬挂棱镜4步。在测量过程中，需要注意以下几个问题。第一，关于观测数据，需要将水平角、竖直角、倾斜距离3个数据都记录好[3]。第二，为了能够消除度盘误差，需要进行度盘配置，但是当一起在不同测站点中完成整平之后，要保证电子度盘的位置固定。第三，关于正倒镜观测，本身电子全站仪具有自动补偿改正功能，但是仍然需要考虑到不同的测绘环境下预设的参数可能会发生变化导致测量出错，因此仍然需要正倒镜观测，同时做好记录工作。第四，关于电子全站仪的左右角观测，电子度盘的刻度可根据需要设置左、右角观测（一般为右角）。这一点非常重要，在水平电子度盘设置时应特别注意，否则观测的水平角度会出现错误。如果是水平电子度盘，如果测量角度实际为45°，显示出来为345°。特别是平面坐标测量与施工放样测量，在设置后视方位时，会导致对称错位。第五，关于电子全站仪的电子整平，理论上进行分析如果是照准水平方向固定上下转动望远镜时，读数并不会发生变化，但是可能存在部分一起出现读数变化的情况，因此这个时候需要对补偿器进行零点误差的检验与校正。

3 电子全站仪在测绘工程中的应用

3.1 控制测量

（1）高程控制测量。高程控制测量的目的是得到高程控制点的高程，从而为建立高程控制网提供数据。利用电子全站仪的基本测量功能进行全站仪导线的布设。

（2）平面控制测量。为了能够测定平面控制点的平面位置，进行平面控制的测量，从而建立平面控制网。一般情况下，高程控制测量与平面测量能够同时进行，利用电子全站仪三角高程测量已经替换四等水准测量，将电子全站仪安置在两侧测点之间，同时保持两个棱镜之间相同高度，即可完成测量。

3.2 施工放样

（1）在测站点中将温度、气压、仪器加常数、乘常数、测站点坐标、后视点坐标与需要放样的设计坐标输入进全站仪中，以测站点瞄准后视导线点进行定向，开始进行施工放样，在电子全站仪显示照准方向后即可确定。在这个方向线上树立反射棱镜，即可开始进行水平距离的放样测量[4]。如果是沿视线方向向前或者向后移动反射棱镜，在与水平距离为0后就能够确定放样的位置。

（2）其中针对端面的测量，在完成中心桩、轴线桩的施工放样之后，将电子全站仪移动至中心桩或者轴线桩上进行横截面与纵截面的测量，具体方法为在中心桩、轴线桩上架设仪器，将气压、高程、仪器高、棱镜高、温度输入进测站点，完成定向之后，在轴线方向与地形变化处安装反射棱镜，就能够直接测出断面点至测站点的水平距离与高程。完成了横断面的平距与高差测量之后，进行纵端面的测量，最终完成绘图工作[5]。

3.3 贯通观测

结合实例分析电子全站仪在隧道贯通观测中的应用。某城市正在进行地铁的建设，地铁施工竖井深度为20 m。在盾构机推进的过程中，测量工程其中的重点，有效保证盾构机推进方向的准确性。第一步，进行平面控制的测量，本次实例中采用三等导线进行测量，针对高程控制测量，将该地铁工程车站区间的隧道口作为高程控制起始点，从已知的高程点出发，将高程往返联测至竖井附近地面临时水准点，再用竖井高程传递的方法，将高程传入井底事先选好的高程控制点上，将得到的高程控制点按照三等水准测量的精度要求测量至隧道各个高程点上。

竖井高程传递在竖井中悬挂经检定后的钢尺，进行井上与井下的同时观测。在盾构机掘进前、盾构机掘进隧道长度一半后以及贯通前各进行一次上、下行隧道高程传递。为了保证地铁贯通测量的精度，首先分析可能出现贯通测量误差的因素，主要有盾构机推进处竖井测量误差、地下导线测量误差、盾构机推进姿态的定位测量误差、盾构机接近井洞口中心坐标测量误差以及地面控制测量误差。地铁工程要求横向与高程贯通的极限差需要控制在±50 mm之内[6]。

3.4 变形观测

某大桥于1998年9月底完成通车后，对其进行变形监测。采用常规水准测量等方案，在保证监测精度的同时需要尽量减少对交通带来的影响，综合大桥的实际情况考虑从采用差分方式的电子全站仪自动化变形监测方案。

利用自动化全站仪与相应的自动变形监测软件实现对大桥自动变形的监测，建立一个监测基准网，在大桥的主梁与主塔的32个变形监测点安装圆形单棱镜，对建在基岩上的永久性标石上安置全站仪。由于视场中存在对棱镜干扰的因素，因此需要对监测点位进行合理分组。数据结果显示，大桥上游主桥塔的屏幕位移和竖向沉降出现明显的变化规律，上午位移增加，竖向下沉，中午时间位移达到最大值，下午时段竖向下沉达到最大值。通过对数据结果分析，采用此种检测方案其监测结果有效。另外反映出具有自动化目标识别功能的全站仪能够实现三维检测同步，对于部分较高的测绘工程的测量有一定积极意义。

3.5 数字测图

（1）数字测图具有自动化高、精度高、使用方便的特点[7]。具体测绘过程：①首先选择数据采集的作业模式，目前存在数字测记模式和数字测绘模式两种，根据作业过程不同选择最佳作业模式。②完成作业模式的选择后，进行地形信息的编码[8]。借助计算机软件自动处理系统完成地形图的绘制，但是在这个过程中需要解决数据在野外采集与实地之间存在的对应关系问题。为了方便计算机自动处理系统更好的识别采集到的数据，需要人工进行数据的处理与加工，即对仪器实测的每一个碎部点赋予一个确定的地形信息编码（测点的三维坐标、属性与连接关系）。③关于地形信息的编码可以采用三维整数编码与四位整数编码两种，其中的三维整数编码借助地形图图式符号进行地形要素的分类与排列编码。四位整数编码需要注意地物要素的扩展。

（2）针对数字测图的外业实施，借助电子全站仪的优势，实现图根控制测量与碎部测量同步进行。关于碎部测量，首先进行测站设置，将电子全站仪安装在侧张厚，实现整平对中仪器，量取仪器高棱镜高，连接计算机，启动野外测量软件，根据仪器菜单要求输入测站点后视点的已知数据测站的仪器高、棱镜高，完成上述操作之后将仪器瞄准目标后，开始进行测量。针对碎部点的数据采集，一般情况下使用电子全站仪的三维坐标程序测量功能进行碎部测量，计算机会自动记录测点信息。如遇到特殊情况则可以根据软件提供的其他碎部点的测量方式进行测量，通过记录碎部点信息，实现自动计算碎部点的三维坐标。

结合某测绘工程实例，测绘小组包含仪器观测员、绘草图领尺员、立尺员各1人，仪器配备：电子全站仪一台、对讲机3台，单杆棱镜1～2个，皮尺一把，绘图本一本。其中仪器观测员在观测站位置上将电子全站仪安置好之后，选择一个已知点进行观测，同时与绘图员利用对讲机进行沟通，将草图上标注的点与仪器记录的点进行核对。在测绘过程中绘草图领尺员需要将所测点的属性标注在草图上。此次作业中，工作人员先进行地物点的采集，后进行地形点的采集，有利于后续作业。测绘过程中要求草图上地物点的号必须是一一对应状态，而地貌点不仅要一一对应，还需要按照点号区段做好记录。在完成了一个测站的碎部点观测后，进行检查，检查无误后进行下一站测量。

（3）针对数字测图的内业工作。针对不同的作业模式，内业的成图过程也不同[9]。一般针对数字测绘模式仅需要处理图形编辑与整理。而针对数字测记模式需要完成数据传输、转换、处理、图形编辑与整视、图形输出等。

3.6 动态跟踪测量

（1）自动目标识别原理。电子全站仪能够在一定范围内借助伺服马达自动寻找并照准目标，根据设定的测量模式开始测量。电子全站仪中的ATR功能在动态跟踪测量中发挥出重要作用。启动ATR后，电子全站仪首先发射出红外光束，根据接受反射信号的情况确定CCD相机的视场内是否存在棱镜。在定位的过程中，马达驱动望远镜照准棱镜的中心并使其处于预先设定的限差内。仪器本身的内、外精度决定了ATR的测量精度。

（2）动态跟踪测量精度。在进行动态跟踪测量过程中，为了能够保证测量数据真实反映出跟踪目标的运动轨迹，就需要提高全站仪测量的数据采样频率。在测角精度方面，其精度因距离的增加而降低，其中垂直折光与旁折光成为了影响其精度的主要因素。在测距精度方面，测量精度的日变化规律与气象参数的变化存在紧密联系[10]。

（3）由于跟踪目标的空间点位与时间序列紧密相关，因此进行时间系统的相关分析十分重要。电子全站仪在每次开机采用重新计时的方式，十分适用于低动态测量。为了能够提高电子全站仪的采样频率、距离与角度，一般情况采用TMC测量模式。通过实验发现，同一台电子全站仪在相同条件下对同一个目标进行跟踪测量时，采样频率却在发生变化。可以发现采样频率受到测量程序、测量条件与测量距离的影响。

（4）数据处理。目前采用曲线拟合法粗差探测、直线差值法粗差探测、坐标增量法粗差探测进行阈值的确定。

4 结语

综上所述，通过理论与实践结合，分析发现电子全站仪在测绘工程应用中三角高程测量按水准测量使用，能够大大提高三角高程测量的精度，能够在一般情况下替代等级水准测量。考虑到棱镜高问题，采用起点与重点的棱镜高，保持相等不变，测站数为偶数能够达到良好的抵消棱镜高的目的。

参考文献

[1] 姜晨光，王世周，盖全芳，等.电子全站仪的一项新功能——平面抵偿（平面偏心）测量[J].测绘技术装备，2012，13（4）：233.

[2] 许冲勇，刘惠明，吴文松.电子全站仪在园林植物现状调查中的应用探讨[J].中国园林，2011，11（5）：256.

[3] 吴惠恩，胡华科.浅谈电子全站仪及其使用、维护和开发[J].大众科技，2013，19（4）：49.

[4] 李阳.电子全站仪在工程测量中的应用[J].交通世界（运输·车辆），2013，17（6）：266.

[5] 刘永琦，苏明娟.基于Visual C#的全站仪数据格式转换软件的研制[J].科技视界，2015，27（13）：196.

[6] 崔朋举.对现代测绘技术的发展及其工程应用研究[J].资源节约与环保，2015，19（4）：186-187.

[7] 花晓波，尚颖娟，谷达华.南方NTS-962电子全站仪与CASS 7.0软件配合下的数字化测图实践——以西南大学共青团花园野外实习基地为例[J].安徽农业科学，2009，51（30）：286.

[8] 刘学杰，李向东，邓波.测绘中全站仪批量数据传输的解决方法[J].焦作工学院学报：自然科学版，2013，19（5）：184-185.

[9] 刘铁，刘颖奇，白丽岩.全站仪与计算机间的通信隔离器[J].内蒙古林业调查设计，2013，11（1）：146.

[10] 曾云华，刘建.全站仪在高层建筑倾斜测量中的应用[J].江西测绘，2009，11（2）：178-179.