數(shù)字測圖技術(shù)在山體石方量測量中應(yīng)用

摘要：本文簡述了RTK結(jié)合電子全站儀，在山體土石方測量中的應(yīng)用，實地數(shù)據(jù)采集操作時注意的事項。

關(guān)鍵詞：數(shù)字測圖 土石方量 應(yīng)用

數(shù)字測圖（Digital Surveying and Mapping，DSM）系統(tǒng)是以計算機及其軟件為核心在外接輸入設(shè)備的支持下，對地形空間數(shù)據(jù)進行采集、輸入、成圖、繪圖、輸出、管理的測繪系統(tǒng)。數(shù)字地圖(Digital Map)以數(shù)字形式存貯在磁盤、磁帶、光盤等介質(zhì)上的地圖。

隨著電子全站儀、RTK技術(shù)的發(fā)展逐步成熟、計算機的普及，為測繪行業(yè)帶來了質(zhì)的飛躍，從傳統(tǒng)的手工計算與手工繪圖的白紙法成圖向電腦化數(shù)字化智能化方向發(fā)展。測繪科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，全數(shù)字地形圖在現(xiàn)代機助制圖技術(shù)支持下已經(jīng)發(fā)展成為了高新的制圖技術(shù)。

一、先進的測量儀器為數(shù)據(jù)采集的準確性提供保障

80年代以來出現(xiàn)許多的先進測量儀器，為數(shù)字測圖提供了先進的技術(shù)工具和手段，如全站儀、RTK、數(shù)字水準儀等，為數(shù)字化方向發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，改變了傳統(tǒng)的控制網(wǎng)、地形測量、道路測量和施工測量等的作業(yè)方法。三角網(wǎng)已被三邊網(wǎng)、邊角網(wǎng)、測距導(dǎo)線網(wǎng)所替代；光電測距三角高程測量代替了三、四等水準測量；免棱鏡的全站儀解決了難以攀登和無法到達的測量點的測距和測高工作。

GPS定位技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展完善，使測繪定位技術(shù)發(fā)生了革命性的變革，為數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集提供了嶄新的技術(shù)手段和方法。長期以來用測角、測距、測水準為主體的常規(guī)地面定位技術(shù)，正逐步被一次性確定三維坐標的、高速度、高效率、高精度的GPS技術(shù)所代替，定位方法已從靜態(tài)擴展到動態(tài)。GPS定位技術(shù)的應(yīng)用已深入各個領(lǐng)域，國家大地網(wǎng)、城市控制網(wǎng)、石油勘探、高速公路、通信線路、建筑變形觀測、大壩監(jiān)測、山體滑坡等等。隨著DGPS差分定位技術(shù)和RTK實時差分定位系統(tǒng)的發(fā)展，單點定位精度的不斷提高，地質(zhì)勘查剖面測量，碎部點的測繪與放樣等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

二、數(shù)字測圖的特點

獲得數(shù)字地圖的主要方法有：地面數(shù)字測圖、地圖數(shù)字化成圖、航測數(shù)字測圖、計算機地圖制圖。大比例尺數(shù)字化測圖主要是指野外實地測量即地面數(shù)字測圖，也叫野外數(shù)字化測圖。數(shù)字測圖主要作業(yè)過程為三個步驟：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、地形圖的數(shù)據(jù)輸出（打印圖紙、提供光盤等）。其主要特點：

1）點位精度高。傳統(tǒng)的平板測圖受展繪誤差、視距及方向角誤差的影響。數(shù)字化測圖的精度遠遠大于平板測圖的點位精度。

2）先進的作業(yè)方法。傳統(tǒng)的測圖主要是通過手工操作，人工記錄、人工繪制；數(shù)字測圖在野外測量時達到自動記錄、自動解算處理，自動化程度高，出錯（讀錯、記錯、展錯）的概率少，數(shù)字圖能提取坐標、距離、高程等。繪制的圖件精確、規(guī)范、美觀。

3）便于圖件更新。因經(jīng)濟與各種建設(shè)的發(fā)展，圖面上各類地物隨時會改變。數(shù)字測圖只須輸入有關(guān)的信息經(jīng)過數(shù)據(jù)處理就能方便更新和修改，始終保持圖面的整體性、可靠性、現(xiàn)勢性。并通過計算機的處理可打印出各種比例尺的圖紙。

三、RTK與全站儀的結(jié)合在山體爆破后的留量測量中的應(yīng)用

本縣域內(nèi)有一個新開發(fā)區(qū)--沿海工業(yè)城，大量需要土石方，山體爆破有多處，每處都要中途監(jiān)測剩留量，為分期結(jié)算工程款提供依據(jù)。或中途山體爆破工程轉(zhuǎn)讓承包等，都需測量出土石方的剩留量。因爆破后，地形復(fù)雜，懸崖峭壁多，單用全站儀費時費力，或單用RTK的持鏡人員不能到達的位置不能定位采點，因此兩者結(jié)合就完美了。RTK先做好測區(qū)的控制點，為方便全站儀采點，免棱鏡的全站儀負責(zé)在山底下的山腳邊及人員不能到達的峭壁位置采集數(shù)據(jù)（因RTK在靠近山體的峭壁腳下會沒有信號或信號不強無法得到高精度的數(shù)據(jù)、再靠近峭壁下也容易出現(xiàn)掉石塊的危險）。因爆破后山頂上地勢較平坦，四周開闊搜星容易且人員可到達，可用RTK測量。這樣提高了工作效率，大大縮短了在野外的工作時間。

1.準備工作：在實施測圖前，應(yīng)準備好儀器、器材（包括全站儀、RTK測量儀、對講機、備用電池、花桿、棱鏡、圈尺等）、記錄簿。校正全站儀器的水準氣泡、垂直角指標差等。

2.控制測量：本測區(qū)附近幾百內(nèi)有已知控制點二個（平面D級GPS，高程三等水準），因此可利用RTK技術(shù)進行對測區(qū)布設(shè)圖根點（邊選點邊測點），在山體周邊150米內(nèi)（本單位使用的免棱鏡全站儀，無棱鏡情況下標稱測距250米，而實際可測距只在150內(nèi)）附近布置合適圖根點便于全站采點。在進行測量控制圖根點前對RTK設(shè)置要認真準確，并進行對其在多點已知點上校核，核對坐標與高程，避免RTK設(shè)置錯誤。RTK測得的控制點數(shù)據(jù)及時準確地對號記錄，以備用。

3.野外數(shù)據(jù)采集（碎部點測量）：在我們浙中沿海地區(qū)山體爆破作業(yè)區(qū)，一般是選在低矮的小丘陵，高程只有在幾十米，因爆破作業(yè)后留下的山體更加低矮。根據(jù)現(xiàn)場的地形情況，山體腳下的四周安排用全站儀免棱鏡作業(yè)，這樣避免持鏡人員到達危險區(qū)，以免傷害。爆破整座山體它以階梯式逐級從上到下分級爆破，所以山頂上往往是較為平坦且視野開闊，接收衛(wèi)星信號強，可以用RTK進行數(shù)據(jù)采集。分片采集數(shù)據(jù)時要做好銜接不漏測。

采集數(shù)據(jù)時按地形的特點不同掌握采點密度（指高程點密度），平坦或平直的區(qū)域可相對稀疏些，反之則密集些。關(guān)鍵點（有夾角的轉(zhuǎn)彎處，如圖1的A、B、C、D點位）不能漏測；地面與山體交接處（如圖2，A至B），山頂?shù)难乜诰€（如圖2，C至D）等要加密采點，避免數(shù)據(jù)處理計算時出現(xiàn)誤差。

4.數(shù)據(jù)處理：數(shù)字測圖的一個重要環(huán)節(jié)是選擇好適合于本單位使用的繪圖軟件，目前市場上的測繪軟件用得最多的是三種：一是清華山維公司與清華大學(xué)土木系聯(lián)合開發(fā)的“測霸EPSW系統(tǒng)”，二是武漢瑞得測繪自動化公司的“RDMS系統(tǒng)”，三是廣州南方測繪儀器公司的“CASS系統(tǒng)”數(shù)據(jù)處理要使用專業(yè)的測繪軟件，根據(jù)本單位的實際情況我們選擇了CASS系統(tǒng)。

1）取出數(shù)據(jù)：野外作業(yè)完畢后，回到室內(nèi)及時取出所采集的數(shù)據(jù)。利用CAS軟件進行對野外采集的數(shù)據(jù)通過電纜傳輸?shù)接嬎銠C，首先運行CASS系統(tǒng)，在菜單項中選“數(shù)據(jù)-讀取全站儀數(shù)據(jù)”（圖3），點擊“讀取全站儀數(shù)據(jù)”后，出現(xiàn)圖4的對話框，選擇儀器類型、計算機通信的端口、與全站儀設(shè)置相同的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗，勾選“聯(lián)機”，點“CASS坐標文件--選擇文件”后，選好想要保存的路徑，輸入文件名“XXX”點“保存”到計算機的硬盤里，得到了“XXX.dat”的文件（圖5）。RTK采集的數(shù)據(jù)時是直接保存在手簿里，用專業(yè)軟件將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換到適應(yīng)CASS的格式，CASS數(shù)據(jù)格式是：點號，編碼，Y，X，H(圖6)

2）展點：應(yīng)用CASS系統(tǒng)把所有點展繪在計算機屏幕上。在CASS菜單上，選“繪圖處理—展高程點”（圖7），點擊“展高程點”后找到存放在硬盤里的*.dat數(shù)據(jù)文件（圖8），然后點“打開”再按回車鍵，同一測區(qū)有多臺儀器測量就有多個數(shù)據(jù)文件（也可以用記事本將多個數(shù)據(jù)文件合并成一個數(shù)據(jù)文件），同上原理再展其它的文件數(shù)據(jù)。就將高程數(shù)據(jù)展點到CASS系統(tǒng)的計算機屏幕上（圖9）。

3）繪圖：繪制出計算范圍線（視具體要求定界）。繪制計算土石方的圖件不同于繪制其它各類地形圖，只要繪制出便于識別的主要地形（著重于高程數(shù)據(jù)的精確性與采集點合理性）（圖10）。

4）計算土石方量：展點成圖后，應(yīng)用CASS系統(tǒng)菜單中“工程應(yīng)用-DTM法土石方計算-根據(jù)圖上高程點”（圖11），點擊“根據(jù)圖上高程”后選取計算范圍線出現(xiàn)對話框如圖12，在對話框“平場標高”一欄中填上爆破區(qū)域爆破后的規(guī)劃設(shè)計高程，如輸入3.4米后，點“確定”出現(xiàn)圖13的結(jié)話框再按“確定”，在系統(tǒng)左下角出現(xiàn)“請指定表格左下角位置（直接回車不繪表格）”，十字光標指定你想繪制表格的位置后，系統(tǒng)自動列表計算出了“平場面積、挖方量、填方量”數(shù)據(jù)（圖14）。

四、結(jié)束語

綜上所述，數(shù)字化測圖采集的平面坐標、高程數(shù)據(jù)精確可靠，通過計算機處理計算的土石方量準確可信，大大降低了土石方量計算的誤差率，為化解業(yè)主方與施工方的矛盾起著積極的作用。

測繪技術(shù)的發(fā)展趨勢和方向。測量數(shù)據(jù)采集和處理的自動化、實時化、數(shù)字化；測量數(shù)據(jù)管理的科學(xué)化、標準化、規(guī)格化；測量數(shù)據(jù)傳播與應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化、多樣化、社會化。GPS技術(shù)、RS技術(shù)、GIS技術(shù)、數(shù)字化測繪及其先進的地面測量儀器將廣泛應(yīng)用于測繪行業(yè)，并發(fā)揮其在經(jīng)濟建設(shè)的重要作用。