全站儀配合CASS 軟件在小范圍地形測(cè)量中的應(yīng)用

常永梅

(中鐵十二局集團(tuán)第四工程有限公司，陜西 西安 710021)

0 引言

隨著測(cè)繪儀器和測(cè)繪技術(shù)的更新，普通的地形測(cè)量方法已經(jīng)被先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器RTK和強(qiáng)大的自動(dòng)成圖測(cè)繪軟件所代替，對(duì)于大面積的地形測(cè)量，我們將采用專(zhuān)業(yè)的測(cè)繪軟件和專(zhuān)業(yè)的測(cè)繪儀器進(jìn)行測(cè)量和繪制地形圖。但在小范圍內(nèi)的地形測(cè)量中，我們基本還是采用傳統(tǒng)的測(cè)量方法，比如外業(yè)采用全站儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取點(diǎn)，然后采用制圖軟件CAD等成圖軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，內(nèi)外業(yè)基本都是采用手工記錄和手工輸入來(lái)完成最終的圖形。由于CAD軟件的局限性，地形圖的處理還是存在很大缺陷，而且對(duì)于測(cè)量工作者來(lái)說(shuō)工作量也相當(dāng)大。

最近我們通過(guò)采用徠卡TCRA1201全站儀配合南方成圖CASS軟件結(jié)合實(shí)踐，外業(yè)測(cè)量采用徠卡TCRA1201全站儀的跟蹤模式，內(nèi)業(yè)采用CASS軟件的成圖系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸采用儀器電腦串口鏈接方法，基本完成了內(nèi)外一體化的測(cè)量模式。外業(yè)不需要記錄數(shù)據(jù)，采用儀器自動(dòng)記錄模式，內(nèi)業(yè)也取消了手工輸入坐標(biāo)模式，采用串口鏈接方式直接從儀器內(nèi)存中讀取全站儀中CASS軟件需要的數(shù)據(jù)格式。此方法操作簡(jiǎn)單，外業(yè)測(cè)量速度相當(dāng)快，精度也高，基本免去了采用人工瞄準(zhǔn)測(cè)量點(diǎn)的步驟，采用儀器的自動(dòng)跟蹤模式測(cè)量、記錄。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，外業(yè)無(wú)需任何記錄，內(nèi)業(yè)不需手動(dòng)輸入，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外業(yè)一體化。南方CASS地形地籍成圖軟件是基于AutoCAD平臺(tái)技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的成圖軟件。在地形測(cè)量和成圖方面相對(duì)比較強(qiáng)大，廣泛應(yīng)用于地形成圖、地籍成圖、工程測(cè)量應(yīng)用等領(lǐng)域，對(duì)于面向徠卡全站GSI的接口上，打通數(shù)字化成圖系統(tǒng)與GSI接口，使用骨架線(xiàn)編輯，簡(jiǎn)碼用戶(hù)化、GSI無(wú)縫接口等技術(shù)，目前已經(jīng)成為測(cè)繪領(lǐng)域及其相關(guān)測(cè)繪作業(yè)的成圖主要系統(tǒng)。

下面我們以實(shí)際工程為例簡(jiǎn)單介紹如何利用全站儀配合南方CASS軟件測(cè)繪一張地形圖。

1 工程概況

寧安鐵路六標(biāo)一分部施工DK226+330～DK227+800路基工程為全挖方段路基，本段路基挖方量共計(jì)90萬(wàn)m3，考慮挖方量較大，路基現(xiàn)有征地范圍內(nèi)無(wú)法滿(mǎn)足全部棄土量，因此初步?jīng)Q定在DK226+400～DK226+700的線(xiàn)路左側(cè)50 m～250 m范圍內(nèi)重新征取棄土用地。此處地形為自然山體緩坡?tīng)睿噬焦葼顟B(tài)，植被茂密，考慮到此處地形是否滿(mǎn)足所有路基挖方量的棄土，所以在土地征用前首先要測(cè)出該處地形，才能計(jì)算棄土方量。起初我們采用原始測(cè)量方法，由于該處地形復(fù)雜，高低相差30 m左右，所以采用全站儀普通測(cè)量方法測(cè)量橫斷面難度相當(dāng)大，而且精度也相對(duì)較低。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察，最后采用自由設(shè)站進(jìn)行儀器外業(yè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，然后采用CASS軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理，此方法的利用大大縮短了測(cè)量時(shí)間，尤其在測(cè)量員跑點(diǎn)上無(wú)需考慮線(xiàn)路左右里程的統(tǒng)一，方便靈活，測(cè)量精度也相對(duì)較高。

2 建立平面控制坐標(biāo)系

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形我們?cè)谠搮^(qū)域埋設(shè)4個(gè)臨時(shí)控制點(diǎn)，4個(gè)控制點(diǎn)位置基本呈正方形，高程都在48 m～50 m之間，此4個(gè)臨時(shí)控制點(diǎn)位置的選定，保證了全站儀假設(shè)該處地形任何一個(gè)范圍內(nèi)通過(guò)自由設(shè)站都能同時(shí)后視任意兩個(gè)臨時(shí)控制點(diǎn)。在臨時(shí)控制點(diǎn)三維坐標(biāo)測(cè)量方面我們采用全站儀固定點(diǎn)后視方法，對(duì)4個(gè)臨時(shí)控制點(diǎn)進(jìn)行平面高差測(cè)量，每次測(cè)量均采用正倒鏡測(cè)設(shè)，共測(cè)設(shè)3個(gè)測(cè)回后取平均值作為最終測(cè)量成果。

3 碎部測(cè)量

碎部外業(yè)測(cè)量首先架設(shè)全站儀在任意位置，設(shè)站處盡量設(shè)在視野開(kāi)闊、地勢(shì)平坦處，這樣以減少儀器的頻繁設(shè)站，保證儀器的穩(wěn)定。儀器架設(shè)調(diào)試完畢后，進(jìn)行自由設(shè)站、定向，然后進(jìn)行碎部測(cè)量。碎部測(cè)量數(shù)據(jù)采集利用全站儀自帶內(nèi)存進(jìn)行存儲(chǔ)，為了避免區(qū)分地形測(cè)量的碎部點(diǎn)和全站儀內(nèi)部平時(shí)放樣點(diǎn)混淆，在碎部點(diǎn)測(cè)設(shè)之前全站儀內(nèi)需重新建立新文件夾。在地形采集數(shù)據(jù)時(shí)，我們采用6組～8組棱鏡進(jìn)行碎布跑點(diǎn)測(cè)量，采用多棱鏡進(jìn)行跑點(diǎn)測(cè)量:

1)可以減少跑點(diǎn)人員的活動(dòng)量，尤其在地形變化較大地區(qū);

2)減少全站儀的自動(dòng)搜索時(shí)間。

測(cè)量時(shí)不需按照擬定路線(xiàn)進(jìn)行移動(dòng)，跑點(diǎn)人員只需把地形變化點(diǎn)數(shù)量采集足夠就可以，對(duì)于地形比較陡峭的地段，我們還可以采用儀器的紅外測(cè)距功能進(jìn)行測(cè)量，無(wú)須人員到達(dá)測(cè)設(shè)，保證了人員的測(cè)設(shè)安全。

為了保證圖形的準(zhǔn)確性，一般在地形線(xiàn)要多觀測(cè)特征點(diǎn)和足夠的密度，這樣生成的等高線(xiàn)才能真實(shí)反映實(shí)際地貌，地形變化不大地方，可以適當(dāng)降低點(diǎn)的采集密度。

4 數(shù)據(jù)傳輸

當(dāng)外業(yè)碎部測(cè)量數(shù)據(jù)采集完成后，須要把全站儀內(nèi)存中的作業(yè)數(shù)據(jù)文件傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，才能進(jìn)行地形圖的繪制，普通的全站儀傳輸數(shù)據(jù)方法有兩種:一種是用全站儀自帶的傳輸軟件;一種是用CASS軟件自身進(jìn)行傳輸。當(dāng)采用CASS軟件進(jìn)行下載時(shí)，首先打開(kāi)CASS軟件，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)工具下拉菜單中的讀取全站儀數(shù)據(jù)命令，此時(shí)將出現(xiàn)全站儀內(nèi)存數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換窗口，在窗口中選擇通訊口COM1，波特率選擇9600(徠卡儀器設(shè)置)效驗(yàn)選擇無(wú)效驗(yàn)，數(shù)據(jù)位選擇8位，停止位選擇1位，在通訊臨時(shí)文件中選擇全站儀作業(yè)文件格式為GSI格式，在CASS坐標(biāo)文件中選擇要生成的DAT文件格式(見(jiàn)圖1)，然后點(diǎn)擊確定。此時(shí)儀器將把儀器作業(yè)文件導(dǎo)入電腦為.dat格式文件的內(nèi)容，第一列為點(diǎn)號(hào)，然后為東坐標(biāo)(Y)、北坐標(biāo)(X)、高程。如果現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量點(diǎn)號(hào)編碼有錯(cuò)誤時(shí)可以打開(kāi)DAT文件進(jìn)行修改。

圖1 DAT文件內(nèi)測(cè)量數(shù)據(jù)格式

5 數(shù)據(jù)處理

內(nèi)業(yè)處理采用CASS軟件進(jìn)行自動(dòng)處理，無(wú)需手動(dòng)輸入坐標(biāo)。首先進(jìn)入CASS主界面，單擊等高線(xiàn)工具菜單下的建立DTM命令，將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話(huà)窗，在建立TDM方式的命令下選擇有數(shù)據(jù)文件生成模式，然后將選擇有全站儀導(dǎo)出的地形測(cè)量.dat作業(yè)文件，在結(jié)果顯示區(qū)域選擇顯示三角網(wǎng)命令，這樣可以修改控制點(diǎn)的位置，此時(shí)在現(xiàn)實(shí)圖形的區(qū)域可以看到有測(cè)量點(diǎn)生成的三角網(wǎng)圖形命令，此時(shí)命令區(qū)會(huì)提示，讀點(diǎn)完成。共讀入536個(gè)點(diǎn)。然后點(diǎn)擊等高線(xiàn)下的繪制等高線(xiàn)命令，在命令中輸入要使用的比例尺精度，然后點(diǎn)擊確認(rèn)命令，此時(shí)出現(xiàn)繪制等高線(xiàn)值的對(duì)話(huà)框，上面將顯示最小高程和最大高程，根據(jù)最大和最小高程可以進(jìn)行平整場(chǎng)地的標(biāo)高。在等高距中設(shè)置等高距的范圍，在擬合方式中選擇3次B樣條擬合方式，這樣可以保證等高線(xiàn)的平滑性，然后點(diǎn)擊確定，此時(shí)在已經(jīng)生成的三角網(wǎng)中同時(shí)生成所測(cè)地形的等高線(xiàn)圖形(見(jiàn)圖2)。然后點(diǎn)擊主菜單繪圖處理下的展野外測(cè)點(diǎn)點(diǎn)號(hào)，同樣選擇地形測(cè)量.dat文件，這樣可在屏幕上展出野外測(cè)點(diǎn)。在點(diǎn)擊“繪圖處理”—“展高程點(diǎn)”選取“地形測(cè)量DAT”直接回車(chē)，高程點(diǎn)全部展出來(lái)。如果圖形中等高線(xiàn)的高程注記密度不能滿(mǎn)足要求時(shí)可以使用等高線(xiàn)工具下的等高線(xiàn)注記命令進(jìn)行局部加密注記，注記方法主要采用沿直線(xiàn)坡度注記和沿直線(xiàn)示坡線(xiàn)注記兩種方法。

圖2 由DAT格式文件直接生成的三角網(wǎng)和等高線(xiàn)圖像

6 場(chǎng)地平整及計(jì)算

接下來(lái)我們將進(jìn)行棄土場(chǎng)平整數(shù)據(jù)計(jì)算，大家知道場(chǎng)地平整目的就是使全場(chǎng)土方量按照設(shè)計(jì)標(biāo)高達(dá)到填挖平衡。如果采用普通的斷面測(cè)量是很難進(jìn)行此項(xiàng)數(shù)據(jù)計(jì)算的，而且計(jì)算數(shù)據(jù)精度較低，但采用CASS中的土方量計(jì)算進(jìn)行場(chǎng)地平整計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)它的計(jì)算時(shí)間和精度是相當(dāng)快而高的。首先我們?cè)谘永m(xù)上面圖像的情況下，在地形圖選擇一段區(qū)域作為進(jìn)行土方量計(jì)算的區(qū)段，再點(diǎn)擊工程應(yīng)用/DTM法土方量計(jì)算/根據(jù)坐標(biāo)文件。在選擇區(qū)域計(jì)算時(shí)，一定要形成閉合圖形。在現(xiàn)實(shí)TMD對(duì)話(huà)框時(shí)輸入場(chǎng)地平整的設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后點(diǎn)擊確定，根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容將生成計(jì)算面積和方量，見(jiàn)圖3。

圖3 由DAT文件計(jì)算出的土石方量

如果需要對(duì)地形地物進(jìn)行必要的注記，即加注一些文字說(shuō)明并添加圖框，“繪圖處理”菜單下“任意圖幅”，根據(jù)所測(cè)圖的大小輸入縱向、橫向尺寸，在圖名欄里輸入必要的信息，點(diǎn)擊確定，這樣一幅完整的地形圖上就完成了局部平整場(chǎng)地的土方量計(jì)算模式，大范圍的場(chǎng)地平整同樣可以采用上述操作方式來(lái)完成。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上步驟，以棄土場(chǎng)實(shí)際工程為例，完成了一幅地形圖從外業(yè)測(cè)量到內(nèi)業(yè)成圖計(jì)算的全過(guò)程，具體的很多細(xì)節(jié)部分需在成圖過(guò)程中親自體會(huì)，才能更好的掌握CASS軟件背后更強(qiáng)大的功能。通過(guò)對(duì)此方法的現(xiàn)場(chǎng)利用，大大節(jié)省了測(cè)量時(shí)間，尤其在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理上更為快速準(zhǔn)確，也相應(yīng)的為項(xiàng)目部成本節(jié)約部分測(cè)量費(fèi)用。