《全站儀數字化測圖》實驗過程中出現的問題及處理

仇文俠

摘要：全站儀數字化測圖是測繪行業地圖制圖的重要手段，也是高等職業院校測繪專業重要的專業課程之一。該課程實踐性非常強，對于初學者而言在學習過程中容易出現一些問題。基于全站儀數字化測圖實驗教學課堂，對學生在學習過程中遇到的問題進行了詳細歸納總結，并給出相應的解決方案，以期能對初學者提供幫助。實驗任務按項目的形式安排，以分組作業考核為導向，“遇到問題—分析原因—解決問題”的學習模式，點燃了學生學習的熱情，夯實了課程的理論知識，培養了學生吃苦耐勞、團隊合作的精神。

關鍵詞：數字測圖；參數；建站錯誤；草圖法；簡碼

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）24-0277-04

一、引言

《數字化測圖技術》是高等職業院校測繪專業必修的一門非常重要的專業課程。隨著現代測繪技術和信息技術的高速發展，數字化測圖已經成為測繪行業必備的一種手段[1-3]，培養學生數字化測圖的能力勢在必行。該課程要求學生掌握數字化測圖的基礎知識，并能付諸實踐，能以班組為單位順利測得大比例尺地形圖。本文以全站儀數字化測圖實驗教學課堂為基礎，歸納總結學生在實踐過程中遇到的一些問題，提出解決方案。

二、課程教學簡介

《全站儀數字化測圖技術》是一門理實一體化課程，將理論與實踐相結合，核心內容有：（1）全站儀相關知識及外業工作；（2）外業測圖方法，包括草圖法和簡碼法；（3）等高線測繪；（4）基于地籍成圖CASS軟件內業成圖。課程開設目的是讓學生能夠掌握全站儀數字化測圖的基本原理、外業測量工作方法及地籍成圖軟件CASS9.0的內業成圖操作。因此，課程按理論課之后馬上安排實驗課，實驗內容按項目的形式安排，對理論課的知識及時用于實踐。同時，外業采集到的數據在測繪數字化實驗室導入到計算機CASS軟件中進行成圖。

三、測區概況

實驗測區①設在四川建筑職業技術學院東區圖書館東廣場。測區地勢平坦，適宜地物測量。經2017年改造之后，該測區中間為小廣場，小廣場上分布有4個小花壇，其南北兩側都分布有花壇、草地、散樹、行樹、路燈、小路、廣場、路標、石碑、石桌、石凳、紀念樹等，地物豐富，并且不以中間廣場為對稱。同時，測區與實訓中心測量儀器室和測繪數字化機房距離都較近，借還儀器及導出數據都省時省力。實驗測區②設在四川建筑職業技術學院東區圖書館西側的小山包。該測區兩個小山包高差2—3m，頂部較平坦，坡度較緩，兩者相連，形成鞍部，鞍部兩側小山谷特征明顯，其余地區山脊、山谷、山坡變坡等特征都不明顯。小山包上有茂密的人工草地全覆蓋。該測區用于等高線測繪。

四、實驗安排及出現的問題

1.實驗儀器及測圖標準。實驗控制測量利用海星達全站儀、自動安平水準儀，碎步測量采用海星達全站儀進行數據采集。測圖坐標系為任意坐標系，比例尺為1∶500。

2.實驗安排。每班分7個組，每組5—6人。首先進行控制測量。在測區選擇控制點，要求控制點必須選擇在路沿之上，不得影響校園交通，視線要開闊，以能照到更多碎步點為佳，相鄰點之間必須通視，相鄰導線長度相差不大，以免影響測量精度。測區①以選擇8—9個為宜，形成閉合路線。設定第1個控制點坐標為（500，500，500），第1條路線坐標方位角為90°。導線測量外業使用海星達全站儀觀測導線邊長及轉折角，導線邊長進行5次觀測取平均值，轉折角測量采用測回法測量一個測回。高程控制測量利用自動安平水準儀分別測量相鄰兩個控制點之間的高差。控制測量的外業數據在軟件環境下進行平差處理，得到各個控制點的x，y，H坐標[2]，作為下一步碎步測量的基礎數據。然后碎步測量。依次在各個控制點建站，以前面相鄰的控制點作為后視點，測量地物特征點的坐標。測量特征點的平面坐標采用坐標正算法，如圖1所示，A、B為兩個控制點，C點為待測碎步點。首先依據控制點A、B點的坐標反算出直線BA的坐標方位角α■，算法為公式（1）[4]。全站儀安置在B點上，測量出直線BA和直線BC之間的水平角β，及直線BC的長度D■，獲得直線BC的坐標方位角α■（式（2））[4]，再按照坐標正算法公式（3）算出碎步點的坐標[4]。測量特征點的高程采用三角高程法，如圖2所示，A點為已知點，B點為待測點，儀器高位i，目標高為v。將儀器架設在A點上，瞄準B點，測得豎直角為α及A、B兩點間的距離D■，按公式（4）計算B點的高程[4]

tan■α■=■ （1）

α■=α■+β （2）

x■=x■+D■cosα■y■=y■+D■sinα■ （3）

H■=H■+Dtanα+i-v （4）

測量時數據記錄方法有兩種[1]，一是草圖法，即外業測量的同時畫好草圖，在草圖上將地物特征點編號，號碼應與全站儀里顯示的點號一致；二是簡碼測圖，即對地物特征點按規定的野外操作碼進行編碼，無須畫草圖。最后，從全站儀中導出數據，再導入到CASS軟件中編輯成圖。測區①草圖法測量的數據可以對照草圖一筆一筆編輯成圖，也可以采用編碼引導方式自動成圖。簡碼法測量的數據采用簡碼引導方式自動成圖。測區②必須以展示高程點的方式導入CASS軟件，加入地性線，采用泰森多邊形算法構建不規則三角網TIN模型，基于三角形的每條邊采用相似三角形原理搜索判斷等高線通過的點，相鄰的高程相等的點相連成等高線[2]。

3.實驗中出現的問題及處理方法。實驗中測區①每個組分別按草圖法和簡碼法各測量一次，測區②每組測量一次。在實驗過程中，每個組都不同程度地出現了一些問題，歸納如下：

（1）參數設置錯誤。常見于三個方面：①數據的單位，距離的單位為米，角度的單位為度分秒，高差的單位為米。如果儀器中設置的單位與測量人員腦中認為的單位不一致的話，就會出現測量數據與實際相差很大。②棱鏡及其參數設置。因為外業測量中用到的目標是棱鏡，如果設置成無棱鏡模式，會影響測量精度。棱鏡常數是重要的棱鏡參數，即由于棱鏡的反射中心與鏡架中心不相符的差值以及光在空氣中的傳播速度與在玻璃中的傳播速度不同的差值，使全站儀測距與真實值相差一個常數值[5-6]。該常數值一般會在棱鏡上有標識，一般是-30mm。如果想用更為精確的數值，則可采用三站法測[5-6]。③測量環境參數，即溫度、濕度、氣壓。因為電磁波在空氣中的傳播速率與溫度、濕度和氣壓的相關，因此會影響到距離測量精度。在測量精度要求不高的情況下，一般使用全站儀自己感應的環境參數即可。

（2）建站錯誤。常見四種問題：①坐標輸入錯誤，即測站點、后視點坐標輸入錯誤，與平差結果不符。②點位找錯，在外業測量中控制點找錯，與實際不符。③點位找錯，坐標也輸入錯誤。④測站點、后視點數據沒有得到儀器確認。前三個問題，在測量過程中對測量坐標系進行了平移和旋轉，在內業成圖時可以通過計算平移量和旋轉角度進行改正，盡量避免重測[7-8]。第四個問題會造成采集的數據雜亂無章，必須重測。所以，必須記得建站時測站點必須保存，后視點瞄準后確認，如圖3所示。

（3）橫、縱坐標顛倒。測量坐標x與y數據分別與儀器中的N與E對應。如果碎步測量時控制點數據x與y互換，可能會造成控制點相對位置錯誤，形成的圖就像是從地下向上看的狀態。同時，碎步點與控制點之間相對關系混亂。CASS軟件中默認的外業采集數據格式為：點號，編碼，橫坐標y，縱坐標x，高程H。這個格式不能錯，如果x，y交換的話，CASS軟件認不到，則生成的圖自然就錯了。這類問題可以直接在.dat文件中修改，也可以在Excel中打開數據文件進行批量修改，然后將文件保存為.CSV（帶逗號分隔）格式，再采用記事本打開后保存為.dat格式即可[9-10]。還有一種修改辦法就是計算x，y顛倒后的坐標系與測量坐標系之間的偏移及旋轉角度，在CASS軟件環境下通過平移和旋轉角度的方式對內業成圖進行修正[11-12]。

（4）簡碼編碼問題。常見問題四種：①控制點編碼時需要在編碼后加點名或點號，例如C0-N1。因為在地形圖中控制點的表示方法是在控制點符號右側用分式表示出控制點的名稱或點號及高程值[13]。如果不在其編碼后加點名或點號，則形成的圖中只將高程值表示在控制點符號的右側，與成圖規范相悖。②編碼首字母不能用B、U、Q三個字母，這幾個字母在CASS中表示擬合線條，而不是折線[14]。③CASS軟件不認n+、np等編碼的問題，如圖4所示為CASS軟件安裝目錄下YMSJ.dat數據修改前采用簡碼引導自動成圖效果。這個問題有兩種方法解決，第一種解決方法是逐地物測量，一個地物測完之后再測下一個地物；第二種方法是修改外業采集數據.dat文件，將同一地物的點按測量順序依次挨著相連接，同時修改編碼，點號無須修改。④房屋和填充類地物自動成圖不閉合（圖5），需要在軟件環境下人工繪制完善（圖6）。

（5）地物雙重屬性問題。測區草地、花壇中有小路，那么草地的某些邊具有雙重屬性，既是草地，也是小路。按規程，成圖中每一條線只有一個屬性，不能有屬性重疊現象，當小路與植被重疊時按小路處理[15]。而一般測量時均是按草地處理的。這就需要在后期成圖時在軟件下進行修改編輯，將草地中屬于小路的邊線兩端打斷，然后將其屬性刷為小路的屬性。

（6）建立不規則三角網TIN模型失真。建立不規則三角網TIN模型時，必須考慮加入地性線，約束三角形生成規則，將實際地形的山脊、山谷等地性線逼真地顯示出來[16]。如果不加入地性線，構建的TIN模型可能將實際的山脊削平，或將山谷填平，造成與實際地面模型不相符的現象。

五、結論

《數字化測圖》是一門實踐性很強的課程。初學者在學習過程中難免會出現這樣或那樣的問題，重點是通過學習激發了學生探索真理的巨大熱情，夯實了理論知識，提高了手動能力，增強了學生吃苦耐勞的精神，學會了同學之間互相包容、合作的能力，同時也在出現問題—解決問題的過程中拉近了學生和老師之間的距離。

需要強調的是，同學們在實驗過程中要仔細，每一部分做完都要仔細檢查，檢查無誤之后再進行下一步，步步為營，盡量避免修正或者返工。對于出現錯誤的地方，要學會分析問題來源，多做實驗，提高糾錯的能力，及時修改數據，及時總結經驗。

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