全站儀任意設站直接測圖方法

李芨濤 李富翔

【摘 要】本文對某些暫時不方便得到控制點坐標的情況下先行測圖，然后內業數據的傳輸、格式轉換，最后再進坐標轉換方法的探討。

【關鍵詞】測圖；獨立坐標系；北京坐標系；數據傳輸；數據格式轉換；坐標系轉換

一、引言

在地形圖的測量中，一般的作業方法是在已知點上架站，或是在未知點上架站，利用附近的已知點通過邊角前方交會或是后方交會等求出架站點坐標，再在儀器上進行測站設置，角度后視，全部完成后再開始地形圖的測量。在附近有足夠的已知點的情況下這種方法是可行實用的，但是在某些不利條件下實行起來卻比較麻煩，例如：假設駐扎在河的左岸，要測量河右岸的一片地形圖，為了方便觀測，儀器架設于河左岸，但左岸沒有已知控制點，在可見的右岸也只有兩個控制點A和B且此兩個控制點不易于到達（如圖1）。一般的方法是要不我們將測站架設于右岸已知點上將控制點傳到左岸；要不就是將儀器架設于左岸，右岸去一個人帶棱鐿到已知點上，用邊角交會求出架站點坐標。這都需要不少的時間，效率不高，下面探討一種效率相對較高的作業方法。

二、全站儀任意設站直接測圖具體操作過程

假設最后需要提供的是北京坐標系、吳凇高程系圖，已知控制點A、B也為北京坐標系、吳凇高程系坐標，我們以上面的例子來說明具體的作業操作過程。

首先，將全站儀架站于左岸合適的位置（架站位置安全、方便測量對面的地形）；其次，在全站儀上將測站三維坐標設置成（0，0，0），以一個將要派人去后視的已知標（假設是A）為零度進行后視，將架站點C投影至地面并作好標志，量取儀器高并記錄（以便最后計算出C點的三維坐標）；第三，司棱員到了測圖區后即可以開始進行數據采集，同時派一個人帶棱鏡到剛后視的已知標A上去（一般測圖司鏡員是幾人），由于已知標的遙遠不易于到達，或許這個司鏡員到達那個已知標需要一段不短的時間，但是在這個過程中，其它的司鏡員可以開始跑點，測站可以開始進行數據采集了（注：此時采集的數據為以測站C為原點，測站C至A為前進方位角的獨立坐標系坐標）；第四，當那個司鏡員到達已知標后，測站上利用邊角交會法求出測站北京坐標系坐標并記錄下來，同時測量A點的獨立三維坐標并記錄下來；第五，繼續進行數據采集直到作業完畢（獨立坐標）。

三、內業處理

1、數據傳輸

數據傳輸是將儀器內存里的數據傳至計算機內。數據傳輸的方法跟使用的全站儀類型有關，大致有如下幾種：帶PC卡的全站儀（如徠卡TCA1100）可用筆記本電腦將PC卡內數據直接讀出來；直接存于全站儀內存中的數據可用超級終端進行數據傳輸（如拓普康GTS-602、DTM-530等）；也可用全站儀配套軟件進行數據讀取，如徠卡大多數的全站儀（像TCR802等）可用徠卡測量辦公室軟件包進行數據的讀取；另外也可用繪圖軟件南方CASS進行數據的讀取。數據傳輸中有兩個問題值得重點注意：一是要確保全站儀與計算機的聯通，這方面有時會因為數據傳輸線沒有連接好或是損壞而導致無法傳輸，可通過超級終端進行簡單的檢查，主要就是在全站儀上進行數據發送后查看計算機上是否收到信息；二是確保全站儀內的通訊參數與計算機上的能訊參數一致。

2、數據格式轉換

我們野外采集的測量數據，在內業繪圖時需要的一般是測點三維坐標、數據編碼等，有的全站儀野外采集數據時保存的格式直接為三維坐標、編碼等可以直接繪圖的數據格式，這種情況就不需要進行數據格式轉換；有的全站儀保存的數據為其它的格式，如徠卡TCR802保存為GSI的數據格式，傳輸后的數據不能直接進行繪圖，因而我們要將其轉換成可以繪圖的數據格式。一般的數據格式轉換可以用全站儀配套軟件進行轉換，如徠卡GSI格式數據可以用徠卡測量辦公室進行數據格式轉換；也可以利用繪圖軟件南方CASS進行數據格式轉換（具體方法查閱南方CASS操作說明書）；當然我們還可以利用QBASE、VB等自己編制一個小程序來進行數據格式的轉換。

3、坐標系的轉換

這是十分重要的一步。在外業時，我們是以獨立坐標系的方法進行野外數據采集，經過內業數據格式轉換后所得的三維坐標數據是以C為原點、C至A為方向的獨立坐標系坐標，但繪圖需要的是北京坐標系坐標成圖，因而需要將這些數據轉換成相應的坐標系坐標。

高程需要的是吳凇高程，轉換起來相對十分簡單：將每個測點的獨立坐標高程加上A點的吳凇高程值減去A點的獨立坐標高程所得的數值即可，這個轉換可用Excel電子表格輕松實現。任意一點P的吳凇高程算法用公式表示如下：

HP吳=HP獨+（HA吳-HA獨）

平面坐標的轉換可用兩種方法來實現：一是用公式進行轉換；二是在AutoCAD上通過命令來轉換。

設C至A的北京坐標系方位角為α（可用C、A的北京坐標計算出具體數值），C點的北京坐標為（Xc，Yc），則北京坐標系原點的獨立坐標系坐標（x0，y0）為：

x0=（0-Xc）*cosα+（0-Yc）*sinα

y0=（0-Yc）*cosα-（0-Xc）*sinα

設任意一點P的獨立坐標系坐標為P（x，y），則其北京坐標系坐標P（X，Y）計算方法為：

X=（x-x0）*cos（360-α）+（y-y0）*sin（360-α）

Y=（y-y0）*cos（360-α）-（x-x0）*sin（360-α）

將此公式輸入到Excel電子表格內，可以輕松實現由獨立坐標系坐標到北京坐標系坐標的轉換。

AutoCAD上的轉換方法如下：

①、將所有的測點按獨立坐標系坐標展繪于圖上（高程已改為吳凇高程），包括A、C兩點；

②、將A、C兩點按其北京坐標展繪于同一圖上；

③、利用命令ALIGN進行坐標轉換：輸入命令ALIGN，回車，按提示選中所有的獨立坐標測點后回車，按提示分別將指定第一、第二個源點為獨立坐標的點A、點C，第一、第二個目標點分別為北京坐標系的點A、點C，回車后即可完成坐標的轉換，其實也就是平移加旋轉；

④、由轉換后的圖形生成坐標數據文件，生成的即為北京坐標系數據文件。

4、繪圖

繪圖一般用繪圖軟件進行，如CASS、清華三維等，根據各自的需要或習慣選擇相應的繪圖軟件，這里不詳說。

四、結束語

本文所探討的先用獨立坐標系坐標進行測圖，在方便時再測量出某兩個獨立坐標系測點所對應的北京坐標系坐標，再在內業時將所測獨立坐標系坐標轉換成北京坐標系坐標，某些情況下可以在一定程度上提高作業效率。

（作者單位：河南省洛陽市偃師市規劃局）