全站儀在水文大斷面測量中的應用

陳磊

摘 要：全站儀，即全站型電子速測儀（Electronic Total Station）。是一種集光、機、電為一體的高技術測量儀器，是集水平角、垂直角、距離（斜距、平距）、高差測量功能于一體的測繪儀器系統(tǒng)。在測量領域，全站儀已廣泛用于工程測量、地形測量等各個方面。該文結合新安水文站大斷面測量實際，分析采用全站儀法施測水文大斷面具備的優(yōu)勢。

關鍵詞：水文 全站儀 大斷面測量 應用

中圖分類號：P335.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0091-01

1 全站儀測量原理

全站儀在測量領域的應用，已經全面替代了傳統(tǒng)的光學經緯儀測角和傳統(tǒng)水準儀測距，這主要依賴于電子測距技術和電子測角技術的快速發(fā)展。電子經緯儀利用光電掃描度盤，取代人工光學測微讀數，自動記錄和顯示讀數，避免讀數誤差的產生并使測角操作簡單。電子經緯儀的自動記錄、儲存、計算功能，以及數據通訊功能，進一步提高了測量作業(yè)的自動化程度。

電子經緯儀的水平度盤和豎直度盤及其讀數裝置是分別采用兩個相同的光柵度盤（或編碼盤）和讀數傳感器進行角度測量的。根據測角精度可分為0.5″，1″，2″，3″，5″等幾個等級；電子測距部分的光敏二極管發(fā)射的調制紅外光由反光棱鏡經同一路徑反射回來，再經分光棱鏡作用使回光被光電二極管接收；進行而由內、外光路調制光的相位差間接計算光的傳播時間，計算實測距離。進而實現(xiàn)水平角、垂直角和斜距等基本測量要素的測定。加之全站儀強大、便捷的數據處理功能，使全站儀使用極其方便。

2 大斷面測量

2.1 測前準備

我們在新安站大斷面測量中使用的萊卡TC1800全站儀，其技術指標為：測角精度1"，測距精度1 mm+2 ppm，單次測量時間3s，測程（平均大氣條件）2.5 km（單棱鏡），數據記錄PC卡/RS232輸出，望遠鏡放大倍率30x，電源NiCd電池。

將全站儀架設在右岸斷面零樁上（新安站位于沭河右岸），設置好任務文件及設站信息，后視大斷面左岸斷面樁，對中置零，然后把全站儀水平螺旋旋緊。需要注意的是，水平螺旋旋緊固定后在大斷面測量過程中不能再次旋轉，只可利用垂直螺旋旋鈕上下轉動鏡頭，以確保斷面線定位精度。準備2 m棱鏡桿（水上部分使用）和4 m棱鏡桿各一根，對講機兩部，木船一艘。

2.2 測量數據采集

由一名人員持棱鏡桿沿著斷面線測量，并嚴格控制斷面變化，儀器測量人員利用對講機時刻提示持桿人偏離斷面線的位置，斷面變化測點在儀器中直接測存，整十米數起點距，可先利用測距功能將距離放出來，待持桿人到位，再測存。水下部分測量，用4 m棱鏡桿直接實測水下高程，斷面線控制辦法和水上部分相同。

2.3 數據處理

將測量設備正確回收放置后，利用配套的數據下載軟件和數據處理軟件將測量數據下載進行后處理，形成所需要的測量成果，并利用Excel或CAD生成水文測量大斷面圖。

3 測量時應注意的幾個問題

3.1 儀器架設

由于儀器架設需要一定的條件，當斷面樁所處環(huán)境不適宜全站儀設站觀測時，可利用鋼尺沿斷面線方向從斷面樁處丈量一段距離，量至適宜位置標記點位，進而觀測，后期處理中將起點距數值換算即可。設站點在斷面樁樁上可直接量取儀器高，設站點不在斷面樁樁上的可接測斷面樁樁上高程然后反算出設站點高程。

3.2 儀器觀測人員

觀測人員應在測量全程保護好儀器，不要受到碰撞等影響，以免造成測量誤差。應做好與持桿人的交流溝通，指揮其放桿點位置不要偏離斷面線，控制好整十米數的起點距。注意在測量過程中儀器參數的設置。在測量過程中，不要碰觸水平螺旋，并在測量結束后，校核后視瞄準方向是否有偏差，如有偏差超限，重測。

3.3 持桿人員

持棱鏡桿人員應在測量過程保護好棱鏡，不要使鏡頭沾水或掉入水中，以免影響測量。應做好與儀器觀測人員的互動，沿斷面線控制好高程的變化。棱鏡桿位置放好，桿子扶垂直，避免造成測量誤差。

4 與常規(guī)測量方法對比分析

2013年5月在新安站進行了全站儀測量法與水上部分水準儀水下部分測深桿的常規(guī)測法比測工作。常規(guī)法岸上部分的測量需架設水準儀，并派人扶水準尺；大斷面起點距水上部分利用皮尺丈量，量至水邊，水下部分利用纜道起點距控制，水深用測深桿測量；水上部分斷面變化較大，河堤陡峭導致搬站較多，測量記載內容繁瑣，須專門有人記載。常規(guī)法用人較多，測量程序十分麻煩不便，斷面線方向難以控制，起點距控制誤差較大。采用全站儀法測量大斷面，則不受河堤陡峭變化等限制，無需搬站，一站式解決了所有的測點測量。并且測量精度高，斷面線方向控制好，數據自動存儲，無需記載。測量結束后利用專用軟件，完成大斷面數據成果和斷面圖繪制，測量工序少，效率高。為能夠更進一步分析全站儀法與常規(guī)測法對比結果，根據兩次實測資料點繪新安站2013年汛前大斷面圖。見圖1。

從比較圖中可以得出兩個結論：（1）全站儀法能夠更好的控制斷面變化，操作起來更加的靈活方便，尤其當局部斷面變化較大時，控制的很好。（2）在起點距的控制上，常規(guī)測法利用皮尺和纜道循環(huán)索控制，由于斷面較寬，鋼絲繩具有張力，編碼器和滑輪間滑動摩擦，循環(huán)索與水平線存在一定的夾角，這些都是造成起點距誤差的原因，雖然進行了一些換算，但最終與全站儀法比較，兩岸斷面樁起點距相差1.8 m。

5 結語

通過分析比較，推薦采用全站儀法施測水文大斷面。從實際應用來看，全站儀法比傳統(tǒng)的常規(guī)法更先進，測量及記載計算工作量大為減少，且受周圍地形條件的限制較少，一站式作業(yè)靈活，過程直觀，操作簡便，測量速度快，精度較高，可以大大提高工作效率和減輕勞動強度，滿足水文信息化建設對水文測量實時性的要求。

參考文獻

[1] GB/T 27663-2011全站儀[S].

[2] 牛占.水文勘測工[M].鄭州：黃河水利出版社，2011.endprint

摘 要：全站儀，即全站型電子速測儀（Electronic Total Station）。是一種集光、機、電為一體的高技術測量儀器，是集水平角、垂直角、距離（斜距、平距）、高差測量功能于一體的測繪儀器系統(tǒng)。在測量領域，全站儀已廣泛用于工程測量、地形測量等各個方面。該文結合新安水文站大斷面測量實際，分析采用全站儀法施測水文大斷面具備的優(yōu)勢。

關鍵詞：水文 全站儀 大斷面測量 應用

中圖分類號：P335.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0091-01

1 全站儀測量原理

全站儀在測量領域的應用，已經全面替代了傳統(tǒng)的光學經緯儀測角和傳統(tǒng)水準儀測距，這主要依賴于電子測距技術和電子測角技術的快速發(fā)展。電子經緯儀利用光電掃描度盤，取代人工光學測微讀數，自動記錄和顯示讀數，避免讀數誤差的產生并使測角操作簡單。電子經緯儀的自動記錄、儲存、計算功能，以及數據通訊功能，進一步提高了測量作業(yè)的自動化程度。

電子經緯儀的水平度盤和豎直度盤及其讀數裝置是分別采用兩個相同的光柵度盤（或編碼盤）和讀數傳感器進行角度測量的。根據測角精度可分為0.5″，1″，2″，3″，5″等幾個等級；電子測距部分的光敏二極管發(fā)射的調制紅外光由反光棱鏡經同一路徑反射回來，再經分光棱鏡作用使回光被光電二極管接收；進行而由內、外光路調制光的相位差間接計算光的傳播時間，計算實測距離。進而實現(xiàn)水平角、垂直角和斜距等基本測量要素的測定。加之全站儀強大、便捷的數據處理功能，使全站儀使用極其方便。

2 大斷面測量

2.1 測前準備

我們在新安站大斷面測量中使用的萊卡TC1800全站儀，其技術指標為：測角精度1"，測距精度1 mm+2 ppm，單次測量時間3s，測程（平均大氣條件）2.5 km（單棱鏡），數據記錄PC卡/RS232輸出，望遠鏡放大倍率30x，電源NiCd電池。

將全站儀架設在右岸斷面零樁上（新安站位于沭河右岸），設置好任務文件及設站信息，后視大斷面左岸斷面樁，對中置零，然后把全站儀水平螺旋旋緊。需要注意的是，水平螺旋旋緊固定后在大斷面測量過程中不能再次旋轉，只可利用垂直螺旋旋鈕上下轉動鏡頭，以確保斷面線定位精度。準備2 m棱鏡桿（水上部分使用）和4 m棱鏡桿各一根，對講機兩部，木船一艘。

2.2 測量數據采集

由一名人員持棱鏡桿沿著斷面線測量，并嚴格控制斷面變化，儀器測量人員利用對講機時刻提示持桿人偏離斷面線的位置，斷面變化測點在儀器中直接測存，整十米數起點距，可先利用測距功能將距離放出來，待持桿人到位，再測存。水下部分測量，用4 m棱鏡桿直接實測水下高程，斷面線控制辦法和水上部分相同。

2.3 數據處理

將測量設備正確回收放置后，利用配套的數據下載軟件和數據處理軟件將測量數據下載進行后處理，形成所需要的測量成果，并利用Excel或CAD生成水文測量大斷面圖。

3 測量時應注意的幾個問題

3.1 儀器架設

由于儀器架設需要一定的條件，當斷面樁所處環(huán)境不適宜全站儀設站觀測時，可利用鋼尺沿斷面線方向從斷面樁處丈量一段距離，量至適宜位置標記點位，進而觀測，后期處理中將起點距數值換算即可。設站點在斷面樁樁上可直接量取儀器高，設站點不在斷面樁樁上的可接測斷面樁樁上高程然后反算出設站點高程。

3.2 儀器觀測人員

觀測人員應在測量全程保護好儀器，不要受到碰撞等影響，以免造成測量誤差。應做好與持桿人的交流溝通，指揮其放桿點位置不要偏離斷面線，控制好整十米數的起點距。注意在測量過程中儀器參數的設置。在測量過程中，不要碰觸水平螺旋，并在測量結束后，校核后視瞄準方向是否有偏差，如有偏差超限，重測。

3.3 持桿人員

持棱鏡桿人員應在測量過程保護好棱鏡，不要使鏡頭沾水或掉入水中，以免影響測量。應做好與儀器觀測人員的互動，沿斷面線控制好高程的變化。棱鏡桿位置放好，桿子扶垂直，避免造成測量誤差。

4 與常規(guī)測量方法對比分析

2013年5月在新安站進行了全站儀測量法與水上部分水準儀水下部分測深桿的常規(guī)測法比測工作。常規(guī)法岸上部分的測量需架設水準儀，并派人扶水準尺；大斷面起點距水上部分利用皮尺丈量，量至水邊，水下部分利用纜道起點距控制，水深用測深桿測量；水上部分斷面變化較大，河堤陡峭導致搬站較多，測量記載內容繁瑣，須專門有人記載。常規(guī)法用人較多，測量程序十分麻煩不便，斷面線方向難以控制，起點距控制誤差較大。采用全站儀法測量大斷面，則不受河堤陡峭變化等限制，無需搬站，一站式解決了所有的測點測量。并且測量精度高，斷面線方向控制好，數據自動存儲，無需記載。測量結束后利用專用軟件，完成大斷面數據成果和斷面圖繪制，測量工序少，效率高。為能夠更進一步分析全站儀法與常規(guī)測法對比結果，根據兩次實測資料點繪新安站2013年汛前大斷面圖。見圖1。

從比較圖中可以得出兩個結論：（1）全站儀法能夠更好的控制斷面變化，操作起來更加的靈活方便，尤其當局部斷面變化較大時，控制的很好。（2）在起點距的控制上，常規(guī)測法利用皮尺和纜道循環(huán)索控制，由于斷面較寬，鋼絲繩具有張力，編碼器和滑輪間滑動摩擦，循環(huán)索與水平線存在一定的夾角，這些都是造成起點距誤差的原因，雖然進行了一些換算，但最終與全站儀法比較，兩岸斷面樁起點距相差1.8 m。

5 結語

通過分析比較，推薦采用全站儀法施測水文大斷面。從實際應用來看，全站儀法比傳統(tǒng)的常規(guī)法更先進，測量及記載計算工作量大為減少，且受周圍地形條件的限制較少，一站式作業(yè)靈活，過程直觀，操作簡便，測量速度快，精度較高，可以大大提高工作效率和減輕勞動強度，滿足水文信息化建設對水文測量實時性的要求。

參考文獻

[1] GB/T 27663-2011全站儀[S].

[2] 牛占.水文勘測工[M].鄭州：黃河水利出版社，2011.endprint

摘 要：全站儀，即全站型電子速測儀（Electronic Total Station）。是一種集光、機、電為一體的高技術測量儀器，是集水平角、垂直角、距離（斜距、平距）、高差測量功能于一體的測繪儀器系統(tǒng)。在測量領域，全站儀已廣泛用于工程測量、地形測量等各個方面。該文結合新安水文站大斷面測量實際，分析采用全站儀法施測水文大斷面具備的優(yōu)勢。

關鍵詞：水文 全站儀 大斷面測量 應用

中圖分類號：P335.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0091-01

1 全站儀測量原理

全站儀在測量領域的應用，已經全面替代了傳統(tǒng)的光學經緯儀測角和傳統(tǒng)水準儀測距，這主要依賴于電子測距技術和電子測角技術的快速發(fā)展。電子經緯儀利用光電掃描度盤，取代人工光學測微讀數，自動記錄和顯示讀數，避免讀數誤差的產生并使測角操作簡單。電子經緯儀的自動記錄、儲存、計算功能，以及數據通訊功能，進一步提高了測量作業(yè)的自動化程度。

電子經緯儀的水平度盤和豎直度盤及其讀數裝置是分別采用兩個相同的光柵度盤（或編碼盤）和讀數傳感器進行角度測量的。根據測角精度可分為0.5″，1″，2″，3″，5″等幾個等級；電子測距部分的光敏二極管發(fā)射的調制紅外光由反光棱鏡經同一路徑反射回來，再經分光棱鏡作用使回光被光電二極管接收；進行而由內、外光路調制光的相位差間接計算光的傳播時間，計算實測距離。進而實現(xiàn)水平角、垂直角和斜距等基本測量要素的測定。加之全站儀強大、便捷的數據處理功能，使全站儀使用極其方便。

2 大斷面測量

2.1 測前準備

我們在新安站大斷面測量中使用的萊卡TC1800全站儀，其技術指標為：測角精度1"，測距精度1 mm+2 ppm，單次測量時間3s，測程（平均大氣條件）2.5 km（單棱鏡），數據記錄PC卡/RS232輸出，望遠鏡放大倍率30x，電源NiCd電池。

將全站儀架設在右岸斷面零樁上（新安站位于沭河右岸），設置好任務文件及設站信息，后視大斷面左岸斷面樁，對中置零，然后把全站儀水平螺旋旋緊。需要注意的是，水平螺旋旋緊固定后在大斷面測量過程中不能再次旋轉，只可利用垂直螺旋旋鈕上下轉動鏡頭，以確保斷面線定位精度。準備2 m棱鏡桿（水上部分使用）和4 m棱鏡桿各一根，對講機兩部，木船一艘。

2.2 測量數據采集

由一名人員持棱鏡桿沿著斷面線測量，并嚴格控制斷面變化，儀器測量人員利用對講機時刻提示持桿人偏離斷面線的位置，斷面變化測點在儀器中直接測存，整十米數起點距，可先利用測距功能將距離放出來，待持桿人到位，再測存。水下部分測量，用4 m棱鏡桿直接實測水下高程，斷面線控制辦法和水上部分相同。

2.3 數據處理

將測量設備正確回收放置后，利用配套的數據下載軟件和數據處理軟件將測量數據下載進行后處理，形成所需要的測量成果，并利用Excel或CAD生成水文測量大斷面圖。

3 測量時應注意的幾個問題

3.1 儀器架設

由于儀器架設需要一定的條件，當斷面樁所處環(huán)境不適宜全站儀設站觀測時，可利用鋼尺沿斷面線方向從斷面樁處丈量一段距離，量至適宜位置標記點位，進而觀測，后期處理中將起點距數值換算即可。設站點在斷面樁樁上可直接量取儀器高，設站點不在斷面樁樁上的可接測斷面樁樁上高程然后反算出設站點高程。

3.2 儀器觀測人員

觀測人員應在測量全程保護好儀器，不要受到碰撞等影響，以免造成測量誤差。應做好與持桿人的交流溝通，指揮其放桿點位置不要偏離斷面線，控制好整十米數的起點距。注意在測量過程中儀器參數的設置。在測量過程中，不要碰觸水平螺旋，并在測量結束后，校核后視瞄準方向是否有偏差，如有偏差超限，重測。

3.3 持桿人員

持棱鏡桿人員應在測量過程保護好棱鏡，不要使鏡頭沾水或掉入水中，以免影響測量。應做好與儀器觀測人員的互動，沿斷面線控制好高程的變化。棱鏡桿位置放好，桿子扶垂直，避免造成測量誤差。

4 與常規(guī)測量方法對比分析

2013年5月在新安站進行了全站儀測量法與水上部分水準儀水下部分測深桿的常規(guī)測法比測工作。常規(guī)法岸上部分的測量需架設水準儀，并派人扶水準尺；大斷面起點距水上部分利用皮尺丈量，量至水邊，水下部分利用纜道起點距控制，水深用測深桿測量；水上部分斷面變化較大，河堤陡峭導致搬站較多，測量記載內容繁瑣，須專門有人記載。常規(guī)法用人較多，測量程序十分麻煩不便，斷面線方向難以控制，起點距控制誤差較大。采用全站儀法測量大斷面，則不受河堤陡峭變化等限制，無需搬站，一站式解決了所有的測點測量。并且測量精度高，斷面線方向控制好，數據自動存儲，無需記載。測量結束后利用專用軟件，完成大斷面數據成果和斷面圖繪制，測量工序少，效率高。為能夠更進一步分析全站儀法與常規(guī)測法對比結果，根據兩次實測資料點繪新安站2013年汛前大斷面圖。見圖1。

從比較圖中可以得出兩個結論：（1）全站儀法能夠更好的控制斷面變化，操作起來更加的靈活方便，尤其當局部斷面變化較大時，控制的很好。（2）在起點距的控制上，常規(guī)測法利用皮尺和纜道循環(huán)索控制，由于斷面較寬，鋼絲繩具有張力，編碼器和滑輪間滑動摩擦，循環(huán)索與水平線存在一定的夾角，這些都是造成起點距誤差的原因，雖然進行了一些換算，但最終與全站儀法比較，兩岸斷面樁起點距相差1.8 m。

5 結語

通過分析比較，推薦采用全站儀法施測水文大斷面。從實際應用來看，全站儀法比傳統(tǒng)的常規(guī)法更先進，測量及記載計算工作量大為減少，且受周圍地形條件的限制較少，一站式作業(yè)靈活，過程直觀，操作簡便，測量速度快，精度較高，可以大大提高工作效率和減輕勞動強度，滿足水文信息化建設對水文測量實時性的要求。

參考文獻

[1] GB/T 27663-2011全站儀[S].

[2] 牛占.水文勘測工[M].鄭州：黃河水利出版社，2011.endprint