采用全站仪坐标法进行河道地形测量的基本程序
时间：2012-11-30浏览： 次责任编辑：四川拓图测绘仪器
河道地形测量的主要任务是为河道治理规划和工程建设服务，提供最原始、基础、真实的技术数据资料。本文通过对潮白河耿辛庄桥～牛栏山橡胶坝段河道地形的实际测量工作，简单介绍采用全站仪坐标法进行河道地形测量的基本程序，并结合实践中遇到的一些问题和不足提出见解。
1、测量段河道基本情况
1.1、工程性质
2006年向阳闸库区环境整治工程作为顺义奥运水上公园的配套工程开始实施，为改善河道面貌，需对潮白河耿辛庄桥～牛栏山橡胶坝段现状河道进行疏挖平整的微地形治理，以达“河畅、岸绿、水清”的治理效果，服务于绿色奥运。本次河道段测量主要是施工前的原状地形测量，为施工治理提供基础数据和土方量计算提供依据。
1.2、河道基本情况
本次测量段河道起自怀柔耿辛庄桥，起点桩号10+409.4，至顺义牛栏山橡胶坝，终点桩号19+189，全长近8.8km。主河槽宽度≥450m，堤中心距550～700m，左堤内外分布有水源八厂井群，17＃、18＃两座水源井位于堤内，左岸17+500～19+000段护堤滩地种植有成片林木，主要建筑物为耿辛庄在建新桥、京承高速桥、大秦铁路桥共三座跨河桥。现状河道内无水，但河底极不平整，地形复杂，深坑、陡坎、孤立高包遍布，高低起伏，高差较大。
2、测量准备
2.1、技术资料
工程设计图纸、文件，采用的坐标、高程系统，河道规划及相关测绘成果，主要为2002年北京市水利规划设计研究院编制的《潮白河水系综合整治规划报告》、《潮白河水系综合整治规划图册》，测量段河道已有的跨（穿）河建（构）筑物数据资料等。
2.2、仪器设备
外业设备：选用徕卡TCR-802全站仪及配套棱镜、数据传输线，DS3型水准仪、水准尺，对讲机，备用电池，皮尺或钢尺等；
内业设备：计算机，AutoCad、南方CASS成图系统软件；
为保证测量成果准确可靠，测量仪器、量具均按国家计量部门或工程建设主管部门的有关规定进行了定期检定，经检定合格后使用。
2.3、人员交底
在进行测量前，应组织施测人员进行技术交底，工作分工，明确任务。必要时应编制测量组织设计或方案。
2.4、施测依据
2.4.1平面坐标系统：
由于现场无已知导线点坐标，依据《潮白河水系综合整治规划图册》中数据成果，计算出起点耿辛庄桥段河道左堤至下游方向方位角217°26′01″，假定起点A坐标X=352400.000，Y=550500.000，据此沿左堤至下游布点展开测量。
2.4.2、高程系统：1985国家高程系统
根据周边已知高程点，用水准仪引测至A点，测定A点高程为41.488m。
2.4.3、精度要求
按四等导线的精度布设控制网，布设成闭合导线，然后计算闭合差校核。要求测角中误差±2.5″，测距中误差±5mm，方位角闭合差±5″。
3、测量过程
3.1、测量控制原则：
“先整体，后局部；先控制，后碎步”的基本控制原则。
布设控制网应遵循的原则：分级布网，逐级控制；应有足够的精度；应有足够的密度；应有统一的规格。
3.2、测量步骤
布设控制桩（网）—展开测设河道地形－纵横断面测量－复杂地形处细部施测
3.2.1、布设控制桩（网）
根据耿辛庄桥头左岸假定起始A点坐标和方位角，沿河道左岸一侧往下游终点方向布设导线控制桩。每300～500m布设一点，编号应根据所在实地位置，与整个河道实际里程桩号相结合，记为19+189始（但这不是河道中心线里程桩号，需要实测后修正）。用全站仪施测点距离和坐标，水准仪施测点高程。按四等导线的精度进行测量，布设成闭合导线，然后计算闭合差校核、调整。
位于河道较宽阔地段，且河内地形较复杂时，可在对应两岸同时布设控制点，以便从多方位、多角度进行观测。
3.2.2、河道内地形测量
（1）以沿河岸布设的导线点为依据，向河道内展开测量。以相邻两点或可通视的任意两点作为起始边，将全站仪架设在一导线点上，对中、整平后，打开应用程序，进入“测量”界面，进行“测站”设置，输入点号、坐标、高程和量取的仪器高；然后“定向”设置，采用“坐标定向”，输入后视点号、坐标和高程后，照准后视棱镜点“测存”，定位便已完成；接下来就可以对需测目标进行测量了。
（2）河道地形草图的大致勾画。外业测量时，首先需要对将施测范围内的地物、地貌大致轮廓进行草图勾画。包括堤路线、堤顶线、堤脚线、水位线（有水情况下）、突出的高包、陡坎、深坑，及高差变化明显的地面起伏线、树木区、水工建筑物等，均应先在草图上进行大致位置轮廓勾画，然后再实地测量。确保实测的点位与草图上的点位编号相对应，以便导出数据后在计算机上绘图。
（3）实地测量。施测的大致次序是堤路线，堤顶线，堤脚线，堤坡变化线，堤内地形、地物，独立建构筑物等，复杂地形处可以划分区域单独细部施测。
对应草图在实地地物轮廓线上选取特征点，立棱镜，通过观测，获得坐标、高程数据，并记录存入全站仪，便测定了地物数据信息。在进行地貌采点时，可以用一站多镜的方式测量，一般在地性线上要采集足够密度的点，尽量多观测特征点。例如在坑底测了一圈点，也应该在坑边再测一圈点，这样生成的等高线才真实；而在测量陡坎时，最好坎上坎下同时测点，这样生成的等高线才能真实的反映实际地貌。在其它地形变化不大的地方，可以适当放宽采点密度。测量地物、地形数据的准确性，取决于所选取实测特征点的多少。测量的点越多，结果越近于真值。具体选取应根据地形图比例尺和工程任务要求而定，但必须要能反应出地物、地形的基本特征。
在观测碎步点的同时，应尽可能随时观测另一导线控制点进行校核，便于及时校核观测数据的准确性，避免出现大的误差和误差积累。
3.2.3、河道纵横断面测量
纵断面的测量，它的主要任务是测定河道中线上各里程桩和加桩处的地面高程，然后根据测得的高程和相应的里程桩号绘制成纵断面图。纵断面图表示河道中线上地面的高低起伏和坡度陡缓情况，是设计路线高程、坡度和计算填挖土、石方量的重要依据。
横断面测量的主要任务是测定各里程桩加桩处中线两侧地面特征点至中心线的距离和高差，然后绘成横断面图。横断面图表示了垂直中线方向上的地面起伏情况，是计算土石方和施工时确定填挖边界的依据。在横断面测量中，一般要求距离精确至0.1米，高程精确至0.05米。左右堤顶路两侧各测出用地宽度以外至少5米。横断面的选取应有代表性或根据工程需要。直线段河道上的横断方向是与路线垂直的方向，曲线段上的横断方向是垂直于该点圆弧切线的方向。河道纵横断面图，也可以通过测绘河道整体地形图，在AutoCad电子版地形图上任意截取数据后绘制。但要求测绘地形图的精度更高一些，具体根据工程要求而定。
3.2.4、复杂地形、地物处转站测量
对复杂局部地形、地物处的细部测量，一次设站观测不能满足要求时，应当布设转点进行转站测量。同时可适当采用皮尺丈量方法配合测量，以减少镜站数，提高效率。
4、内业整理
4.1、原始数据整理：
4.1.1、草图整理：绘制的草图应当标识清晰、易懂、相对位置准确。按实测顺序关系分幅连续编号，并整理、保存，作为计算机数字绘图依据。
4.1.2、测量数据传输：全站仪在外业采集测点数据（点号、方位角、距离、坐标）的同时，均应进行记录保存，存入仪器内存。然后通过专用数据线与计算机连接，运行数据传导程序软件LEICAGeoOfficeCombined（指徕卡TCR-802全站仪），导出.dat和.dxf等格式数据图形文件，以供在计算机上编辑绘图。
4.2、数字化成图：
4.2.1、选用的两种方法：
一是通过传输到计算机上的.dxf格式的图形文件，在AutoCad中编辑绘图。二是通过安装使用南方CASS成图系统软件，导入传输的.dat数据文件，用“测点点号定位”方法进行成图。
4.2.2、选择绘图比例尺
河道纵横断面图比例尺选择为1：100～1：500，平面地形图比例尺选择为1：1000～1：2000。
4.2.3、测点点号定位法绘图
地形图的绘制应当依据草图为基础，按照不同的地形要素类别，选取相应的特征点用地图图式符号进行绘制。南方CASS成图系统将地形要素划分为九大类：
- 测量控制点；
- 居民地；
- 独立地物；
- 交通设施；
- 管线设施；
- 水系设施；
- 境界线；
- 地貌与土质；
- 植被园林。
根据上述地形要素类别，输入相应的点号连接绘制成图。
突出范围较大的高包、深坑、陡坎均应测绘等高线，等高距选为1m。地形图平地部分不绘等高线，以高程注记点代替，高程注记点注记到厘米。等高线在自动绘制前，应先将野外测的高程点建立数字地面模型（DTM），然后在数字地面模型上勾绘出等高线。
在大比例尺数字测图的过程中，由于实际地形、地物的复杂性，漏测、错测是难以避免的，这时必须要对所测地图进行屏幕显示和人机交互图形编辑，在保证精度情况下消除相互矛盾的地形、地物，对于漏测或错测的部分，及时进行外业补测或重测。
4.3、图纸输出：
在计算机上绘制完的数字化地形图，通过连接打印机，即可打印出图。
4.4、成果校核
将测绘完成段的河道地形图与《潮白河水系综合整治规划图册》的河道平面图对比校核，该段河道总长、宽度、走向、河岸线变化、建筑物相对位置和高程等，均基本一致，只是点位坐标是假定的数据，但可以确定实地测量没有出现大的偏差和错误。测量的河道地形图数据能够满足工程使用要求。
5、测量总结
随着现代电子数字化应用技术的发展，采用全站仪采集外业数据，通过绘图软件编辑数据成图，与使用普通经纬仪测设地形图的传统模式相比，大大提升了测绘河道地形图的工作效率，也提高了精确度。突破了传统模式测量的局限性，扩大了测量范围和规模，使得能够在现有技术装备力量的情形下，由单位自身具有一定测量基础的技术人员，完成在河道较大范围的地形测量工作。
但我们在潮白河道测量的实际工作和应用中还存在一些问题和不足：
一是整个系统操作过程的熟练化程度有待提高。应该通过加强对外学习、交流和培训等形式，解决实际工作中遇到的技术性难题，不断提高理论和实际操作水平。例如，通过观测保存的点位包含坐标、高程，属于三维数据，绘成的平面图在AutoCad中如何直接查询计算面积；如何选用更好的方法在成图系统中实现更简单、便捷的绘制等高线等。
二是要促进河道测量工作的有效联动机制，避免测绘工作的“孤立性”。比如在某段河道测绘前，可以请专业测绘部门进行配合指导，提供导线点，帮助布设控制网，我们再进行碎步测量。这就使得我们的测量工作开展有依据和保证。尽量避免在没有已知导线点的情况下，自己假定坐标施测，致形成的测绘图成果只能独立使用，不便与国家测绘部门及设计院测绘成果数据有机结合。
三是应当注重进行河道治理后的竣工测量，及时反应出河道地形地物的最新面貌。在实际工作中出于工程需要，我们一般只注重整治前的原状地形测量，作为施工整治和土方量计算的数据依据。而不能及时或忽略河道工程治理后的竣工新貌地形测量，也就难以拥有最新的河道地形图数据资料，不便于今后河道规划和管理使用。
参考资料：
1、中华人民共和国国家经济贸易委员会发布，电力行业标准，《水利水电工程施工测量规范》DL/T5173－2003，2003年6月1日实施。
2、刘素碧，“数字化测图的质量控制”，摘自《重钢技术》，发表时间2006年12月。
3、北京市规划委员会批复，北京市水利规划设计研究院编制，《潮白河水系综合整治规划》，2002年。
信息标题：采用全站仪坐标法进行河道地形测量的基本程序
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