湖北水利水电职业技术学院案例野外数字化测图的一种新方法_地形测量.pdf_大学文库

118 趁游拉术与管理 2009年第5期野外数字化测图的一种新方法孙海山，金爱国 (导忙具东学之工牡分克，内震占乎伦具尔G2的 [摘奖]数学化测图是现在达形图测绘”泛推”的一种测量新技术。其过程包括野外测量数据采集和内业计算机成图两部分。主要根异数字化测图的项珠，就断外性制测量和碎步测量数据的采集方法做了比软全面的说明，对数字化测图的津广应用具有一定的理论指导意义和实用价值。 [关键问印数字化测图：控刷测量：解步测量 [中图分类号]231.5[文献标识码】B[文章编号]1672913008511803 自由设站是大北例尺地面表测圆常用的建立 0引言站的一种方法。使用全站仪及具有设站界序功游整字化测图与传统的白纸测图相比野外作业的电子手簿，在一个未知坐标的测站上25个控过程基本相同，都是先控制测量，后碎步测量，先制点进行方向和距离观测，便可自动计算出测站整体后口部。醉步测量都是在图根点设站，烛形、点的坐标，接着即进行地形点的测量工指，自由设地物特征点都安甩点成立境，但是数子化测图中，站的促点在于：自由设站要双的翌制点数目少，设测绘仪搭及内业处理丁仪先进，在某生测量方法站基本不觉图形以制：自由议站的半加坐标技间上有些改进，工作效率高。木文重点介绍种数接平差计算，共有较高的平面坐标精夜，其高程可字化测图中数据采失的特点及测量方法：技测距三角高程测量方法求得。设在一个白由设站点P上观测了个控制 1控制测量数据采集点观方向数受电子手薄提供的荐序限制，一般大比例尺地面数字测图的控制与传统的白纸不超过5个方向心，根据观测值（方向值及距离和测量控制相比有其明显的不河：控制点坐标先计算出设站点P的近似坐标，然后 (少打硅了分领布网、逐级控制的除则，一般列出方向和边长的误差方程式，再组成法方程，结一个测区一次性整体布树、整体半差，所需的少量算法方程式，计算坐标。已知控制点可以用GPS角定。这就保证了测区各进行自出设站时，根据连测控点数目的不控制点州度比较均匀。同，分为三科情况：一是用方向和距离两个控制少由于目前与火比判尺激字溷图系统相匹点：二是用方向床测三个控制点：三是用多余观测的挥有一套地面控制数字测骨数据采集与处理进行白由设站，知图1所示，只东测三个控制点的一体化系欲，如武汉科技大学和式汉瑞得测涂自方向进行白由设站和通常的后方交会相同，没有动化公司联合研制的(CDSA》系统，EPS请的控创多众观测和检查条件，一股不直采用。测量数据采集弱统NASEW)等，从而使得地面控制测量的数据采集、预处理、半差、精度评定及分析、成果输出与管理等全部实现了一体化和自动没洁点广化。控制网的网形可以任意混合，如测边网.测角 L 设站么P 网、导线网，线形领，名边形等。 (3动测区控制点的稼度与传统白纸测置相比图1白由设站法示意图可以大大诚少，图根控闲的加凉可以与碎步测量 12一步测量法同步进行，所时应用自由设站法减导线法（外业电在电子平板测图中提出了图根控制与碎步测子手薄包括图根控制加密程用进行加密。量同步进行的测量方法，称为“一步测量法”。 1.i1台由设站法Acdmrni Publishin在个测站上先测导线的数您角度边长nc

2008 年第 5 期 0 引言数字化测图与传统的白纸测图相比野外作业过程基本相同，都是先控制测量，后碎步测量，先整体后局部。碎步测量都是在图根点设站，地形、地物特征点都要跑点或立镜，但是数字化测图中，测绘仪器及内业处理手段先进，在某些测量方法上有一些改进，工作效率高。本文重点介绍一种数字化测图中数据采集的特点及测量方法。 1 控制测量数据采集［１，２］大比例尺地面数字测图的控制与传统的白纸测量控制相比有其明显的不同：（1）打破了分级布网、逐级控制的原则，一般一个测区一次性整体布网、整体平差，所需的少量已知控制点可以用 GPS 确定。这就保证了测区各控制点精度比较均匀。（2）由于目前与大比例尺数字测图系统相匹配的都有一套地面控制数字测量数据采集与处理一体化系统，如武汉科技大学和武汉瑞得测绘自动化公司联合研制的（COSA）系统，EPSW 的控制测量数据采集系统（NASEW）等，从而使得地面控制测量的数据采集、预处理、平差、精度评定及分析、成果输出与管理等全部实现了一体化和自动化。控制网的网形可以任意混合，如测边网、测角网、导线网、线形锁、多边形等。（3）测区控制点的密度与传统白纸测图相比可以大大减少，图根控制的加密可以与碎步测量同步进行，随时应用自由设站法或导线法（外业电子手簿包括图根控制加密程序）进行加密。 1.1 自由设站法自由设站是大比例尺地面测图常用的建立测站的一种方法，使用全站仪及具有设站程序功能的电子手簿，在一个未知坐标的测站上 2~5 个控制点进行方向和距离观测，便可自动计算出测站点的坐标，接着即进行地形点的测量工作。自由设站的优点在于：自由设站要求的控制点数目少，设站基本不受图形限制；自由设站的平面坐标按间接平差计算，具有较高的平面坐标精度，其高程可按测距三角高程测量方法求得。设在一个自由设站点 p 上观测了 N 个控制点（观测方向数受电子手簿提供的程序限制，一般不超过 5 个方向），根据观测值（方向值及距离）和控制点坐标先计算出设站点 P 的近似坐标，然后列出方向和边长的误差方程式，再组成法方程，结算法方程式，计算坐标。进行自由设站时，根据连测控制点数目的不同，分为三种情况：一是用方向和距离两个控制点；二是用方向连测三个控制点；三是用多余观测进行自由设站，如图 1 所示。只连测三个控制点的方向进行自由设站和通常的后方交会相同，没有多余观测和检查条件，一般不宜采用。图 1 自由设站法示意图 1.2 一步测量法在电子平板测图中提出了图根控制与碎步测量同步进行的测量方法，称为“一步测量法”。在一个测站上，先测导线的数据（角度、边长能源技术与管理野外数字化测图的一种新方法孙海山，孟爱国（呼伦贝尔学院工程分院，内蒙古呼伦贝尔 021008）［摘要］数字化测图是现在地形图测绘广泛推广的一种测量新技术，其过程包括野外测量数据采集和内业计算机成图两部分。主要根据数字化测图的原理，就野外控制测量和碎步测量数据的采集方法做了比较全面的说明，对数字化测图的推广应用具有一定的理论指导意义和实用价值。［关键词］数字化测图；控制测量；碎步测量［中图分类号］ P231.5［文献标识码］ B［文章编号］ 1672蛳9943(2008)05蛳0118蛳03 118

2008 年第 5 期孙海山，等野外数字化测图的一种新方法等）紧接着在该测站进行碎步测量。一步测量法也同时满足现场实时成图的需要，如图 2 所示。图 2 一步测量法示意图现以附和导线为例加以说明。图 2 中 J,K,Q,T 为已知点，m,n,o,p 为图根点，1，2，3…为碎步点，其作业步骤如下：（1）全站仪安置在 K 点（已知坐标），后视 J 点，前视 m 点，测水平角 βk 及前视天顶距、斜距和站标高。由 k 点坐标即可算得 m 点的坐标（xm，ym， zm）。（2）仪器不动，后视 J 点作零方向，施测 K 测站周围的碎步点 1、2、3…，并根据 K 点坐标，算得各碎步点的坐标。根据碎步点的坐标、编码及连接信息，显示屏上实时展绘碎步点并连接成图。（3）仪器搬至 m 点，此测站点坐标已知（xm， ym，zm），后视 k 点，测得水平角及前视天顶距、斜距和站标高，可算得 n 点坐标（xn，yn，zn ），紧接着后视 k 点做为零方向，进行本站的碎步测量，如施测碎步点 8，9，10…，并根据 m 点的坐标，算得各碎步点的坐标，实时展绘碎步点成图。同理，依次测得各导线点和碎步点坐标。一步测量法的步骤归结为：先在已知坐标的控制点上设测站，在该测站上先测出下一导线点（图根点）的坐标，然后再施测本测站的碎步点坐标，并可实时展点绘图。搬到下一测站，其坐标已知，测出下一导线点的坐标，再测本站碎步点…。（4）待导线点测到 p 测站，可测得 Q 点坐标，记作 Q 点。Q 坐标与 Q 点已知坐标之差，即为该附和导线的闭合差。若闭合差在限差范围之内，则可平差计算出各导线点的坐标。为提高测图精度，可根据平差后的坐标值，重新计算各碎步点的坐标，然后再显示成图。若闭合差超限，则想办法找出导线错误之处，返工重测，直到闭合为止。但这个返工工作量仅限于图根点的返工，而碎步点原始测量的数据仍可以用，重算碎步点坐标即可。一步测量法对图根控制测量少设一次站，少跑一遍路，提高外业效率是明显的，但它只适合于数字测图。白纸测图时，必须先计算出图根控制点的坐标，并展绘到图纸上。因为在现场，要根据它才能展绘碎步点成图。如果导线点位置错了，本站所展的碎步点图就全部错了。一旦画错，要全部返工，这个工作量太大。数字测图则不然，导线闭合差超限，只需要测导线错误处，且全站仪数字测图出错的可能性很小，因而在数字测图中采用一步测量法是合适的。 2 碎步测量数据采集［１，３］大比例尺地面数字化测图与白纸测图相比，在碎步测量方面有以下特点：（1）白纸测图通常是在野外直接成图，除在 1∶500 的地形图上对重要建筑物轮廓点注记坐标外，其余碎步点坐标是不保留的。外业工作除观测数据外，地形图的现场绘制、清绘工作量也很重。数字测图的外业工作是记录观测数据或计算坐标。在记录中，点的编号和编码是不可缺少的信息，编码的记录可在观测时输入记录器或在内业根据草图输入。数字测图对于数据的纪录要有一定的格式，这种格式应能被数字测图软件所识别，能和数据库的建立统一起来。（2）数字测图中，电子记录器多数具有测站点坐标的计算功能，可进行自由设站。同时测距仪在几百米距离内精度较高，可达 1 cm，因此，一般地形图根点的密度相对于白纸测图的要求可减少。（3）碎步测量时不受图幅边界的限制，外业不在分幅作业，内业图形生成时由软件根据内业图幅分幅表及坐标范围自动进行分幅和接边处理。（4）白纸测图时在图根加密后进行碎步测量。数字测图的碎步测量可在图根控制加密后进行，也可和图根控制点观测同时进行，然后在内业计算图根点坐标后再进行碎步点坐标计算。（5）数字测图由数控绘图机绘制地形图，所有的地形轮廓点都要有坐标才能绘出地物的轮廓线来。对必须表示的细部地貌也要按时测地貌点才能绘出。因此数字测量直接测量地形点的数目比白纸测图会有所增加。 2.1 碎步测量的步骤（1）测站设置与检核。测站设置即安置仪器，包括对中、整平、定向，如果是全站仪的话，要输入测站点的坐标，高程和仪器高等。有的测图软件本身具有测站设置的功能，要求用户在对话窗中输入测站点号、后视点号以及安置仪器的高度，由程 119

2008 年第 5 期（上接第 115 页）由上图可得在采动影响下煤柱垂直应力提高，煤柱边缘煤体逐渐破坏，形成应力降低区，垂直应力升高区向煤柱内部转移，煤柱中央垂直应力与原岩应力相近。 4 结语由以上模拟试验结果可知，有限差分数值计算软件 FLAC，功能非常强大，模拟切合实际。它可以模拟岩层的非线性和大变形，同时有界面单元模拟岩层层理，锚杆、梁、柱单元模拟支护体，是一种性能优越的数值计算软件。通过 FLAC 的数值模拟，可比较全面地了解到煤柱尺寸对巷道围岩变形和破坏的影响，及不同的煤柱宽高对煤柱稳定性的影响，为矿井的井下安全施工，安全生产和经济效益提高提供了可靠的理论指导。［参考文献］［1］刘波, 韩彦辉. FLAC 原理、实例与应用指南［M］. 北京: 人民交通出版社, 2005. ［2］张顶力. 综放工作面围岩结构分析［J］. 岩土力学与工程学报，1997,（4）. ［3］吴健, 陆明心, 张勇,等.综放工作面围岩应力分布的实验研究［J］. 岩石力学与工程学报,2002,(1). ［4］杨新安, 黄宏伟, 丁全录. FLAC 程序及其在隧道工程中的应用［J］. 上海铁道大学学报,1996, (4). ［作者简介］张念超（1985-），男，山东日照人，中国矿业大学采矿专业在读本科生，获得过国家奖学金。［收稿日期：2008- 04- 15］序自动提取测站点及后视点的坐标并反算后视方向的方位角。为确保设站正确，必须要选择其它已知点做检核，不通过检核不能继续测量。（2）碎步测量。地面数字测图最常用的方法是极坐标法，分别观测碎步点的方向值，垂直角、斜距、给出镜高（对全站仪来讲，可直接显示出碎步点的坐标），此时用户输入点号和编码后，数据可直接存储在全站仪的 pc 卡中或记录到点子手簿等记录器中。 2.2 碎步点测量方法与坐标计算数字测图由绘图仪绘制地形图，需要绘制的地物轮廓其特征点必须有坐标，但是由于受到地形和通视条件的限制，实际测量中将有部分点不能用仪器在测站点上直接进行观测，因此碎步点测量除主要采用极坐标法外，还要采用其他一些测量方法测定碎步点的坐标，最常见的方法是：视距法、延长量变法、垂直量变法、垂足法、直线方向交会法，直线距离交会法、两点前方交会法、后方交会法等方法。无论采用何种方法都有现成的计算软件，测量后立即结算出坐标，如果使用电子平板则可实时展点绘图。 3 外业作业人员的组织外业作业是对数字测图而言，着重指碎步测量及其人员组织。（1）测记法施测时，作业人员一般配置为：观测员 1 人，记录员 1 人，草图员 1 人，跑尺员 1~2 人。（2）电子平板法施测时，作业人员一般配置为：观测员 1 人，电子平板操作人员 1 人（记录与成图），跑尺员 1~2 人。特殊情况下，外业作业组最少人员配置为 2 人，1 个观测员，还负责操作电子平板，一个跑尺员。只要电子平板配置的测图软件所提供的操作十分方便，而且操作人员对它的操作又很熟练，这个方案是可以实现的。用电子平板进行野外数字化测图，从人员组织到各种测量方法的自动结算和现场自动成图，真正做到内外业一体化，测图的质量和效益都将超过传统的人工白纸测图，是今后测绘大比例尺地形图的重点发展方向。［参考文献］［1］杨德麟，等.大比例尺数字测图原理及应用［M］. 北京：清华大学出版社，1998. ［2］宋其有. 数字地籍测量［M］. 北京：测绘出版社，1995. ［3］杜明义，等.计算机绘图原理及应用［J］. 北京：科学教育出版社，2000. ［作者简介］孙海山（1961-），男，副教授，高级工程师，1983 年毕业于阜新矿业学院，现在呼伦贝尔学院工程分院主要从事工程测量教学和研究工作。［收稿日期：2008- 04- 15］ 120 能源技术与管理

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