如何用全站仪进行水利工程断面测量

【摘 要】简述利用全站仪在水库、堤围等水利工程断面测量中的两种方法，以改进水利工程常规断面测量方法、提高测量效率和数据精度。 

【关键词】全站仪；断面测量 
　　地形测量在水利工程规划设计中，如堤围、水库大坝等带(线) 状工程，为满足工程施工、监理、验收等方面的需要，往往需要测绘大比例尺带状地形图以及进行纵、横断面测量。过去由于仪器技术条件所限，断面测量大都是用皮尺丈量距离、水准仪测量高程的作业方式，且断面测量和地形图测绘往往是分别进行的。随着全站仪应用的普及，为使断面测量工作与地形图测绘一样，进入数字化、自动化，并且两项测量工作可以协调进行，资料共享，提高工作效率，改变断面测量落后的生产方式。本文结合在鳅鱼角、车桶坑水库等水利工程地形、断面测量实践经验和具体条件，以南方NTS - 322 全站仪为例，探讨出全站仪在水利工程断面测量两种适用方法。 
　　1. 基于全站仪的对边测量 
　　对边测量是全站仪的重要测量功能，现在用来进行水库大坝、堤围的纵横断面测量。 
　　1.1 对边测量原理就是在不搬动仪器的情况下，在测站可以测量起点与任何一个其他点之间的斜距、水平距和高差。全站仪可连续测量多点间的斜距、水平距和高差。 
　　1.2 横断面测量横断面测量是测量垂直于线路中心方向的地面起伏情况。利用全站仪的对边测量功能，可以替代以前的横断面测量方法。要测量横断面，仪器架设在任意方便的地方，原则是，视野开阔，能看到的横断面越多越好。 
　　现以南方NTS - 322 全站仪测量某水库大坝的横断面为例。在坝的右端管养楼附近选一地方设站，使得能看到坝的全貌(若一测站完成不了，当然可再设站直到测完毕) 。欲测桩号0 +020 的横断面，首先在仪器上选择对边测量模式，在0 + 020 中心点B 设置棱镜，照准，按下测量键显示全站仪到B 点之间的平距(HD) ，测量完毕，棱镜的位置被确定。然后将棱镜置于横断面上的1 点，照准，按下测量键显示全站仪到断面点1 之间的平距(HD) ，测量完毕显示中心点B 点到1 点之间的平距(dHD) 和高差(dVD) ，并记下。再将棱镜置于横断面上的2 点，照准，按平距键测出并记下B 点到2 点之间的平距(dHD) 和高差(dVD) 。依次类推，全部测出桩号0 + 020 其他横断面点3、4 点到中心点B 的平距和高差，那么0 + 020 处的横断面测量就完成了。 
　　同理，只要站点能观测到的地方，无需搬动仪器，再将棱镜依次置于下面的桩号0 + 040、0 + 060中心点C、D、重复0 +020 处的横断面测量步骤，那么整个水库大坝的横断面测量工作很快就完成了。 
　　2. 断面测量 
　　2.1 改进断面测量方法的思路大坝或堤围若进行地形测量、断面测量两项内容，可利用全站仪数据采集存储和计算机的数据处理功能，设置一个坐标文件，首先测量全部断面点坐标(X ,Y) ，高程( H) ，然后加测地形地物点。通过通讯技术将全站仪采集的坐标(X,Y) 、高程( H) 数据传输给计算机进行智能化分析处理，实现地形图、纵横断面图绘制和工程量计算的自动化。 
　　2.2 仪器操作方法步骤车桶坑水库位于台山市古兜山脉东南的四九河的上游，主坝最大坝高29m。水库地形测量和大坝横断面测量使用南方NTS - 322 全站仪。具体操作方法如下。 
　　(1) 在数据采集模式下，输入坐标文件名( FN) :“CTKSK”。 
　　(2) 点号输入:利用全站仪断面测量时，现场并不需量距，里程桩和间距是在全站仪采集的数据传输给计算机在绘制断面图时自动得出的。故外业断面测点点号的输入方法为:第1 个断面(桩号0 + 000) 输入001 - 00 ，第2 个断面(桩号0 + 020) 为002 -00 ，以此类推，第n 个断面为n - 00 。其中前3 位为纵断面序号，后2 位为横断面点序号，只需输入第1 个点01 号，往下随着测点的增加，点号会自动增加1 号。 
　　(3) 标识符输入:为满足设计需要，横断面上测点要界定左、右侧(如渠道、堤围等水利工程测量以水流方向或测量路线前进方向划分左、右岸) 。在车桶坑水库横断面测量时，全站仪断面点标识符输入按水库上游的断面点输入L ，桩号中心点输入O ，下游的断面点输入R ，纵断面测量加点也遵守此原则。 
　　(4) 充分利用断面数字化点提高地形测图外业工效。当一测站断面测量工作完成之后，可将先前坐标文件“CTKSK”所采集的断面测量数据视为车桶坑水库需测地形图的数据化点。然后在同样的数据采集模式下，把所缺的地形地物点补测上，不过其点号则按“DX1”输入，以便区分。往下随着测点的增加，点号会自动增加1 号，如下一碎部点就是“DX2”。标识符既可按地形测量内容输入编码(“简码法”) ，也可以不需输入，在车桶坑水库地形测量中笔者采用了“草图法”，要求绘图员或立镜员在跑镜时要及时标注出所测的是什么地物及记下所测点的点号。 
　　 “草图法” 
　　与“简码法”相比，前者更加直观，在地物情况比较复杂时效率更高，还有关键一点是如果出错，在内业编辑时又较容易修改。 
　　2.3 计算机内业处理简介完成车桶坑水库外业测量工作之后，把全站仪采集的坐标文件“CTKSK”数据传输到计算机里并命名，按dat 文件保存。 
　　然后开始进行内业处理。用南方CASS5.1 成图软件绘制横断面图的方法，主要由图面生成。 
　　其中又有根据坐标文件和根据图上高程点两种方法，现以根据坐标文件为例: 
　　(1) 先用复合线生成断面线，点取“工程应用”下的“绘断面图”下的“根据坐标文件”功能。 
　　(2) 提示: 选择断面线，用鼠标点取上步所绘断面线。屏幕上弹出“输入高程点数据文件名”的对话框，来选择高程点数据文件。这里选择车桶坑水库坐标测量文件“CTKSK”。 
　　如果选“根据图上高程点”此步则为在图上选取高程点。 
　　(3) 提示: 请输入采样点间距(m) :〈20〉， 输入采样点的间距，系统的默认值为20m。采样点的间距的含义是复合线上两顶点之间若大于此间距，则每隔此间距内插一个点。 
　　(4) 提示:输入起始里程〈0.0〉， 系统默认起始里程为0 。 
　　〉横向比例为1 ∶〈500〉输入横向比例， 系统的默认值为1 ∶500 。这里输入1 ∶200纵向比例为1 ∶〈100〉输入纵向比例， 系统的默认值为1 ∶100 。 
　　请输入隔多少里程绘一个标尺(m)〈直接回车只在两侧绘标尺〉(5) 在屏幕上则出现所选断面线的断面图。 
　　命令行提示:是否绘制平面图? ⑴否⑵是〈1〉选⑵则上图就会绘出平面图的结果。 
　　(6) 图面恢复。在完成断面图绘制，另存之后，可用“工程应用”菜单下的“图面恢复”命令，就可以删除断面图，恢复先前的图形显示。当工程设计或施工需要在地形图上标注横断面位置时，因横断面点成直线排列，在图上可以很方便地找到每一断面的位置和方向，只须顺点描线，标注断面桩号即可。 
　　3. 结论 
　　过去断面测量外业由直接丈量断面里程桩和点间距以及用水准测量方法测量断面点高程的作业方式，尤其在坝高达几十米的水库大坝或堤围等带(线) 状工程进行单项断面测量时使用方法1 ，更能体现快捷高效、数据准确可靠、成果精度高的优点。 
　　断面测量方法既可完成断面、地形两项综合性测绘项目，也可完成其中单项测量项目。不过更适合在堤围、渠道等水利工程需要进行断面测量和地形测量两项测绘内容时，两者可综合完成，减少重复设站、重复测点的外业工作量，降低劳动强度，节省作业时间，成图也快，图面(断面图、地形图) 清晰美观，是一种综合高效的测量方法。 
　　随着科学的发展，各种测量技术越来越先进，上述两种方法只是在水利工程等线(带) 状工程比较适用，更多先进的测绘方法还有待我们去探讨。