1、雙經緯儀激光對點代替無棱鏡全站儀在大比例尺數字化測圖中的應用李思齊1 朱有彬2 王清1 王新志1 張勇1 吳小軍2（1潞安礦業集團五陽煤礦，山西長治 046200 2中國礦業大學（北京），北京 100083）摘要：本文介紹了在對矸石山進行數字化測圖時，利用兩臺同精度經緯儀采用激光對點來進行測量，代替了無棱鏡全站儀進行大比例尺數字化測圖，同時對實測數據進行精度計算，證明該方法能夠符合測量精度要求，從而安全、高效的完成測量任務，同時也為我們提出了一種在野外艱苦的環境（面對懸崖、峭壁或者人難以到達的地點）下采用較低端的儀器來完成數字化測圖的新手段，對我們實際測量有一定的啟發意義。關鍵詞：數字化測圖

2、無棱鏡全站儀 前方交會 經緯儀 Abstract: In this paper, we take the hillock digitalization as an example, to digital mapping points with two the same precision laser, and compared the result with digital mapping with the no prism total station. At the same time, we calculate the data of actual measurement precisio

3、n to improve this way could meet the accuracy requirement, and could finish the work safely and efficiently. On the other hand, we come up with a new measure to complete the digital mapping in the wild hard environment (such as facing the cliff, the place where people is impossible to reach ) with t

4、he limited instruments, which could be some reference value in field surveying.Key words: Digital mapping No prism total station Spatial forward Theodolite引言：近年來，地裂地陷、地表塌方、山體滑坡、泥石流等各種災害頻繁發生，給人類帶來了巨大的財產、生命的損失。與此同時，人們不得不對環境問題、生態問題日益關注，環境保護問題便被提到了人們的議事日程之中，倍受人們的重視。礦山的開采對人類的影響也是相當嚴重的，他造成水土污染、矸石山堆積、地面塌陷、

5、當地生態環境嚴重破壞等問題，給人們的現實生活產生了很大的不利因素。如何減少在礦山開采的過程中的環境的污染與生態破壞，采取積極的措施，加大對已破壞的環境、生態問題進行有效的治理已成為礦山開采者的必須履行的責任1。本文針對在為礦山矸石山復墾治理中產生的實際問題為實例，講述了在對煤礦的矸石山的數字化測圖時，采用普通的全站儀替代無棱鏡全站儀對矸石山進行數字化測圖并生成大比例尺地形圖，為矸石山的復墾提供一手的資料。通過現場的實時測量并分析驗證相關數據，得出結論，在進行大比例尺數字測圖時，用全站儀代替無棱鏡全站儀能夠滿足精度要求，從而實現安全、簡捷、低成本的完成了測量任務，具有較好的工程效果。1、測圖的背

6、景：矸石山是有較多的碎小的矸石堆積而成的山，其表面很不穩定，容易垮落，坍塌，在對其進行數字化測圖時，若按照傳統的全站儀碎部采點的方法進行，跑尺人員直接登上矸石山，這是非常危險的。鑒于此種特殊情行，應該采取無棱鏡全站儀進行測圖，這是比較安全的，可是無棱鏡全站儀價格比普通全站儀要貴，采用無棱鏡測圖無形中就加大了測量的成本，同時采用無棱鏡全站儀進行測量時其測量精度與大氣條件、所測距離、反射角及反射條件、反射物穩定性要求比較的高，同時耗電量大造成很多的不利影響，這些外在的因素無形中降低了測量的精度、增大了測量的難度2。現從客觀現實條件出發，首先，不因新購無棱鏡全站儀帶來費用的增加的條件下，同時綜合考慮

7、安全性、測量精度和測量成本等因素，現采用兩臺經緯儀同時測量，運用前方交會的原理，來完成對矸石山的地形圖的測量，這樣既解決了測量中的人員的人身安全問題，又節約了測量的成本，同時經過驗證也能夠保證測量的精度要求。2、測量的步驟及原理2.1施測步驟：首先是設置控制點。在要測量的矸石山一周設置若干個測量控制點，為后面的碎部測量提供首級控制。在設置這些控制點時，注意要將其布設成一個閉合的導線環，來實現導線的精度和自我檢測，同時保證至少相鄰三個點可以通視；為了便于碎部點的采集，在矸石山地形地貌變化較大的地方，盡量多布設控制點，地形變化不大的地方可以適當的減少控制點。接下來是碎部點采集。在兩個已知控制點A、

8、B上分別架設兩臺型號、精度一樣的經緯儀，用紅色激光燈打在要測量的碎部點P上（如果條件允許，在光線較暗或者夜間進行效果更佳，同時，在進行測點時，根據前方交會的要求，構成三角形的形狀盡量為正三角形，至少交會角應大于300并小于1500，以保證測量精度），兩臺經緯儀同時對該點進行觀測（觀測時兩個儀器同時瞄準紅色激光燈打在矸石上的點），并記錄下來其角度和及垂直角A和B。碎部點采集時儀器的換站順序。在完成A、B這兩個控制點上所有的碎部點的采集后，保持B站的儀器不動，把A站上的全站儀搬到C站，再進行B、C兩點之間的碎部點的采集，方法同A、B兩點之間的測量方法相同。測量完畢，保持C站儀器不動，把B站的儀器搬

9、到D站上，如此反復搬動儀器進行碎部測量，直至測完矸石山上所有的特征點。如圖1-1 施測過程示意2.2測量原理：該測圖方法的基本原理等同于前方交會的基本原理，即在已知控制點上設站觀測水平角，根據已知點坐標和觀測角值，計算待定點坐標的一種控制測量方法。如圖1-2所示，根據已知點A、B 的坐標（XA，YA）和（XB，YB）,通過平面直角坐標系反算， 如圖1-2 前方交會可以獲得AB邊的坐標方位角AB和邊長SAB，由坐標方位角AB和觀測角可推算出坐標方位角AP，由正弦定理可得AP的邊長SAP。由此，根據平面直角坐標系正算公式，即可求得待定點P的平面坐標，即 （1-1）當A、B、P按逆時針編號時， ，將

10、其代入上式，得顧及則有 （1-2）由正弦定理可知：將上式代入1-2，并整理即可得到 （1-3）式1-3即為前方交會計算公式，通常也將其稱為余切公式，這就是平面坐標計算的基本公式之一，在平面坐標計算中占有很重要的地位3-4。高程的計算方法同上面一樣，以A點為出發點計算P點高程時，計算如下： （1-4）式中：iAA點儀器高； SAPA點到P點的距離，上面已經算出；HAA點的高程；AA點到P點的垂直角。若以B點為出發點計算P點高程時，計算如下： （1-5）式中：iBB點儀器高；SBPB點到P點的距離，上面已經算出；HBB點的高程；BB點到P點的垂直角。2.3、精度的評定測量規范中，對點位高程中誤差有

11、明確規定：城市測量規范要求四等網最弱相鄰點的相對點位中誤差不得超過5cm, 四等以下最弱點點位中誤差在1:500圖中不得超過5cm、, 小于1:500圖不得超過10cm , 圖根點相對于圖根起算點的點位中誤差不得大于圖上0.1mm, 各等水準網最弱點高程中誤差不得超過2cm, 圖根點相對于圖根起算點的高程中誤差, 不得大于測圖基本等高距的十分之一。高程精度評定：由A、B兩點計算P點的高程值得、，根據中誤差公式:，式中，L兩點之間的距離（M）。計算出P點中誤差、，若、分別與做差（P點高程未知，近似設兩次測量平均值為真實值），所得、均小于、，認為為P點高程值，高程精度符合要求。平面坐標的精度評定：

12、在完成A、B點測測量后，將A站搬到C站上，再次對準P點測量，如圖1-3所示。 如圖1-3 精度檢核先按三角形ABP由已知點A、B的坐標和觀測角1、1計算交會點P的坐標，再按三角形BCP由已知點B、C的坐標和觀測角2、2計算交會點P的坐標，若兩組坐標的較差e在允許限差之內（對于這種大比例尺出數字化測圖，其精度按照圖根控制測量要求，兩組坐標較差的限差可按不大于兩倍測圖比例尺精度來規定，即 （1-5）式中M為測圖比例尺分母），則取兩組坐標的平均值為P點的最后坐標。設前方交會的圖形如圖1-4所示，圖 1-4 2點前方交會A、B為已知點， P為交會點，、為觀測角，APB為交會角，計算P點坐標的余切公式為

13、： （1-6）在考慮起始點誤差的前提下，對上式進行微分得： （1-7）上式轉化為P點點位中誤差關系式，有為測角中誤差，P的點位中誤差4計算公式為： （1-8）由中誤差公式可以知道，除了測角中誤差m對交會點精度產生影響外，交會點精度還受交會圖形形狀的影響，因此，在測量時間注意所構成三角形的形狀也可以提高精度。由未知點至兩相鄰已知點方向間的夾角稱為交會角（）。因此，在實際的前方交會測量中，為了保證測圖的精度，應該盡量保持交會角一般應大于300并小于1500。根據前方交會點位中誤差計算公式，結合實測數據進行檢驗，如表2-1所示。表2-1 精度驗證計算表點名觀測角值角之余切縱坐標/M橫坐標/mA72&

14、#176;06120.32292752875.1585659.67B69°010.3835352724.7385568.350.706457P52678.4985833.75B65°51450.44810752724.7385568.35C72°36570.31307852544.8385614.11=0.761185P52677.1385830.8552678.0385831.24由此計算可知，在此種測量情況下，其平面精度符合相關的要求。高程精度計算，將實測數據帶入公式得MH=14mm2cm由以上可知，高程和平面的精度都能滿足要求，可以應用此種手段來進行數字化測

15、圖。3、測圖成果展示：根據上述的方法，對矸石山的所有碎部點進行采集，并記錄準確無誤，計算出各個碎步點的相關坐標，導入南方Cass7.0下面，生成矸石山的地形圖，如下圖1-1，利用無棱鏡全站儀所測的圖形如下1-2，兩圖相比，基本上吻合。不同之處就是圖上所示的兩處，所以認為利用該方法可以滿足其相關生產單位的要求。4、總結：本文是在實際測量工作中的實踐應用性的文章，通過運用兩臺普通全站儀來替代無棱鏡全站儀，進行對矸石山地形地貌的測量，來完成相關測量任務。這是一種測量工作的新手段，希望測量該手段能對廣大測量工作者今后的測量工作起到一種借鑒的意義。同時也提出，作為一名測量工作者應該具備有以下的基本素質：（1）測繪行業是一個艱苦的行業，在平常外業測繪中遇到懸崖，溝壑、峭壁等比較惡劣的環境是很常見的。在現實測量中，當遇到種種的不利因素時，在合理的利用現有的人員、儀器設備去解決現實中遇到的種種困難是作為一名測量人員應該培養的一種素質。（2）雖然面對的現實條件是的不斷變化，但如果能夠靈活的運用全站儀來適應現狀，也將會要達到預期的目標。（3）扎根工作現實，潛心研究、實踐測量工作，將會發現更加新穎的測量方法。參考文獻