摘 要：全站儀，即全站型電子速測(cè)儀（Electronic Total Station）。是一種集光、機(jī)、電為一體的高技術(shù)測(cè)量?jī)x器，是集水平角、垂直角、距離（斜距、平距）、高差測(cè)量功能于一體的測(cè)繪儀器系統(tǒng)。在測(cè)量領(lǐng)域，全站儀已廣泛用于工程測(cè)量、地形測(cè)量等各個(gè)方面。該文結(jié)合新安水文站大斷面測(cè)量實(shí)際，分析采用全站儀法施測(cè)水文大斷面具備的優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞：水文 全站儀 大斷面測(cè)量 應(yīng)用
1 全站儀測(cè)量原理
全站儀在測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用，已經(jīng)全面替代了傳統(tǒng)的光學(xué)經(jīng)緯儀測(cè)角和傳統(tǒng)水準(zhǔn)儀測(cè)距，這主要依賴于電子測(cè)距技術(shù)和電子測(cè)角技術(shù)的快速發(fā)展。電子經(jīng)緯儀利用光電掃描度盤，取代人工光學(xué)測(cè)微讀數(shù)，自動(dòng)記錄和顯示讀數(shù)，避免讀數(shù)誤差的產(chǎn)生并使測(cè)角操作簡(jiǎn)單。電子經(jīng)緯儀的自動(dòng)記錄、儲(chǔ)存、計(jì)算功能，以及數(shù)據(jù)通訊功能，進(jìn)一步提高了測(cè)量作業(yè)的自動(dòng)化程度。
電子經(jīng)緯儀的水平度盤和豎直度盤及其讀數(shù)裝置是分別采用兩個(gè)相同的光柵度盤（或編碼盤）和讀數(shù)傳感器進(jìn)行角度測(cè)量的。根據(jù)測(cè)角精度可分為0.5″，1″，2″，3″，5″等幾個(gè)等級(jí)；電子測(cè)距部分的光敏二極管發(fā)射的調(diào)制紅外光由反光棱鏡經(jīng)同一路徑反射回來(lái)，再經(jīng)分光棱鏡作用使回光被光電二極管接收；進(jìn)行而由內(nèi)、外光路調(diào)制光的相位差間接計(jì)算光的傳播時(shí)間，計(jì)算實(shí)測(cè)距離。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水平角、垂直角和斜距等基本測(cè)量要素的測(cè)定。加之全站儀強(qiáng)大、便捷的數(shù)據(jù)處理功能，使全站儀使用極其方便。
2 大斷面測(cè)量
2.1 測(cè)前準(zhǔn)備
我們?cè)谛掳舱敬髷嗝鏈y(cè)量中使用的萊卡TC1800全站儀，其技術(shù)指標(biāo)為：測(cè)角精度1"，測(cè)距精度1 mm+2 ppm，單次測(cè)量時(shí)間3s，測(cè)程（平均大氣條件）2.5 km（單棱鏡），數(shù)據(jù)記錄PC卡/RS232輸出，望遠(yuǎn)鏡放大倍率30x，電源NiCd電池。
將全站儀架設(shè)在右岸斷面零樁上（新安站位于沭河右岸），設(shè)置好任務(wù)文件及設(shè)站信息，后視大斷面左岸斷面樁，對(duì)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(cè)量過(guò)程中不能再次旋轉(zhuǎn)，只可利用垂直螺旋旋鈕上下轉(zhuǎn)動(dòng)鏡頭，以確保斷面線定位精度。準(zhǔn)備2 m棱鏡桿（水上部分使用）和4 m棱鏡桿各一根，對(duì)講機(jī)兩部，木船一艘。
2.2 測(cè)量數(shù)據(jù)采集
由一名人員持棱鏡桿沿著斷面線測(cè)量，并嚴(yán)格控制斷面變化，儀器測(cè)量人員利用對(duì)講機(jī)時(shí)刻提示持桿人偏離斷面線的位置，斷面變化測(cè)點(diǎn)在儀器中直接測(cè)存，整十米數(shù)起點(diǎn)距，可先利用測(cè)距功能將距離放出來(lái)，待持桿人到位，再測(cè)存。水下部分測(cè)量，用4 m棱鏡桿直接實(shí)測(cè)水下高程，斷面線控制辦法和水上部分相同。
2.3 數(shù)據(jù)處理
將測(cè)量設(shè)備正確回收放置后，利用配套的數(shù)據(jù)下載軟件和數(shù)據(jù)處理軟件將測(cè)量數(shù)據(jù)下載進(jìn)行后處理，形成所需要的測(cè)量成果，并利用Excel或CAD生成水文測(cè)量大斷面圖。
3 測(cè)量時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題
3.1 儀器架設(shè)
由于儀器架設(shè)需要一定的條件，當(dāng)斷面樁所處環(huán)境不適宜全站儀設(shè)站觀測(cè)時(shí)，可利用鋼尺沿?cái)嗝婢�方向從斷面樁處丈量一段距離，量至適宜位置標(biāo)記點(diǎn)位，進(jìn)而觀測(cè)，后期處理中將起點(diǎn)距數(shù)值換算即可。設(shè)站點(diǎn)在斷面樁樁上可直接量取儀器高，設(shè)站點(diǎn)不在斷面樁樁上的可接測(cè)斷面樁樁上高程然后反算出設(shè)站點(diǎn)高程。
3.2 儀器觀測(cè)人員
觀測(cè)人員應(yīng)在測(cè)量全程保護(hù)好儀器，不要受到碰撞等影響，以免造成測(cè)量誤差。應(yīng)做好與持桿人的交流溝通，指揮其放桿點(diǎn)位置不要偏離斷面線，控制好整十米數(shù)的起點(diǎn)距。注意在測(cè)量過(guò)程中儀器參數(shù)的設(shè)置。在測(cè)量過(guò)程中，不要碰觸水平螺旋，并在測(cè)量結(jié)束后，校核后視瞄準(zhǔn)方向是否有偏差，如有偏差超限，重測(cè)。
3.3 持桿人員
持棱鏡桿人員應(yīng)在測(cè)量過(guò)程保護(hù)好棱鏡，不要使鏡頭沾水或掉入水中，以免影響測(cè)量。應(yīng)做好與儀器觀測(cè)人員的互動(dòng)，沿?cái)嗝婢�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(cè)量誤差。
4 與常規(guī)測(cè)量方法對(duì)比分析
2013年5月在新安站進(jìn)行了全站儀測(cè)量法與水上部分水準(zhǔn)儀水下部分測(cè)深桿的常規(guī)測(cè)法比測(cè)工作。常規(guī)法岸上部分的測(cè)量需架設(shè)水準(zhǔn)儀，并派人扶水準(zhǔn)尺；大斷面起點(diǎn)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(diǎn)距控制，水深用測(cè)深桿測(cè)量；水上部分?jǐn)嗝孀兓^大，河堤陡峭導(dǎo)致搬站較多，測(cè)量記載內(nèi)容繁瑣，須專門有人記載。常規(guī)法用人較多，測(cè)量程序十分麻煩不便，斷面線方向難以控制，起點(diǎn)距控制誤差較大。采用全站儀法測(cè)量大斷面，則不受河堤陡峭變化等限制，無(wú)需搬站，一站式解決了所有的測(cè)點(diǎn)測(cè)量。并且測(cè)量精度高，斷面線方向控制好，數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)，無(wú)需記載。測(cè)量結(jié)束后利用專用軟件，完成大斷面數(shù)據(jù)成果和斷面圖繪制，測(cè)量工序少，效率高。為能夠更進(jìn)一步分析全站儀法與常規(guī)測(cè)法對(duì)比結(jié)果，根據(jù)兩次實(shí)測(cè)資料點(diǎn)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(gè)結(jié)論：（1）全站儀法能夠更好的控制斷面變化，操作起來(lái)更加的靈活方便，尤其當(dāng)局部斷面變化較大時(shí)，控制的很好。（2）在起點(diǎn)距的控制上，常規(guī)測(cè)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(dòng)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(diǎn)距誤差的原因，雖然進(jìn)行了一些換算，但最終與全站儀法比較，兩岸斷面樁起點(diǎn)距相差1.8 m。
5 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)分析比較，推薦采用全站儀法施測(cè)水文大斷面。從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，全站儀法比傳統(tǒng)的常規(guī)法更先進(jìn)，測(cè)量及記載計(jì)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(guò)程直觀，操作簡(jiǎn)便，測(cè)量速度快，精度較高，可以大大提高工作效率和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，滿足水文信息化建設(shè)對(duì)水文測(cè)量實(shí)時(shí)性的要求。
參考文獻(xiàn)
[1] GB/T 27663-2011全站儀[S].
[2] 牛占.水文勘測(cè)工[M].鄭州：黃河水利出版社，2011.
關(guān)鍵詞：水文 全站儀 大斷面測(cè)量 應(yīng)用
1 全站儀測(cè)量原理
全站儀在測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用，已經(jīng)全面替代了傳統(tǒng)的光學(xué)經(jīng)緯儀測(cè)角和傳統(tǒng)水準(zhǔn)儀測(cè)距，這主要依賴于電子測(cè)距技術(shù)和電子測(cè)角技術(shù)的快速發(fā)展。電子經(jīng)緯儀利用光電掃描度盤，取代人工光學(xué)測(cè)微讀數(shù)，自動(dòng)記錄和顯示讀數(shù)，避免讀數(shù)誤差的產(chǎn)生并使測(cè)角操作簡(jiǎn)單。電子經(jīng)緯儀的自動(dòng)記錄、儲(chǔ)存、計(jì)算功能，以及數(shù)據(jù)通訊功能，進(jìn)一步提高了測(cè)量作業(yè)的自動(dòng)化程度。
電子經(jīng)緯儀的水平度盤和豎直度盤及其讀數(shù)裝置是分別采用兩個(gè)相同的光柵度盤（或編碼盤）和讀數(shù)傳感器進(jìn)行角度測(cè)量的。根據(jù)測(cè)角精度可分為0.5″，1″，2″，3″，5″等幾個(gè)等級(jí)；電子測(cè)距部分的光敏二極管發(fā)射的調(diào)制紅外光由反光棱鏡經(jīng)同一路徑反射回來(lái)，再經(jīng)分光棱鏡作用使回光被光電二極管接收；進(jìn)行而由內(nèi)、外光路調(diào)制光的相位差間接計(jì)算光的傳播時(shí)間，計(jì)算實(shí)測(cè)距離。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水平角、垂直角和斜距等基本測(cè)量要素的測(cè)定。加之全站儀強(qiáng)大、便捷的數(shù)據(jù)處理功能，使全站儀使用極其方便。
2 大斷面測(cè)量
2.1 測(cè)前準(zhǔn)備
我們?cè)谛掳舱敬髷嗝鏈y(cè)量中使用的萊卡TC1800全站儀，其技術(shù)指標(biāo)為：測(cè)角精度1"，測(cè)距精度1 mm+2 ppm，單次測(cè)量時(shí)間3s，測(cè)程（平均大氣條件）2.5 km（單棱鏡），數(shù)據(jù)記錄PC卡/RS232輸出，望遠(yuǎn)鏡放大倍率30x，電源NiCd電池。
將全站儀架設(shè)在右岸斷面零樁上（新安站位于沭河右岸），設(shè)置好任務(wù)文件及設(shè)站信息，后視大斷面左岸斷面樁，對(duì)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(cè)量過(guò)程中不能再次旋轉(zhuǎn)，只可利用垂直螺旋旋鈕上下轉(zhuǎn)動(dòng)鏡頭，以確保斷面線定位精度。準(zhǔn)備2 m棱鏡桿（水上部分使用）和4 m棱鏡桿各一根，對(duì)講機(jī)兩部，木船一艘。
2.2 測(cè)量數(shù)據(jù)采集
由一名人員持棱鏡桿沿著斷面線測(cè)量，并嚴(yán)格控制斷面變化，儀器測(cè)量人員利用對(duì)講機(jī)時(shí)刻提示持桿人偏離斷面線的位置，斷面變化測(cè)點(diǎn)在儀器中直接測(cè)存，整十米數(shù)起點(diǎn)距，可先利用測(cè)距功能將距離放出來(lái)，待持桿人到位，再測(cè)存。水下部分測(cè)量，用4 m棱鏡桿直接實(shí)測(cè)水下高程，斷面線控制辦法和水上部分相同。
2.3 數(shù)據(jù)處理
將測(cè)量設(shè)備正確回收放置后，利用配套的數(shù)據(jù)下載軟件和數(shù)據(jù)處理軟件將測(cè)量數(shù)據(jù)下載進(jìn)行后處理，形成所需要的測(cè)量成果，并利用Excel或CAD生成水文測(cè)量大斷面圖。
3 測(cè)量時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題
3.1 儀器架設(shè)
由于儀器架設(shè)需要一定的條件，當(dāng)斷面樁所處環(huán)境不適宜全站儀設(shè)站觀測(cè)時(shí)，可利用鋼尺沿?cái)嗝婢�方向從斷面樁處丈量一段距離，量至適宜位置標(biāo)記點(diǎn)位，進(jìn)而觀測(cè)，后期處理中將起點(diǎn)距數(shù)值換算即可。設(shè)站點(diǎn)在斷面樁樁上可直接量取儀器高，設(shè)站點(diǎn)不在斷面樁樁上的可接測(cè)斷面樁樁上高程然后反算出設(shè)站點(diǎn)高程。
3.2 儀器觀測(cè)人員
觀測(cè)人員應(yīng)在測(cè)量全程保護(hù)好儀器，不要受到碰撞等影響，以免造成測(cè)量誤差。應(yīng)做好與持桿人的交流溝通，指揮其放桿點(diǎn)位置不要偏離斷面線，控制好整十米數(shù)的起點(diǎn)距。注意在測(cè)量過(guò)程中儀器參數(shù)的設(shè)置。在測(cè)量過(guò)程中，不要碰觸水平螺旋，并在測(cè)量結(jié)束后，校核后視瞄準(zhǔn)方向是否有偏差，如有偏差超限，重測(cè)。
3.3 持桿人員
持棱鏡桿人員應(yīng)在測(cè)量過(guò)程保護(hù)好棱鏡，不要使鏡頭沾水或掉入水中，以免影響測(cè)量。應(yīng)做好與儀器觀測(cè)人員的互動(dòng)，沿?cái)嗝婢�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(cè)量誤差。
4 與常規(guī)測(cè)量方法對(duì)比分析
2013年5月在新安站進(jìn)行了全站儀測(cè)量法與水上部分水準(zhǔn)儀水下部分測(cè)深桿的常規(guī)測(cè)法比測(cè)工作。常規(guī)法岸上部分的測(cè)量需架設(shè)水準(zhǔn)儀，并派人扶水準(zhǔn)尺；大斷面起點(diǎn)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(diǎn)距控制，水深用測(cè)深桿測(cè)量；水上部分?jǐn)嗝孀兓^大，河堤陡峭導(dǎo)致搬站較多，測(cè)量記載內(nèi)容繁瑣，須專門有人記載。常規(guī)法用人較多，測(cè)量程序十分麻煩不便，斷面線方向難以控制，起點(diǎn)距控制誤差較大。采用全站儀法測(cè)量大斷面，則不受河堤陡峭變化等限制，無(wú)需搬站，一站式解決了所有的測(cè)點(diǎn)測(cè)量。并且測(cè)量精度高，斷面線方向控制好，數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)，無(wú)需記載。測(cè)量結(jié)束后利用專用軟件，完成大斷面數(shù)據(jù)成果和斷面圖繪制，測(cè)量工序少，效率高。為能夠更進(jìn)一步分析全站儀法與常規(guī)測(cè)法對(duì)比結(jié)果，根據(jù)兩次實(shí)測(cè)資料點(diǎn)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(gè)結(jié)論：（1）全站儀法能夠更好的控制斷面變化，操作起來(lái)更加的靈活方便，尤其當(dāng)局部斷面變化較大時(shí)，控制的很好。（2）在起點(diǎn)距的控制上，常規(guī)測(cè)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(dòng)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(diǎn)距誤差的原因，雖然進(jìn)行了一些換算，但最終與全站儀法比較，兩岸斷面樁起點(diǎn)距相差1.8 m。
5 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)分析比較，推薦采用全站儀法施測(cè)水文大斷面。從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，全站儀法比傳統(tǒng)的常規(guī)法更先進(jìn)，測(cè)量及記載計(jì)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(guò)程直觀，操作簡(jiǎn)便，測(cè)量速度快，精度較高，可以大大提高工作效率和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，滿足水文信息化建設(shè)對(duì)水文測(cè)量實(shí)時(shí)性的要求。
參考文獻(xiàn)
[1] GB/T 27663-2011全站儀[S].
[2] 牛占.水文勘測(cè)工[M].鄭州：黃河水利出版社，2011.
