邊角測量

邊角測量這是一項利用三角測量和三邊測量，推求各個三角形頂點平面坐標的測量技術和方法。

基本介紹

• 中文名：邊角測量
• 外文名：Corner measurement
• 描述：推求各個三角形頂點平面坐標
• 套用：井巷測量
• 學科：測繪

概念

在邊角測量前方交會定點中，如果邊長和角度的觀測精度配合適當，則平差計算可以非常簡單，較之單用測角交會會更簡便。

邊角測量

基於PDA的邊角測量數據採集系統開發與套用

開發背景

雖然空間大地測量得到了廣泛的套用，但是常規大地測量技術還在大量使用。邊、角測量是等級常規大地測量中不可或缺的觀測手段。結合本單位的生產實際情況，我們以CASIOIT-70PocketPC作為外業記錄載體，研製開發的邊、角測量數據採集系統ADCE3.0，符合作業規範、操作簡便、人工干預少，適合一至四等常規控制測量的邊、角野外數據採集。

分析了基於掌上電腦(PDA)的軟體開發環境，討論了基於PDA的邊角測量系統的主要功能和面向對象數據結構、與全站儀通訊等關鍵技術，最後給出了該系統的實現。本系統所選用的掌上電腦是CasioIT-70。CasioIT-70是一款性能優良的工業級掌上電腦，其功能強大、體積小巧、具有數字輸入鍵，特別適合作為外業測量專用電子手簿。該掌上電腦CPU採用MIPSvr4122，主頻為150MHz，記憶體32M，作業系統為WindowsCE3.0。WindowsCE是一種緊湊、高效、可伸縮的作業系統，主要是面向各種嵌入式系統和產品，它具有多執行緒、多任務、完全搶占式的特點。它具有強大通信能力，支持多種CPU，同時可以利用豐富靈活的控制項庫建立各種圖形用戶界面。它的模組化設計方式使得軟體開發人員可以根據不同的開發產品來自己設計系統。MicrosofteMbeddedVisualC++3.0為開發基於WindowsCE平台和設備的套用軟體提供了完整的集成開發環境。它包括許多WindowsCE專用的標準開發工具(包括用來開發不同硬體平台所需的SDK和仿真器)，開發者可以利用這些工具來創建、測試和修改應用程式，並提供了Win32API函式和圖形通訊手段，支持標準的MFC類，還支持活動模板庫。

系統的主要功能

歸納不同級別、類別的用戶需求，結合多年來的內業數據處理及野外數據採集的經驗，設計並實現了基於PDA的邊角測量數據採集系統，系統提供以下幾個方面相互聯繫的功能模組，見圖1。

圖1 系統總體分析框圖

預處理模組：為了保證各項功能既相互獨立，又儘量減少信息的輸入，用戶只要選擇所用的儀器、施測等級、施測方法等，系統自動設定角度讀數較差、半測回歸零差、2C較差、方向較差、左右角較差，2i較差、垂直角較差、邊長較差、距離讀數差、測回距離較差、水平角測回數、垂直角測回數、距離測回數、串口設定等。當有新類型儀器加入時，以上限差也可以人工設定，同樣在後面的數據採集及處理中直接調用這些信息。建溫度計、氣壓計訂正值檔案以便於在數據採集過程中對所輸入的氣象元素進行自動改正。圖2為水平角觀測儀器設定界面。

圖 2 水平角儀器設定

數據採集模組：數據採集中時間由系統在機內讀取，減少手工輸入；對觀測時的觀測值根據所選擇的限差要求進行自動處理，提示並進入到相應的處理操作位置；測量時各測回的測回號自動顯示，並實時顯示所測各方向盤左盤右方向值、測回方向值及下一應測方向；自動檢驗歸零差、2C互差是否超限，如有超限將按照規範要求提示重測並自動記下重測數；測距數據採集時同時輸入測站氣象元素、鏡站氣象，並對測站氣象元素或不實時記錄氣象元素根據輸入情況自動處理。

數據處理模組：在基本測回完成後，自動檢查各測回互差是否超限，如果有超限測回，自動記錄下超限的測回方向，並根據數據採集時記下的重測數及測回互差超限的測數進行綜合處理，按規範要求處理重測的測回及方向；邊長測量中根據氣象輸入的情況進行氣象改正，並進行(小)歸心改正、頻率改正、加常數改正、乘常數改正、反光鏡常數改正、周期誤差改正、波道彎曲改正計算；方便查閱測站平差的結果。

圖 3 鋼捲尺量高記錄

文檔管理模組：對觀測值的記錄不僅僅是取得計算的結果，而且還保留觀測時的樣子，以方便事後各種觀測值按照原有的手薄格式進行輸出；自動形成內外業一體化文檔；原始觀測數據進行加密，防止對測量成果的改動，保證成果質量的可靠。串口通訊模組：實現數據與全站儀進行雙向傳輸。

輔助計算模組：對測後輸入氣象元素的情況時，進行相應氣象儀器的訂正值查詢；對於測站方向數過多的分組觀測進行每一測站平差後的分組測站平差檢核；在高等級點上設站進行水平角觀測後的固定角平差檢核；對於大偏心的距離觀測結果進行大偏心歸心改正計算；對長距離的鋼捲尺量距(高)，按照相應的尺長改正方程，做量距(高)記錄。圖3為鋼捲尺量高記錄界面。

ADCE3.0的套用

基於PDA的測量數據採集系統具有參數設定、數據採集處理、輔助計算等模組。系統已用於生產實踐。實踐表明，軟體適應於一般等級的邊、角測量的數據採集，操作簡單，功能實用、可靠，既減輕了野外作業人員的勞動強度，又自動生成內外業一體化文檔，可以提高內、外業的作業效率。隨著在測量實踐中的不斷套用，還需進一步提高其套用水平。

全站儀邊角測量交會法在井巷測量中的套用

傳統意義上的井巷測量方法有前方交會法和側方交會法等形式，一般情況下，此類測量方法對通視度的要求較高，如果測量現場的通視度不高勢必會對測量結果造成影響。但在實際情況中，井巷下的工作環境是極其複雜的，想要達到較高的通視度具有非常大的難度，因此傳統意義上的測量方法在這種井巷中無法發揮出作用，為了更好的解決此類問題，相關部門對全站儀邊角測量交會法進行了全面的分析和研究，將全站儀設定在測量點上，根據測量到的水平夾角等信息確定待測位置的各項指標。如今該測量方法已經得到了十分廣泛的套用。

全站儀邊角測量交會法在井巷中的測量方法

不同類型的全站儀在操作和使用上也存在一定差別，但全站儀的工作原理是基本一致的。在實際測量過程中，測量內容主要包括水平角、水平距離以及坐標，具體的測量方法如下。

（一）測量水平角

在井巷的測量過程中，經常需要對水平角進行測量，首先，接通全站儀的電源，並打開角度測量功能鍵，將全站儀調整到測量的狀態，明確測量目標的位置以後，將全站儀對準待測目標I。在目標對準以後，將全站儀的度數顯示歸零，然後在將全站儀對準待測目標II，具體方法與目標I相同，此時全站儀的度數就是兩個測量目標之間的水平夾角。

（二）測量水平距離

在測量水平距離之前，需要根據實際情況，設定對應的稜鏡常數，同時將稜鏡常數準確的寫入到全站儀當中，在寫入完成以後全站儀會根據稜鏡常數進行更正處理，從而準確測量水平距離。根據物體受熱後膨脹、受冷後縮小的基本原理，在對目標進行長度或者是距離的測量過程中，還需要將測量地的氣溫、氣壓等信息輸入到全站儀中去。由於光速會在大氣的作用下發生改變，所以在測量的過程中，應將測量過程中的氣壓設備為0 ppm。在測量的過程中，將實時大氣中的氣溫及氣壓值輸入到全站儀中，全站儀的系統將這些數據修正為正值，然後通過自動的計算，得到更正值，同時對水平距離的測量值進行修改和更正。將稜鏡的高度進行準確的測量，然後將測量結果寫入到對應的全站儀中。在測量距離時，需要確定稜鏡的中心位置，接通全站儀的電源，並調試到測距功能，測量結束以後，全站儀會顯示出被測目標的高度、距離等信息。

（三）測量坐標

（1）在運用全站儀對坐標進行測量時，首先要確定一個原點，然後根據被測目標的實際情況和要求，創建出立體的三維坐標。

（2）三維坐標創建完成以後，需要對後視點的坐標進行準確定位，在定位的過程中可充分利用極坐標的概念。後視點定位完成以後，全站儀對輸入到內部的數據信息進行處理，進而生成該後視點的對應方位角，可在全站儀中直接讀取。與測量水平距離方法基本一致，在測量坐標之前，同樣需要設定適宜的稜鏡常數，另外由於全站儀是一種先進的光學儀器，所以在使用全站儀對坐標進行測量時，仍需要對實時的氣壓和氣溫進行更改。在測量時，將稜鏡的高度等信息寫入到全站儀當中，然後對準被測目標，在功能選項中選中測量坐標，根據實際要求調整參數，最後可在全站儀中讀取到最終的三維坐標。

全站儀邊角測量交會法在井巷中的套用

全站儀邊角測量交會法在井巷的測量工作中得到了較為廣泛的套用，通常情況下，常用的全站儀類型為全能型全站儀。在實際情況中，全站儀可套用在礦山測量、繪製地圖、豎井聯繫測量等方面。

（一）礦山測量

對於常規的面積較小的礦山井巷而言，一般不需要使用全站儀，然而如果井巷的規模較大，或者是對大型平面進行測繪時，則需要充分利用全站儀。實踐表明，在礦山井巷的測量過程中充分利用全站儀具有其他測量不可比擬的優勢，不但可以完成快速測量，還具有很高的效率和精度。在以往的測量過程中，通常會運用到三角鎖控制法，儘管這種方法伴隨著井巷測量發展，但不可避免這種方法勢必會在科技的發展潮流中面臨著被淘汰的
命運，GPS測設技術已經得到了快速的普及，但GPS測設技術對環境因素的要求較高，因此在礦山井巷中並不適
用。為了切實滿足礦山井巷的測量要求，全站儀邊角測量交會法應運而生，這種測量方法採取當今科技前沿的光學技術，運用相對簡單的原理，完成測量任務，而且具有飛快的測量速度和高精度的測量結果。其中，免稜鏡型全站儀在工程測量領域具有十分重要的作用，比如各類工程中懸崖峭壁位置的形態測量等，結合測量目標的實際情況和需求，合理運用無稜鏡型全站儀可完成節省測量時間，提高測量效率等目標。

（二）繪製地圖

在地圖的測繪過程中，也可充分利用全站儀，可大大提高測繪的效率和速度，在地圖測繪時，首先利用全站儀的採集功能對被測區域內的所有部點的數據信息進行採集，形成對應的草圖，並對各個部點之間的關聯進行準確的記錄，然後將信息傳輸到主控計算機中，最後通過先進的製圖軟體完成製圖任務。運用該方法進行地圖測繪，不僅可以大幅提高製圖效率，有效縮短製圖的周期，還能在全站儀強大的測量功能的支持下，完成地質條件較為複雜區域的測量任務，大大提高了地圖的準確性，將被測區域內的實際情況呈現出來。另外，在被測區域的後續檢測工作中，全站儀仍具有十分重要的作用。

（三）豎井聯繫測量

在豎井的聯繫測量過程中，可充分運用全站儀自帶的免稜鏡功能，對井巷的出口聯繫點以及投點鋼絲位置的實際距離進行準確的測量。運用該方法不僅達到更高的測量效率，其測量精度也得到了顯著的提升。

研究結論

全站儀邊角測量交會法是科技和社會發展的必然產物，其先進、完善的測量方法為礦山建設帶來了新的契機和挑戰，這種測量技術仍需要得到相關人員的進一步研究，在切實滿足常規指導的前提下進行最佳化和創新，使其測量精度得到進一步的提升，從而適用於各種類型的井巷測量工作中。相信通過不斷的努力和發展，全站儀邊角測量交會法會取得更為顯著的進步和提高。