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關(guān)鍵詞:原理 優(yōu)點(diǎn) 注意事項(xiàng)
中圖分類號(hào): S29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
引言:隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,測(cè)量儀器和測(cè)量技術(shù)發(fā)生了革命性的變革,目前儀器自動(dòng)化程度和儀器精度以及技術(shù)性等都發(fā)生了很大的變化,全站儀在測(cè)量過(guò)程中已經(jīng)可以不依靠棱鏡,無(wú)棱鏡型的全站儀器不在需要支立棱鏡就可以進(jìn)行測(cè)距,并且將測(cè)量精度和測(cè)量效率進(jìn)行了很大的了提升,實(shí)現(xiàn)了“即瞄即測(cè)”
一.無(wú)棱鏡全站儀測(cè)量技術(shù)的基本原理與優(yōu)點(diǎn)
1基本.
全站儀測(cè)距其實(shí)就是電磁波測(cè)距;利用電磁波作為載波,運(yùn)載測(cè)距信號(hào),進(jìn)行精密測(cè)距的技術(shù)。其基本原理是根據(jù)電磁波的傳導(dǎo)速度和往返于發(fā)射器與反射器之間的時(shí)間,計(jì)算發(fā)射器與反射器之間的距離。無(wú)棱鏡全站儀測(cè)距方法有兩種:脈沖法和相位法。通常條件下,脈沖法的測(cè)程遠(yuǎn),相位法的精度高。脈沖法用測(cè)量時(shí)發(fā)射和接受信號(hào)之間的時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算距離,多次測(cè)量得出平均距離。相位法使用連續(xù)信號(hào),以不同的頻率來(lái)調(diào)制載波信號(hào),測(cè)出發(fā)射和接受信號(hào)之間的相位差,從而求出被測(cè)距離,這兩種測(cè)距原理與有棱鏡的測(cè)距原理相同。
2優(yōu)點(diǎn)
(1)無(wú)棱鏡全站儀在測(cè)量的范圍內(nèi),對(duì)任何被測(cè)物體的表面(玻璃鏡子除外)都適合進(jìn)行無(wú)棱鏡測(cè)量,并可以實(shí)現(xiàn)單人測(cè)量工作,節(jié)省了測(cè)量工作的人力。
(2)在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中會(huì)因地形問(wèn)題出現(xiàn),很多懸崖和山澗,這些地方測(cè)量人員不能直接到達(dá),這對(duì)測(cè)量工作造成了很大的困難,而無(wú)棱鏡全站儀可以直接獲取這些地點(diǎn)的空間數(shù)據(jù)。為施工人員的工作安全帶來(lái)了保障,并且有效提高了工作效率。
(3)無(wú)棱鏡全站儀在對(duì)坡地和存在地質(zhì)災(zāi)害的土體進(jìn)行測(cè)量時(shí),可以有效對(duì)土體滑坡和策將問(wèn)題進(jìn)行監(jiān)控
(4)無(wú)棱鏡全站儀由于免去了棱鏡,所以不受測(cè)距的限制,尤其受不通視條件的影響較小。
(5)無(wú)棱鏡全站儀有著強(qiáng)大的測(cè)量效率,一般的無(wú)棱鏡全站儀測(cè)量作業(yè)是傳統(tǒng)全站儀工作效率的二十倍。
二.無(wú)棱鏡全站儀的適用條件及注意事項(xiàng)
在進(jìn)行無(wú)棱鏡全站儀使用時(shí)要注意如下問(wèn)題:
(1)無(wú)棱鏡全站儀在測(cè)量的過(guò)程中需要視線開(kāi)闊,同時(shí)要保證被測(cè)物體有著極強(qiáng)的反射能力,如果被測(cè)物體的反射能力較弱,就會(huì)降低無(wú)棱鏡全站儀的作業(yè)精度。
(2)無(wú)棱鏡全站儀在被測(cè)物的選擇上要盡量選取高程較高的測(cè)量點(diǎn),例如建筑墻面、大塊石頭、空曠的地面、公路面等,要保證可以看到地形和地物點(diǎn)。
(3)無(wú)棱鏡全站儀在視野不開(kāi)闊的地區(qū)不宜進(jìn)行工作,尤其在林區(qū)作業(yè)時(shí),無(wú)棱鏡全站儀的測(cè)量精度誤差較大
(4)無(wú)棱鏡全站儀的作業(yè)原理是利用電磁波來(lái)完成反射測(cè)量,但是電磁波的發(fā)射需要大量電力支持,所以無(wú)棱鏡全站儀的作業(yè)時(shí)間相對(duì)較短,遇到特殊情況需要連續(xù)作業(yè)要設(shè)置外掛電池進(jìn)行支援。
(5)無(wú)棱鏡全站儀不能對(duì)棱鏡、鏡子等玻璃反光物體進(jìn)行觀測(cè),以免損壞儀器。
(6)無(wú)棱鏡全站儀的電磁波射線對(duì)人眼有很強(qiáng)的刺激作用,所以在操作時(shí)要避免對(duì)準(zhǔn)人眼,造成傷害。
(7)無(wú)棱鏡全站儀測(cè)量十分適合立桿人員無(wú)法達(dá)到的位置,例如溪谷、公路、懸崖等位置。
(8)無(wú)棱鏡全站儀在使用一年后要定期做好設(shè)備檢測(cè),尤其對(duì)設(shè)備的激光束發(fā)射方向進(jìn)行調(diào)整。
三.無(wú)棱鏡全站儀在城市規(guī)劃地形測(cè)量中的應(yīng)用
在城市規(guī)劃的過(guò)程中,土地測(cè)量是城市規(guī)劃的重要部分,它對(duì)城市的整體規(guī)劃、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、城市建設(shè)管理、都有很大的幫助,并為城市規(guī)劃部門(mén)提供合適的比例尺地形,無(wú)棱鏡全站儀最大的優(yōu)勢(shì)就是可以不接觸被測(cè)點(diǎn),直接獲得建站點(diǎn)的坐標(biāo),可以提高施工作業(yè)效率,保證測(cè)繪的成果和質(zhì)量
1地貌測(cè)量;以北臺(tái)礦山地貌規(guī)劃測(cè)量為例。該礦山先期屬露天開(kāi)采,隨著巖石的剝離和礦石的采掘四周形成了臺(tái)階式陡峭懸崖的深坑采掘;作業(yè)人員很難到達(dá),并且還存在很大的危險(xiǎn)性;如果采用從山頂?shù)缴降椎亩秆路?hào)和斜坡符號(hào)表示,很難反映出現(xiàn)實(shí)采掘區(qū)地貌。實(shí)際作業(yè)中,我們使用無(wú)棱鏡全站儀在采坑四周擺站,對(duì)采坑周圍臺(tái)階式陡峭懸崖及坑底地形進(jìn)行逐一詳細(xì)測(cè)量,直接測(cè)出山谷、山脊、洼地、山腳、山頂?shù)鹊匦巫兓c(diǎn)的三維坐標(biāo),最終繪制出該礦山開(kāi)采區(qū)的現(xiàn)勢(shì)性地形圖
2地物測(cè)量;以站前平山路和永豐步行商業(yè)街人防地下商城規(guī)劃測(cè)量為例。該項(xiàng)目站前平山路段為公交車l7路、38路、5路的終點(diǎn)站,車流量很大,公交車隨時(shí)停靠站點(diǎn)將測(cè)量視線遮擋看不到棱鏡;永豐步行商業(yè)街路中擺放較密集的臨時(shí)商亭也將測(cè)量視線遮擋的較嚴(yán),觀測(cè)棱鏡很困難;給測(cè)量工作帶來(lái)很大的麻煩。我們運(yùn)用無(wú)棱鏡全站儀測(cè)量,穿過(guò)公交車上部和臨時(shí)商亭頂部對(duì)該測(cè)區(qū)兩側(cè)的建筑物和商鋪、路燈和電桿、攝像頭和射燈等相關(guān)地物詳細(xì)測(cè)量,獲得相關(guān)地物的平面坐標(biāo)和高程,最終繪制出該測(cè)區(qū)的實(shí)際地形圖。
四.無(wú)棱鏡全站儀的應(yīng)用幾點(diǎn)體會(huì)
1.無(wú)棱鏡全站儀的測(cè)距性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)全站儀,在實(shí)際應(yīng)用中其測(cè)距的精度和穩(wěn)定性能滿足設(shè)計(jì)的測(cè)量要求,為土地規(guī)劃提供了質(zhì)量保證。
2.無(wú)棱鏡全站儀的測(cè)距精度和被測(cè)物體表面的顏色和反光度有著直接的關(guān)系,通常情況下物體越淺、反射效果越好所得的測(cè)量效果越精確。就算物體表面粗糙,只要物體有著很強(qiáng)的發(fā)射性,測(cè)量精度也不會(huì)衰減。
3.在無(wú)棱鏡全站儀要保證與待測(cè)目標(biāo)形成垂直角度,同時(shí)要保證兩者之間的視距良好,激光入射角的最大角度不得大于60度
4.影響無(wú)棱鏡全站儀測(cè)量精度的因素主要來(lái)自自然環(huán)境,另外測(cè)量距離、發(fā)射角大小和物體的穩(wěn)定性有著直接的關(guān)系,一般情況下所測(cè)物體間的距離越大測(cè)量的精度就會(huì)相對(duì)的降低。在雨雪、霧霾、水蒸氣較大的情況下,無(wú)棱鏡全站儀的激光傳輸會(huì)因水滴、雨水等問(wèn)題產(chǎn)生光效折射,導(dǎo)致測(cè)量精度的降低,并且得不到高質(zhì)量的測(cè)量數(shù)據(jù)。
結(jié)束語(yǔ)
無(wú)棱鏡全站儀在城市土地測(cè)量中的應(yīng)用越來(lái)越廣,隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度的加快,無(wú)棱鏡全站儀會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用,無(wú)棱鏡全站儀在未來(lái)的測(cè)量工作中有著極為廣闊的發(fā)展前景。
參考文獻(xiàn)
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Abstract:The influence of Gauss projection distortion to several land survey and area calculating methods of land survey are discussed. Calculating discrepancy of land survey brought by these methods is stated with examples.
關(guān)鍵詞:平面面積,高斯投影,坐標(biāo)系
Keywords:flat area;Gauss projection;coordinate system
中圖分類號(hào):P20 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-4311(2010)03-0052-01
0引言
土地面積測(cè)量是土地部門(mén)經(jīng)常開(kāi)展的測(cè)量工作,一般采用邊界點(diǎn)法在投影平面上計(jì)算地塊坐標(biāo)封閉區(qū)域的面積,采用的投影平面在我國(guó)通常為高斯投影面,此方法簡(jiǎn)單、實(shí)用,但當(dāng)采用國(guó)家統(tǒng)一的坐標(biāo)基準(zhǔn),在測(cè)區(qū)投影面高程較高時(shí),在離中央子午線較遠(yuǎn)地方會(huì)產(chǎn)生較大的長(zhǎng)度變形,引起較大的面積計(jì)算誤差,因此,在土地測(cè)量工作中有必要討論一些其它的土地測(cè)量面積的計(jì)算方法,以限制高斯投影變形的影響或統(tǒng)一土地面積計(jì)量。下面以廣州市為例,分析高斯投影變形對(duì)土地面積測(cè)量的影響,給出其它實(shí)用的幾種土地測(cè)量面積計(jì)算方法。
1高斯投影對(duì)土地面積測(cè)量的影響
高斯投影會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)度變形,由文獻(xiàn)[2]可知因投影面高程引起的長(zhǎng)度變形為:
ΔS1=S•Hm/RA(1)
因參考橢球面投影至高斯平面所引起的長(zhǎng)度變形為:
ΔS2=S•y2m/R3m(2)
式中,Hm為歸算邊高出投影面的平均高程,RA為歸算邊方向參考橢球法截弧曲率半徑,Rm為參考橢球面平均曲率半徑,S為歸算邊長(zhǎng)度,ym為歸算邊橫坐標(biāo)平均值。其中ΔS1為負(fù)值,即投影面高程總是引起歸算邊變短ΔS2為正值,即由橢球面投影至高斯平面總是引起歸算邊變長(zhǎng)。為了便于計(jì)算,設(shè)RA=Rm=R (R取6363km,采用80橢球參數(shù)計(jì)算的平均曲率半徑)可得高斯投影變形所引起的綜合面積變形比m,為:
ms=(1+-)2(3)
2土地測(cè)量面積計(jì)算的幾種方法
在地籍、房產(chǎn)和礦區(qū)等對(duì)精度要求較高的土地面積測(cè)量工作中,當(dāng)所測(cè)地塊投影變形超過(guò)相應(yīng)規(guī)范要求時(shí),可以根據(jù)不同要求用以下幾種方法來(lái)計(jì)算土地測(cè)量的面積:
2.1 計(jì)算土地的橢球表面面積
利用文獻(xiàn)[3]所提及的梯形橢球表面面積計(jì)算公式:
F=∫∫MNcos(B)dBdL(4)
其中,子午圈曲率半徑M和卯酉圈曲率半徑N的計(jì)算式為M=(a為子午圈長(zhǎng)半徑,e2為第一偏心率)N=。經(jīng)進(jìn)一步推算,可得某一經(jīng)度和緯度范圍(L1,L2)、(B1,B2)組成梯形的橢球表面面積S梯。為:
S梯=∫B2B1∫L2L1dBdL=•ln()|B2B1(5)
由于測(cè)量地塊通常是不規(guī)則的,直接采用上述公式計(jì)算地塊橢球表面的面積不現(xiàn)實(shí),因此,可在設(shè)包圍地塊的梯形橢球面投影至高斯面產(chǎn)生的變形比與地塊投影至高斯面產(chǎn)生的變形比相同的情況下,來(lái)求取任意地塊的橢球面面積S橢為:
S橢=S平(6)
式中,S平為地塊在高斯平面投影面面積,S投為包圍地塊經(jīng)緯度組成的梯形橢球面面積,S為投包圍地塊的梯形在高斯平面上的投影面積。
2.2 采用抵償投影面高程或任意帶高斯投影方法建立臨時(shí)以測(cè)量地塊為中心的局部高斯投影坐標(biāo)系。通過(guò)選取適當(dāng)?shù)闹醒胱游缇€和高程面,使上述(3)式求得的面積變形比ms最小,計(jì)算土地測(cè)量平面面積。
2.3 直接采用投影變形進(jìn)行面積改正計(jì)算方法。根據(jù)高斯投影變形的特點(diǎn),當(dāng)?shù)貕K形狀為南北狹長(zhǎng),東西跨度較小時(shí),地塊各邊投影變形約相等,此時(shí)設(shè)地塊面積總體變形比與地塊中心點(diǎn)處面積變形比一致,根據(jù)上述公式(3)計(jì)算地塊中心處的面積變形比m,則有:
S投=(7)
其中,S投為經(jīng)投影改正后地塊面積,S平為地塊在原高斯平面上的測(cè)量面積。
3計(jì)算實(shí)例
設(shè)在離中央子午線約98km處有一地塊,在西安80坐標(biāo)系下測(cè)量的土地面積為5146246.688平方米,平均高程為21 m。經(jīng)計(jì)算地塊所處位置在國(guó)家統(tǒng)一的西安80坐標(biāo)下長(zhǎng)度變形約為12 cm/km。
相對(duì)實(shí)地平面面積,在國(guó)家統(tǒng)一的西安80坐標(biāo)系下計(jì)算該地塊的土地面積增加了1284.416平方米,產(chǎn)生了較大的變形,相對(duì)橢球面積產(chǎn)生了6090.975平方米的變形。
4結(jié)束語(yǔ)
高斯投影的特性決定了土地測(cè)量面積投影到高斯平面上均會(huì)產(chǎn)生變形,采用不同的高斯投影坐標(biāo)系計(jì)算的土地面積結(jié)果各不相同。在大范圍的土地測(cè)量面積計(jì)算中,為統(tǒng)一土地面積計(jì)量直接計(jì)算地塊的橢球表面面積是適合的。對(duì)一般的土地測(cè)量的面積計(jì)算,為取得土地測(cè)量面積計(jì)算結(jié)果與實(shí)地平面一致需要采用上述減少投影變形的計(jì)算方法,其中方法(3)適宜東西跨度不大的地塊,該計(jì)算方法簡(jiǎn)單實(shí)用,無(wú)需經(jīng)過(guò)高斯投影正反算等復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程。
參考文獻(xiàn):
[1]CJJ 8-99.城市測(cè)量規(guī)范[S].
1.1實(shí)測(cè)法
實(shí)測(cè)法是指利用GPS、全站儀等儀器進(jìn)行農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)界址點(diǎn)實(shí)地測(cè)量的方法。隨著JXCORS的建成,極大地方便了測(cè)繪工作,單人單機(jī)即可測(cè)量,提高了工作效率。本次試點(diǎn)工作采用JXCORS進(jìn)行測(cè)量,對(duì)于滿足JXCORS測(cè)量要求的區(qū)域,直接使用JX-CORS采集界址點(diǎn)數(shù)據(jù);不能滿足測(cè)量要求的區(qū)域,采用JXCORS布設(shè)圖根控制點(diǎn),使用全站儀測(cè)量界址點(diǎn)坐標(biāo)。
1.2航測(cè)法
航測(cè)法是指采用航空攝影測(cè)量的方法采集農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)界址點(diǎn)數(shù)據(jù)的方法。由于農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)確權(quán)登記項(xiàng)目精度要求較高,一般采用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量方法,成圖比例尺為1∶1000,然后在此基礎(chǔ)上調(diào)繪得到界址點(diǎn)坐標(biāo)和地塊圖。1.3圖解法圖解法是以已經(jīng)測(cè)得的大比例尺航天數(shù)字正射影像、地籍圖或地形圖為基礎(chǔ),通過(guò)圖解量算獲取界址點(diǎn)坐標(biāo)的方法。可以看出,圖解法需要依賴于已有資料,且需要進(jìn)行量算,對(duì)于缺乏基礎(chǔ)資料或地塊不規(guī)則的丘陵、山區(qū),該方法受到了一定的局限。
2地塊界址測(cè)量方法對(duì)比分析
2.1試點(diǎn)概況
贛州市南康區(qū)境內(nèi)大部分為丘陵至低山地貌,北部邊緣地區(qū)有中、低山地貌,沿章江、上猶江兩岸一帶有較廣闊的河谷平原,是贛南較平坦的一個(gè)區(qū)域。整個(gè)地勢(shì)西高東低,南北高中部低,由南北兩端向中、由西向東,逐漸傾斜,中東部形似敞口盆地。一般海拔中部為110m~150m,北部為350m~500m,南部為300m~450m。丘陵、山地、平原各約占總面積的59%、27%、14%。本次試點(diǎn)工作選擇一個(gè)比較典型的村莊進(jìn)行測(cè)量,地形即包括低山丘陵區(qū)也包括山前平原,面積約2.4km2。由于本地區(qū)缺少大比例尺影像數(shù)據(jù)、地籍?dāng)?shù)據(jù),且地形以低山丘陵為主,地塊不規(guī)則,采用圖解法進(jìn)行界址點(diǎn)測(cè)量和地塊圖繪制具有一定的局限性,故本次試點(diǎn)采用實(shí)測(cè)法和航測(cè)法進(jìn)行對(duì)比分析。2.2測(cè)量精度分析
2.2.1界址點(diǎn)精度分析
選擇本次測(cè)量成果中的876個(gè)界址點(diǎn)進(jìn)行精度分析,所有界址點(diǎn)均有實(shí)測(cè)法和航測(cè)法兩套成果。(1)JXCORS測(cè)量界址點(diǎn)精度。眾所周知,目前CORS技術(shù)已經(jīng)成熟,根據(jù)農(nóng)村集體土地所有權(quán)、使用權(quán)和眾多測(cè)繪項(xiàng)目的檢查情況,在滿足JXCORS測(cè)量要求的情況下,其測(cè)量平面精度優(yōu)于3cm,可以滿足NY/T2537-2014《農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)調(diào)查規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》)中實(shí)測(cè)界址點(diǎn)的精度要求。本次測(cè)量時(shí),每個(gè)界址點(diǎn)均獨(dú)立觀測(cè)兩次,平面較差小于3cm取平均值作為最終成果。當(dāng)然,對(duì)于高大樹(shù)木遮擋、無(wú)線信號(hào)影響等不能滿足JXCORS測(cè)量要求的區(qū)域,需要全站儀測(cè)量等方法輔助測(cè)量。(2)無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量界址點(diǎn)精度。采用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量的方法獲取試點(diǎn)區(qū)域的影響,經(jīng)過(guò)處理后根據(jù)田埂、農(nóng)村道路等線狀地物分割地塊,得到界址點(diǎn)成果。采用JXCORS對(duì)航測(cè)法界址點(diǎn)成果進(jìn)行精度檢查。經(jīng)統(tǒng)計(jì),點(diǎn)位較差小于15cm的界址點(diǎn)有234點(diǎn),占總數(shù)的26.71%;點(diǎn)位較差在15cm-30cm之間的有515點(diǎn),占58.79總數(shù)的%;較差在30cm-45cm之間的有127點(diǎn),占總數(shù)的14.50%。視JXCORS測(cè)量成果為真值,計(jì)算無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量的界址點(diǎn)的中誤差為±16.3cm,可以滿足《規(guī)程》中航測(cè)法界址點(diǎn)的精度要求。
2.2.2地塊面積精度
本次測(cè)量得到了251個(gè)地塊,對(duì)測(cè)量得到的地塊面積進(jìn)行精度檢核。經(jīng)統(tǒng)計(jì),JXCORS測(cè)量得到的地塊面積均滿足《規(guī)程》要求,航測(cè)法有兩個(gè)地塊面積不能滿足要求,經(jīng)分析原因,使用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量時(shí)受到樹(shù)木遮擋影響,該地塊處影像不清晰,造成面積誤差超限。采用航測(cè)法進(jìn)行地塊圖繪制時(shí),需要認(rèn)真檢查面積數(shù)據(jù)。與原有地塊檔案對(duì)比,發(fā)現(xiàn)面積超限的,分析原因,若是由于本次測(cè)量精度較低造成的,需要采用實(shí)測(cè)法或圖解法重新制作地塊圖和界址點(diǎn)。
2.3工作效率分析
(1)實(shí)測(cè)法工作效率。經(jīng)統(tǒng)計(jì),本次251地塊、876個(gè)界址點(diǎn),采用JXCORS結(jié)合全站儀實(shí)測(cè)使用的時(shí)間為3工作日,地塊圖繪制時(shí)間為1工作日,合計(jì)時(shí)間為4工作日。(2)航測(cè)法工作效率。本次航測(cè)時(shí)間為0.5工作日,影像內(nèi)業(yè)處理時(shí)間為0.5工作日,地塊圖繪制及界址點(diǎn)整理時(shí)間為1工作日,共計(jì)花費(fèi)2工作日。當(dāng)然,本次試點(diǎn)工作面積較小,航測(cè)外業(yè)效率較低,若大面積航測(cè),效率將會(huì)更高。可以看出,航測(cè)法效率較高,且野外的工作時(shí)間較少,采用航測(cè)法可以減少野外工作時(shí)間,降低成本和勞動(dòng)強(qiáng)度,明顯的提高工作效率。
3結(jié)論