[科普中国]-边角测量

边角测量这是一项利用三角测量和三边测量，推求各个三角形顶点平面坐标的测量技术和方法。

概念在边角测量前方交会定点中，如果边长和角度的观测精度配合适当，则平差计算可以非常简单，较之单用测角交会会更简便。

基于PDA的边角测量数据采集系统开发与应用开发背景虽然空间大地测量得到了广泛的应用，但是常规大地测量技术还在大量使用。边、角测量是等级常规大地测量中不可或缺的观测手段。结合本单位的生产实际情况，我们以CASIOIT-70PocketPC作为外业记录载体，研制开发的边、角测量数据采集系统ADCE3.0，符合作业规范、操作简便、人工干预少，适合一至四等常规控制测量的边、角野外数据采集。

分析了基于掌上电脑(PDA)的软件开发环境，讨论了基于PDA的边角测量系统的主要功能和面向对象数据结构、与全站仪通讯等关键技术，最后给出了该系统的实现。本系统所选用的掌上电脑是CasioIT-70。CasioIT-70是一款性能优良的工业级掌上电脑，其功能强大、体积小巧、具有数字输入键，特别适合作为外业测量专用电子手簿。该掌上电脑CPU采用MIPSvr4122，主频为150MHz，内存32M，操作系统为WindowsCE3.0。WindowsCE是一种紧凑、高效、可伸缩的操作系统，主要是面向各种嵌入式系统和产品，它具有多线程、多任务、完全抢占式的特点。它具有强大通信能力，支持多种CPU，同时可以利用丰富灵活的控件库建立各种图形用户界面。它的模块化设计方式使得软件开发人员可以根据不同的开发产品来自己设计系统。MicrosofteMbeddedVisualC++3.0为开发基于WindowsCE平台和设备的应用软件提供了完整的集成开发环境。它包括许多WindowsCE专用的标准开发工具(包括用来开发不同硬件平台所需的SDK和仿真器)，开发者可以利用这些工具来创建、测试和修改应用程序，并提供了Win32API函数和图形通讯手段，支持标准的MFC类，还支持活动模板库。

系统的主要功能归纳不同级别、类别的用户需求，结合多年来的内业数据处理及野外数据采集的经验，设计并实现了基于PDA的边角测量数据采集系统，系统提供以下几个方面相互联系的功能模块，见图1。

预处理模块：为了保证各项功能既相互独立，又尽量减少信息的输入，用户只要选择所用的仪器、施测等级、施测方法等，系统自动设定角度读数较差、半测回归零差、2C较差、方向较差、左右角较差，2i较差、垂直角较差、边长较差、距离读数差、测回距离较差、水平角测回数、垂直角测回数、距离测回数、串口设置等。当有新类型仪器加入时，以上限差也可以人工设置，同样在后面的数据采集及处理中直接调用这些信息。建温度计、气压计订正值文件以便于在数据采集过程中对所输入的气象元素进行自动改正。图2为水平角观测仪器设置界面。

数据采集模块：数据采集中时间由系统在机内读取，减少手工输入；对观测时的观测值根据所选择的限差要求进行自动处理，提示并进入到相应的处理操作位置；测量时各测回的测回号自动显示，并实时显示所测各方向盘左盘右方向值、测回方向值及下一应测方向；自动检验归零差、2C互差是否超限，如有超限将按照规范要求提示重测并自动记下重测数；测距数据采集时同时输入测站气象元素、镜站气象，并对测站气象元素或不实时记录气象元素根据输入情况自动处理。

数据处理模块：在基本测回完成后，自动检查各测回互差是否超限，如果有超限测回，自动记录下超限的测回方向，并根据数据采集时记下的重测数及测回互差超限的测数进行综合处理，按规范要求处理重测的测回及方向；边长测量中根据气象输入的情况进行气象改正，并进行(小)归心改正、频率改正、加常数改正、乘常数改正、反光镜常数改正、周期误差改正、波道弯曲改正计算；方便查阅测站平差的结果。

文档管理模块：对观测值的记录不仅仅是取得计算的结果，而且还保留观测时的样子，以方便事后各种观测值按照原有的手薄格式进行输出；自动形成内外业一体化文档；原始观测数据进行加密，防止对测量成果的改动，保证成果质量的可靠。串口通讯模块：实现数据与全站仪进行双向传输。

辅助计算模块：对测后输入气象元素的情况时，进行相应气象仪器的订正值查询；对于测站方向数过多的分组观测进行每一测站平差后的分组测站平差检核；在高等级点上设站进行水平角观测后的固定角平差检核；对于大偏心的距离观测结果进行大偏心归心改正计算；对长距离的钢卷尺量距(高)，按照相应的尺长改正方程，做量距(高)记录。图3为钢卷尺量高记录界面。

ADCE3.0的应用基于PDA的测量数据采集系统具有参数设置、数据采集处理、辅助计算等模块。系统已用于生产实践。实践表明，软件适应于一般等级的边、角测量的数据采集，操作简单，功能实用、可靠，既减轻了野外作业人员的劳动强度，又自动生成内外业一体化文档，可以提高内、外业的作业效率。随着在测量实践中的不断应用，还需进一步提高其应用水平。1

全站仪边角测量交会法在井巷测量中的应用传统意义上的井巷测量方法有前方交会法和侧方交会法等形式，一般情况下，此类测量方法对通视度的要求较高，如果测量现场的通视度不高势必会对测量结果造成影响。但在实际情况中，井巷下的工作环境是极其复杂的，想要达到较高的通视度具有非常大的难度，因此传统意义上的测量方法在这种井巷中无法发挥出作用，为了更好的解决此类问题，相关部门对全站仪边角测量交会法进行了全面的分析和研究，将全站仪设置在测量点上，根据测量到的水平夹角等信息确定待测位置的各项指标。如今该测量方法已经得到了十分广泛的应用。2

全站仪边角测量交会法在井巷中的测量方法不同类型的全站仪在操作和使用上也存在一定差别，但全站仪的工作原理是基本一致的。在实际测量过程中，测量内容主要包括水平角、水平距离以及坐标，具体的测量方法如下。

（一）测量水平角

在井巷的测量过程中，经常需要对水平角进行测量，首先，接通全站仪的电源，并打开角度测量功能键，将全站仪调整到测量的状态，明确测量目标的位置以后，将全站仪对准待测目标I。在目标对准以后，将全站仪的度数显示归零，然后在将全站仪对准待测目标II，具体方法与目标I相同，此时全站仪的度数就是两个测量目标之间的水平夹角。

（二）测量水平距离

在测量水平距离之前，需要根据实际情况，设置对应的棱镜常数，同时将棱镜常数准确的写入到全站仪当中，在写入完成以后全站仪会根据棱镜常数进行更正处理，从而准确测量水平距离。根据物体受热后膨胀、受冷后缩小的基本原理，在对目标进行长度或者是距离的测量过程中，还需要将测量地的气温、气压等信息输入到全站仪中去。由于光速会在大气的作用下发生改变，所以在测量的过程中，应将测量过程中的气压设备为0 ppm。在测量的过程中，将实时大气中的气温及气压值输入到全站仪中，全站仪的系统将这些数据修正为正值，然后通过自动的计算，得到更正值，同时对水平距离的测量值进行修改和更正。将棱镜的高度进行准确的测量，然后将测量结果写入到对应的全站仪中。在测量距离时，需要确定棱镜的中心位置，接通全站仪的电源，并调试到测距功能，测量结束以后，全站仪会显示出被测目标的高度、距离等信息。

（三）测量坐标

（1）在运用全站仪对坐标进行测量时，首先要确定一个原点，然后根据被测目标的实际情况和要求，创建出立体的三维坐标。

（2）三维坐标创建完成以后，需要对后视点的坐标进行准确定位，在定位的过程中可充分利用极坐标的概念。后视点定位完成以后，全站仪对输入到内部的数据信息进行处理，进而生成该后视点的对应方位角，可在全站仪中直接读取。与测量水平距离方法基本一致，在测量坐标之前，同样需要设置适宜的棱镜常数，另外由于全站仪是一种先进的光学仪器，所以在使用全站仪对坐标进行测量时，仍需要对实时的气压和气温进行更改。在测量时，将棱镜的高度等信息写入到全站仪当中，然后对准被测目标，在功能选项中选中测量坐标，根据实际要求调整参数，最后可在全站仪中读取到最终的三维坐标。

全站仪边角测量交会法在井巷中的应用全站仪边角测量交会法在井巷的测量工作中得到了较为广泛的应用，通常情况下，常用的全站仪类型为全能型全站仪。在实际情况中，全站仪可应用在矿山测量、绘制地图、竖井联系测量等方面。

（一）矿山测量

对于常规的面积较小的矿山井巷而言，一般不需要使用全站仪，然而如果井巷的规模较大，或者是对大型平面进行测绘时，则需要充分利用全站仪。实践表明，在矿山井巷的测量过程中充分利用全站仪具有其他测量不可比拟的优势，不但可以完成快速测量，还具有很高的效率和精度。在以往的测量过程中，通常会运用到三角锁控制法，尽管这种方法伴随着井巷测量发展，但不可避免这种方法势必会在科技的发展潮流中面临着被淘汰的
命运，GPS测设技术已经得到了快速的普及，但GPS测设技术对环境因素的要求较高，因此在矿山井巷中并不适
用。为了切实满足矿山井巷的测量要求，全站仪边角测量交会法应运而生，这种测量方法采取当今科技前沿的光学技术，运用相对简单的原理，完成测量任务，而且具有飞快的测量速度和高精度的测量结果。其中，免棱镜型全站仪在工程测量领域具有十分重要的作用，比如各类工程中悬崖峭壁位置的形态测量等，结合测量目标的实际情况和需求，合理运用无棱镜型全站仪可完成节省测量时间，提高测量效率等目标。

（二）绘制地图

在地图的测绘过程中，也可充分利用全站仪，可大大提高测绘的效率和速度，在地图测绘时，首先利用全站仪的采集功能对被测区域内的所有部点的数据信息进行采集，形成对应的草图，并对各个部点之间的关联进行准确的记录，然后将信息传输到主控计算机中，最后通过先进的制图软件完成制图任务。运用该方法进行地图测绘，不仅可以大幅提高制图效率，有效缩短制图的周期，还能在全站仪强大的测量功能的支持下，完成地质条件较为复杂区域的测量任务，大大提高了地图的准确性，将被测区域内的实际情况呈现出来。另外，在被测区域的后续检测工作中，全站仪仍具有十分重要的作用。

（三）竖井联系测量

在竖井的联系测量过程中，可充分运用全站仪自带的免棱镜功能，对井巷的出口联系点以及投点钢丝位置的实际距离进行准确的测量。运用该方法不仅达到更高的测量效率，其测量精度也得到了显著的提升。

研究结论全站仪边角测量交会法是科技和社会发展的必然产物，其先进、完善的测量方法为矿山建设带来了新的契机和挑战，这种测量技术仍需要得到相关人员的进一步研究，在切实满足常规指导的前提下进行优化和创新，使其测量精度得到进一步的提升，从而适用于各种类型的井巷测量工作中。相信通过不断的努力和发展，全站仪边角测量交会法会取得更为显著的进步和提高。3

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学