摘要：由于三维数字地形图中的特征点和特征线都是三维的,在其上面可以查询任意特征点的平面坐标和高程即三维坐标,使用十分方便。本文主要阐述全站仪采集三维数据的方法,重点分析了无棱镜测量方法,指出其适用范围。
关键词：全站仪测绘；三维地图；无棱镜测量
三维数字地形图已不是一个新概念,最早的三维数字地形图是在二维数字地形图的等高线和高程点上带高程,即这类数字地形图中只有等高线和高程点是三维的。后来以此为基础,又在一些不突出地表的地物如公路、河流等的特征点上注上高程值,使它们也变成三维的,从而使数字地形图更加三维化。
一、全站仪测绘三维数字地形图技术研究进展
目前,国内外研究人员对数字地球、数字城市以及三维可视化技术有着比较广泛的研究,而且从事这方面的研究人员也越来越多。但从事三维线划数字地形图的研究人员却不多,三维线划数字地形图有其独特的研究方法和实际意义。随着数字地形图在工程应用中的深入,为了便于进行空间方面的量测和分析,人们对它表示地物和地貌的方法和精度提出了更高的要求。
二、全站仪采集三维数据的方法
三维数字地形图数据的采集方法较多,全站仪采集是诸多方法中的一种(一般工作量比较大,要注意各种技术人员的密切合作,来提高工作的效率和质量),该方法适用于大比例尺、精度要求高的三维空间数据,且作业面积范围较小的工程。本章主要从利用全站仪采集三维地物数据的方面进行研究,特别是地物的顶部特征点的采集,主要分为有棱镜测量和无棱镜测量两种情况。三维地形数据采集包括两个阶段,一是外业采集,主要是利用全站仪采集地形点的三维空间数据(包括平面坐标及高程)。由于受通视条件、劳动强度等因素的影响,只能采集地形特征点的三维空间数据(它一般是指山谷点、山脊点、洼地、山脚点、山顶等等)。由于这些特征点的密度不够和分布不均匀,这样在对有些地区的地表高低起伏就很难精确地表示。二是内业加密,就是将外业采集的数据,通过内插的方法对特征点的密度和分布进行有效处理,获得分布均匀、密度适当的地形点及高程,使其更能详细地反映地势的走向。在利用全站仪野外获取三维地物数据测量时,地物底部特征点数据的获取是比较容易的,难点在于怎样获取地物顶部特征点数据。以建筑物为例进行说明,其顶部特征点的数据可以通过先测量其相应的底部特征点的平面位置和高程,然后量测其高度的方法获取;也可以用放置棱镜到顶部特征点上直接测量的方法获取;还可以用无棱镜测量进行建筑物顶部特征点的方法获取。其中,无棱镜测量对于没有反射的物体不能进行测量,因此在建筑物比较密集的城镇地区,用无棱镜测量会严重受到通视条件和反射条件的制约,使得测绘工作量大,效率低。
用全站仪测量水平距离和两个竖直角,来求地物的高度。此方法在进行测量竖直角时,由于地物很高,受到全站仪望远镜仰角的限制,因此要将仪器架在离建筑物较远的地方,才能进行测量。用全站仪来测量地物的顶部和底部的两个竖直角和到地物的水平距离计算地物的高度。此方法测量高度的精度取决于测距和角度测量精度,适合用在点状地物、线状地物和规则的面状地物。测量两个斜距和一个平距,来求地物的高度。
三、无棱镜测量
随着科技的发展,全站仪进入了激光时代,出现了无棱镜测量的仪器。无棱镜测量又叫无合作目标测量,是不需用反射棱镜而依靠被测物体自然表面反射光线来进行的测量。无棱镜测量技术基于相位法原理,发出的激光束极为窄小,可以非常精确地打到目标上,保证高精度的距离测量。与有棱镜测量相比较,其优点是只要测点的反射介质符合无棱镜测量的条件,就不需要在测点上放置棱镜,即可测量出该点的三维坐标。全站仪免棱镜测量在特殊点、危险点测量中显示出极大优越性,解决了传统测量方法解决不了的问题。不仅使作业强度和危险性大大降低,而且极大提高生产效率,测点精度高且均匀,对被测目标也起到一定保护作用。即使在一般测量条件下,全站仪免棱镜测量技术也比传统测量方法优越。
四、结语
由于野外全站仪测量受到通视条件的限制,在地物比较稀疏的地区或者小范围的大比例尺测量区域,可以用全站仪采集地物底部特征点的数据,同时可以利用全站仪有棱镜测量法对地物的高度进行测量,不会受到全站仪仰角的限制。在此区域的数据采集利用无棱镜测量时,效率更高,工作量少,经济较低等特点。
参考文献：
【1】王靖,师军良.无棱镜全站仪在数字地形图测绘中的应用[J].黄河水利职业技术学院学报,2008(1)
【2】杜殿斌.无棱镜全站仪在滑坡测量中的应用[J].铁道勘察,2008(6)
