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摘要：全站仪数字测图中难免遇到设站错误，暂无控制点坐标或后视困难等情况。对于后者可采用假定坐标进行施测。两种情况下所采集的数据可采用坐标转换的方法进行纠正，基于坐标转换思想对外业操作的调整和内业数据的转换可有效解决上述问题，可以加快工作效率，满足数字化测图要求。
关键词：全站仪；自由设站法；测图
全站仪在数字化测图中有着广泛的应用，通常采用的方法是在一个控制点上安置仪器，并利用另外一控制点作为定向点，然后进行碎部测量。但在野外测量中常会遇到以下情况：控制点已经埋设，但尚无控制点三维资料；控制点已选好但尚未埋设；两控制点不通视；在城市地籍测量中，控制点不适宜架设仪器但可以放置棱镜等。为了赶工期，避免人力浪费，就需要用全站仪的自由设站功能，打破传统的“先整体后局部，先控制后碎部”思路，进行先碎部测量成图，后改化到控制点，这样就能大大提高工作效率。
1全站仪自由设站的外业操作方法
在开始测量时，仪器设置在第一点位，通过操作全站仪在一个易于到达的地方，需要在附近收集一系列测量数据，或运行全站仪选择附近的两个支导线点，并测量出它们的点位坐标。同时，全站仪的操作人员可以在任何时间在该领域选择附近的支持点进行传递，本地架起全站仪以便于随后采集数据。选择的第二点同样要确保其定位于正确的位置从而形成小区域通视，然后假设测量工位台站的坐标、高度以及方向。另外，还需将全站仪设置在分支导线点中的第一个台站位置，测量立于假定坐标处反射镜的二维坐标和高度。这简化了传统的“先控制后局部”的映射模式，同时映射了部分观测数据，认为地可以对这些初始数据和图形加以编辑和处理，但应该有一个台站设置在控制点控制结果出来了变更后的控制点坐标的校正，从而使整个编辑图形容易得到修正，这可以减少现场作业时间。
下面就以上几种情况分别予以说明。
1.1 控制点已埋设但无控制点资料
这种情况应在已埋设的控制點上设站，让仪器大致对准北方向，水平角归零（相当于方位角归零，这样方便作图和改正），进入测坐标模式后，假设测站点A三维坐标，连测另一控制点B（也可在测量过程中再测量该点），就可进行碎部测量，为了检查，还应闭合到另一控制点C。
如果是在两控制点在通视的情况下还可以在一个控制点上设站，假设测站点三维坐标，后视另一控制点，假设后视方位角，就可以进行碎部测量。也可以在设定测站坐标（X，Y，H）后，测出测站点到后视点的距离L和高差Δh，以实际方向为准，可假设后视点的坐标为（X+L，Y，H+Δh）或（X，Y+L，H+Δh），然后就可以碎部测量，但要注意至少还要连测一个控制点，以方便检查图形的方向是否正确。
1.2控制点点位已定但尚未埋设
这种情况可以在控制点旁另找一个固定的临时点A做测站点，假设其三维坐标，大致对准北方向，水平角归零，然后在地面或建筑物上找至少两个固定位置的点B、C，测出其三维坐标，然后即可以进行碎部测量。在控制点坐标成果得出后，即可与A、B、C连测。
1.3控制点有坐标资料但不通视
这种情况可以在控制点上设站，输入控制点坐标，仪器大致对准北方向，水平角归零，就可以进行碎部测量，在测量过程中通过转站与其它控制点连测。
1.4控制点都不适宜架设仪器但可以放置棱镜
这种情况可以找一个适宜的地方找任一能与控制点通视的点设站，假设其坐标，仪器大致对准北方向，水平角归零，然后即可进行碎部测量。在测量开始，若测站点与另一控制点通视，可直接连测；若不通视，可通过转站在测量过程中连测。
对于以上几种情况，若需要转站，其后视点应选原测站点或后视点，以方便连测及改算，但如果测区面积较大或测区狭长的情况，应分片作业，以方便作图及避免误差累积。
2.内业改算
2.1公式推导
设自定义的坐标系为X?O?Y?，统一坐标系为XOY，X?顺时针旋转θ角后与X平行，则某一点的自定义坐标（X?，Y?）转换为统一坐标（X，Y）的计算公式为：
X=X0+X?cosθ-Y?sinθ
Y=Y0+ X?sinθ+ Y?cosθ................ ............（1）
（1）式中X0，Y0为自定义坐标系的原点O?在统一坐标系中的坐标，θ，X0，Y0为转换参数。
下面求转换参数
设A，B为控制点，那么，通过坐标反算可以求出直线AB在两个坐标系中的方位角α?AB，αAB，从而求出参数：
θ=αAB -α?AB................ ............（2）
将A点的两套坐标值XA，YA，X?A，Y?A和（2）式结果代入（1）式就可以求出参数X0，Y0：
X0= XA - X?A cosθ+ YA?sinθ
Y0= YA -X?A sinθ- YA?cosθ
高程的计算公式：
H=H?+HA-H?A
2.2 计算过程
计算控制点A的假定值与真实值的三维坐标差值ΔX，ΔY，ΔH，作为改算的依据，将假定成果的坐标值分别减去ΔX，ΔY；将各点的假定高程分别减去ΔH。计算控制点A与控制点B的方位角假定值与真值的差值Δα作为旋转的依据。
2.3图形转换
用办公软件Excel把各点的高程减去ΔH后把高程展到图形中。以A?为原点旋转-Δα，将控制点A?，B?的真实值输入图形中，将整个图形选定，以A?为移动基点分别移动到A，即完成了平移与旋转。然后用控制点B做检查用。完成以上操作后即可进行绘图的后续工作。
2.4数据检核。
第二工位台站校正和的高程改正站数据后，其垂直和水平坐标及标高和第一工位台站的测量数据属于相同的坐标系统。在这种情况下，修正后的坐标值和应不超过相应规模的映射规范要求。全站仪数字化测图精度要比传统的白色映射在映射过程中采取合理的措施，如果没有什么大的错误，在数据采集过程中，上述过程高程差转化，充分满足大比例尺测图的精度要求高得多。实践证明，笔者在实际生产中，如果两个测量点选择的情况下错误发生的几率是非常小的，一般的点位误差可控制在3cm以内，高程误差几乎等于0。
3 结束语
全站仪自由设站法解决了控制点不通视等诸多问题，其作业方式灵活多变，其精度完全能达到数字化测图要求，是一种值得测量工作人员在大比例尺测图中推广使用的方法。
（作者单位：淮南矿业集团煤业分公司张集煤矿）
关键词：全站仪；自由设站法；测图
全站仪在数字化测图中有着广泛的应用，通常采用的方法是在一个控制点上安置仪器，并利用另外一控制点作为定向点，然后进行碎部测量。但在野外测量中常会遇到以下情况：控制点已经埋设，但尚无控制点三维资料；控制点已选好但尚未埋设；两控制点不通视；在城市地籍测量中，控制点不适宜架设仪器但可以放置棱镜等。为了赶工期，避免人力浪费，就需要用全站仪的自由设站功能，打破传统的“先整体后局部，先控制后碎部”思路，进行先碎部测量成图，后改化到控制点，这样就能大大提高工作效率。
1全站仪自由设站的外业操作方法
在开始测量时，仪器设置在第一点位，通过操作全站仪在一个易于到达的地方，需要在附近收集一系列测量数据，或运行全站仪选择附近的两个支导线点，并测量出它们的点位坐标。同时，全站仪的操作人员可以在任何时间在该领域选择附近的支持点进行传递，本地架起全站仪以便于随后采集数据。选择的第二点同样要确保其定位于正确的位置从而形成小区域通视，然后假设测量工位台站的坐标、高度以及方向。另外，还需将全站仪设置在分支导线点中的第一个台站位置，测量立于假定坐标处反射镜的二维坐标和高度。这简化了传统的“先控制后局部”的映射模式，同时映射了部分观测数据，认为地可以对这些初始数据和图形加以编辑和处理，但应该有一个台站设置在控制点控制结果出来了变更后的控制点坐标的校正，从而使整个编辑图形容易得到修正，这可以减少现场作业时间。
下面就以上几种情况分别予以说明。
1.1 控制点已埋设但无控制点资料
这种情况应在已埋设的控制點上设站，让仪器大致对准北方向，水平角归零（相当于方位角归零，这样方便作图和改正），进入测坐标模式后，假设测站点A三维坐标，连测另一控制点B（也可在测量过程中再测量该点），就可进行碎部测量，为了检查，还应闭合到另一控制点C。
如果是在两控制点在通视的情况下还可以在一个控制点上设站，假设测站点三维坐标，后视另一控制点，假设后视方位角，就可以进行碎部测量。也可以在设定测站坐标（X，Y，H）后，测出测站点到后视点的距离L和高差Δh，以实际方向为准，可假设后视点的坐标为（X+L，Y，H+Δh）或（X，Y+L，H+Δh），然后就可以碎部测量，但要注意至少还要连测一个控制点，以方便检查图形的方向是否正确。
1.2控制点点位已定但尚未埋设
这种情况可以在控制点旁另找一个固定的临时点A做测站点，假设其三维坐标，大致对准北方向，水平角归零，然后在地面或建筑物上找至少两个固定位置的点B、C，测出其三维坐标，然后即可以进行碎部测量。在控制点坐标成果得出后，即可与A、B、C连测。
1.3控制点有坐标资料但不通视
这种情况可以在控制点上设站，输入控制点坐标，仪器大致对准北方向，水平角归零，就可以进行碎部测量，在测量过程中通过转站与其它控制点连测。
1.4控制点都不适宜架设仪器但可以放置棱镜
这种情况可以找一个适宜的地方找任一能与控制点通视的点设站，假设其坐标，仪器大致对准北方向，水平角归零，然后即可进行碎部测量。在测量开始，若测站点与另一控制点通视，可直接连测；若不通视，可通过转站在测量过程中连测。
对于以上几种情况，若需要转站，其后视点应选原测站点或后视点，以方便连测及改算，但如果测区面积较大或测区狭长的情况，应分片作业，以方便作图及避免误差累积。
2.内业改算
2.1公式推导
设自定义的坐标系为X?O?Y?，统一坐标系为XOY，X?顺时针旋转θ角后与X平行，则某一点的自定义坐标（X?，Y?）转换为统一坐标（X，Y）的计算公式为：
X=X0+X?cosθ-Y?sinθ
Y=Y0+ X?sinθ+ Y?cosθ................ ............（1）
（1）式中X0，Y0为自定义坐标系的原点O?在统一坐标系中的坐标，θ，X0，Y0为转换参数。
下面求转换参数
设A，B为控制点，那么，通过坐标反算可以求出直线AB在两个坐标系中的方位角α?AB，αAB，从而求出参数：
θ=αAB -α?AB................ ............（2）
将A点的两套坐标值XA，YA，X?A，Y?A和（2）式结果代入（1）式就可以求出参数X0，Y0：
X0= XA - X?A cosθ+ YA?sinθ
Y0= YA -X?A sinθ- YA?cosθ
高程的计算公式：
H=H?+HA-H?A
2.2 计算过程
计算控制点A的假定值与真实值的三维坐标差值ΔX，ΔY，ΔH，作为改算的依据，将假定成果的坐标值分别减去ΔX，ΔY；将各点的假定高程分别减去ΔH。计算控制点A与控制点B的方位角假定值与真值的差值Δα作为旋转的依据。
2.3图形转换
用办公软件Excel把各点的高程减去ΔH后把高程展到图形中。以A?为原点旋转-Δα，将控制点A?，B?的真实值输入图形中，将整个图形选定，以A?为移动基点分别移动到A，即完成了平移与旋转。然后用控制点B做检查用。完成以上操作后即可进行绘图的后续工作。
2.4数据检核。
第二工位台站校正和的高程改正站数据后，其垂直和水平坐标及标高和第一工位台站的测量数据属于相同的坐标系统。在这种情况下，修正后的坐标值和应不超过相应规模的映射规范要求。全站仪数字化测图精度要比传统的白色映射在映射过程中采取合理的措施，如果没有什么大的错误，在数据采集过程中，上述过程高程差转化，充分满足大比例尺测图的精度要求高得多。实践证明，笔者在实际生产中，如果两个测量点选择的情况下错误发生的几率是非常小的，一般的点位误差可控制在3cm以内，高程误差几乎等于0。
3 结束语
全站仪自由设站法解决了控制点不通视等诸多问题，其作业方式灵活多变，其精度完全能达到数字化测图要求，是一种值得测量工作人员在大比例尺测图中推广使用的方法。
（作者单位：淮南矿业集团煤业分公司张集煤矿）