摘 要：全站仪，即全站型电子速测仪（Electronic Total Station）。是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。在测量领域，全站仪已广泛用于工程测量、地形测量等各个方面。该文结合新安水文站大断面测量实际，分析采用全站仪法施测水文大断面具备的优势。
关键词：水文 全站仪 大断面测量 应用
1 全站仪测量原理
全站仪在测量领域的应用，已经全面替代了传统的光学经纬仪测角和传统水准仪测距，这主要依赖于电子测距技术和电子测角技术的快速发展。电子经纬仪利用光电扫描度盘，取代人工光学测微读数，自动记录和显示读数，避免读数误差的产生并使测角操作简单。电子经纬仪的自动记录、储存、计算功能，以及数据通讯功能，进一步提高了测量作业的自动化程度。
电子经纬仪的水平度盘和竖直度盘及其读数装置是分别采用两个相同的光栅度盘（或编码盘）和读数传感器进行角度测量的。根据测角精度可分为0.5″，1″，2″，3″，5″等几个等级；电子测距部分的光敏二极管发射的调制红外光由反光棱镜经同一路径反射回来，再经分光棱镜作用使回光被光电二极管接收；进行而由内、外光路调制光的相位差间接计算光的传播时间，计算实测距离。进而实现水平角、垂直角和斜距等基本测量要素的测定。加之全站仪强大、便捷的数据处理功能，使全站仪使用极其方便。
2 大断面测量
2.1 测前准备
我们在新安站大断面测量中使用的莱卡TC1800全站仪，其技术指标为：测角精度1"，测距精度1 mm+2 ppm，单次测量时间3s，测程（平均大气条件）2.5 km（单棱镜），数据记录PC卡/RS232输出，望远镜放大倍率30x，电源NiCd电池。
将全站仪架设在右岸断面零桩上（新安站位于沭河右岸），设置好任务文件及设站信息，后视大断面左岸断面桩，对中置零，然后把全站仪水平螺旋旋紧。需要注意的是，水平螺旋旋紧固定后在大断面测量过程中不能再次旋转，只可利用垂直螺旋旋钮上下转动镜头，以确保断面线定位精度。准备2 m棱镜杆（水上部分使用）和4 m棱镜杆各一根，对讲机两部，木船一艘。
2.2 测量数据采集
由一名人员持棱镜杆沿着断面线测量，并严格控制断面变化，仪器测量人员利用对讲机时刻提示持杆人偏离断面线的位置，断面变化测点在仪器中直接测存，整十米数起点距，可先利用测距功能将距离放出来，待持杆人到位，再测存。水下部分测量，用4 m棱镜杆直接实测水下高程，断面线控制办法和水上部分相同。
2.3 数据处理
将测量设备正确回收放置后，利用配套的数据下载软件和数据处理软件将测量数据下载进行后处理，形成所需要的测量成果，并利用Excel或CAD生成水文测量大断面图。
3 测量时应注意的几个问题
3.1 仪器架设
由于仪器架设需要一定的条件，当断面桩所处环境不适宜全站仪设站观测时，可利用钢尺沿断面线方向从断面桩处丈量一段距离，量至适宜位置标记点位，进而观测，后期处理中将起点距数值换算即可。设站点在断面桩桩上可直接量取仪器高，设站点不在断面桩桩上的可接测断面桩桩上高程然后反算出设站点高程。
3.2 仪器观测人员
观测人员应在测量全程保护好仪器，不要受到碰撞等影响，以免造成测量误差。应做好与持杆人的交流沟通，指挥其放杆点位置不要偏离断面线，控制好整十米数的起点距。注意在测量过程中仪器参数的设置。在测量过程中，不要碰触水平螺旋，并在测量结束后，校核后视瞄准方向是否有偏差，如有偏差超限，重测。
3.3 持杆人员
持棱镜杆人员应在测量过程保护好棱镜，不要使镜头沾水或掉入水中，以免影响测量。应做好与仪器观测人员的互动，沿断面线控制好高程的变化。棱镜杆位置放好，杆子扶垂直，避免造成测量误差。
4 与常规测量方法对比分析
2013年5月在新安站进行了全站仪测量法与水上部分水准仪水下部分测深杆的常规测法比测工作。常规法岸上部分的测量需架设水准仪，并派人扶水准尺；大断面起点距水上部分利用皮尺丈量，量至水边，水下部分利用缆道起点距控制，水深用测深杆测量；水上部分断面变化较大，河堤陡峭导致搬站较多，测量记载内容繁琐，须专门有人记载。常规法用人较多，测量程序十分麻烦不便，断面线方向难以控制，起点距控制误差较大。采用全站仪法测量大断面，则不受河堤陡峭变化等限制，无需搬站，一站式解决了所有的测点测量。并且测量精度高，断面线方向控制好，数据自动存储，无需记载。测量结束后利用专用软件，完成大断面数据成果和断面图绘制，测量工序少，效率高。为能够更进一步分析全站仪法与常规测法对比结果，根据两次实测资料点绘新安站2013年汛前大断面图。见图1。
从比较图中可以得出两个结论：（1）全站仪法能够更好的控制断面变化，操作起来更加的灵活方便，尤其当局部断面变化较大时，控制的很好。（2）在起点距的控制上，常规测法利用皮尺和缆道循环索控制，由于断面较宽，钢丝绳具有张力，编码器和滑轮间滑动摩擦，循环索与水平线存在一定的夹角，这些都是造成起点距误差的原因，虽然进行了一些换算，但最终与全站仪法比较，两岸断面桩起点距相差1.8 m。
5 结语
通过分析比较，推荐采用全站仪法施测水文大断面。从实际应用来看，全站仪法比传统的常规法更先进，测量及记载计算工作量大为减少，且受周围地形条件的限制较少，一站式作业灵活，过程直观，操作简便，测量速度快，精度较高，可以大大提高工作效率和减轻劳动强度，满足水文信息化建设对水文测量实时性的要求。
参考文献
[1] GB/T 27663-2011全站仪[S].
[2] 牛占.水文勘测工[M].郑州：黄河水利出版社，2011.
关键词：水文 全站仪 大断面测量 应用
1 全站仪测量原理
全站仪在测量领域的应用，已经全面替代了传统的光学经纬仪测角和传统水准仪测距，这主要依赖于电子测距技术和电子测角技术的快速发展。电子经纬仪利用光电扫描度盘，取代人工光学测微读数，自动记录和显示读数，避免读数误差的产生并使测角操作简单。电子经纬仪的自动记录、储存、计算功能，以及数据通讯功能，进一步提高了测量作业的自动化程度。
电子经纬仪的水平度盘和竖直度盘及其读数装置是分别采用两个相同的光栅度盘（或编码盘）和读数传感器进行角度测量的。根据测角精度可分为0.5″，1″，2″，3″，5″等几个等级；电子测距部分的光敏二极管发射的调制红外光由反光棱镜经同一路径反射回来，再经分光棱镜作用使回光被光电二极管接收；进行而由内、外光路调制光的相位差间接计算光的传播时间，计算实测距离。进而实现水平角、垂直角和斜距等基本测量要素的测定。加之全站仪强大、便捷的数据处理功能，使全站仪使用极其方便。
2 大断面测量
2.1 测前准备
我们在新安站大断面测量中使用的莱卡TC1800全站仪，其技术指标为：测角精度1"，测距精度1 mm+2 ppm，单次测量时间3s，测程（平均大气条件）2.5 km（单棱镜），数据记录PC卡/RS232输出，望远镜放大倍率30x，电源NiCd电池。
将全站仪架设在右岸断面零桩上（新安站位于沭河右岸），设置好任务文件及设站信息，后视大断面左岸断面桩，对中置零，然后把全站仪水平螺旋旋紧。需要注意的是，水平螺旋旋紧固定后在大断面测量过程中不能再次旋转，只可利用垂直螺旋旋钮上下转动镜头，以确保断面线定位精度。准备2 m棱镜杆（水上部分使用）和4 m棱镜杆各一根，对讲机两部，木船一艘。
2.2 测量数据采集
由一名人员持棱镜杆沿着断面线测量，并严格控制断面变化，仪器测量人员利用对讲机时刻提示持杆人偏离断面线的位置，断面变化测点在仪器中直接测存，整十米数起点距，可先利用测距功能将距离放出来，待持杆人到位，再测存。水下部分测量，用4 m棱镜杆直接实测水下高程，断面线控制办法和水上部分相同。
2.3 数据处理
将测量设备正确回收放置后，利用配套的数据下载软件和数据处理软件将测量数据下载进行后处理，形成所需要的测量成果，并利用Excel或CAD生成水文测量大断面图。
3 测量时应注意的几个问题
3.1 仪器架设
由于仪器架设需要一定的条件，当断面桩所处环境不适宜全站仪设站观测时，可利用钢尺沿断面线方向从断面桩处丈量一段距离，量至适宜位置标记点位，进而观测，后期处理中将起点距数值换算即可。设站点在断面桩桩上可直接量取仪器高，设站点不在断面桩桩上的可接测断面桩桩上高程然后反算出设站点高程。
3.2 仪器观测人员
观测人员应在测量全程保护好仪器，不要受到碰撞等影响，以免造成测量误差。应做好与持杆人的交流沟通，指挥其放杆点位置不要偏离断面线，控制好整十米数的起点距。注意在测量过程中仪器参数的设置。在测量过程中，不要碰触水平螺旋，并在测量结束后，校核后视瞄准方向是否有偏差，如有偏差超限，重测。
3.3 持杆人员
持棱镜杆人员应在测量过程保护好棱镜，不要使镜头沾水或掉入水中，以免影响测量。应做好与仪器观测人员的互动，沿断面线控制好高程的变化。棱镜杆位置放好，杆子扶垂直，避免造成测量误差。
4 与常规测量方法对比分析
2013年5月在新安站进行了全站仪测量法与水上部分水准仪水下部分测深杆的常规测法比测工作。常规法岸上部分的测量需架设水准仪，并派人扶水准尺；大断面起点距水上部分利用皮尺丈量，量至水边，水下部分利用缆道起点距控制，水深用测深杆测量；水上部分断面变化较大，河堤陡峭导致搬站较多，测量记载内容繁琐，须专门有人记载。常规法用人较多，测量程序十分麻烦不便，断面线方向难以控制，起点距控制误差较大。采用全站仪法测量大断面，则不受河堤陡峭变化等限制，无需搬站，一站式解决了所有的测点测量。并且测量精度高，断面线方向控制好，数据自动存储，无需记载。测量结束后利用专用软件，完成大断面数据成果和断面图绘制，测量工序少，效率高。为能够更进一步分析全站仪法与常规测法对比结果，根据两次实测资料点绘新安站2013年汛前大断面图。见图1。
从比较图中可以得出两个结论：（1）全站仪法能够更好的控制断面变化，操作起来更加的灵活方便，尤其当局部断面变化较大时，控制的很好。（2）在起点距的控制上，常规测法利用皮尺和缆道循环索控制，由于断面较宽，钢丝绳具有张力，编码器和滑轮间滑动摩擦，循环索与水平线存在一定的夹角，这些都是造成起点距误差的原因，虽然进行了一些换算，但最终与全站仪法比较，两岸断面桩起点距相差1.8 m。
5 结语
通过分析比较，推荐采用全站仪法施测水文大断面。从实际应用来看，全站仪法比传统的常规法更先进，测量及记载计算工作量大为减少，且受周围地形条件的限制较少，一站式作业灵活，过程直观，操作简便，测量速度快，精度较高，可以大大提高工作效率和减轻劳动强度，满足水文信息化建设对水文测量实时性的要求。
参考文献
[1] GB/T 27663-2011全站仪[S].
[2] 牛占.水文勘测工[M].郑州：黄河水利出版社，2011.
