全站仪地籍碎部测量中的错误分析与改正

黄晓君，包玉海

(1.内蒙古师范大学 地理科学学院，内蒙古 呼和浩特 010022；2.内蒙古自治区遥感与地理信息系统重点实验室，内蒙古 呼和浩特 010022)

(1.College of Geographical Science,Inner Mongolia Normal University,Huhhot 010022,China；2.Key Laboratory of Remote Sensing & Geography Information System,Inner Mongolia Normal University,Huhhot 010022,China)

全站仪地籍碎部测量中的错误分析与改正

黄晓君1,2，包玉海2

(1.内蒙古师范大学 地理科学学院，内蒙古 呼和浩特 010022；2.内蒙古自治区遥感与地理信息系统重点实验室，内蒙古 呼和浩特 010022)

目前全站仪在城镇地籍测量，尤其在地籍碎部测量中广泛应用。文中分析采用全站仪进行地籍碎部测量时不同作业状态下可能出错的情况，即定向时错误输入坐标或定向点位置错误、测量期间全站仪微动或换电池等。并揭示出现错误的根源、特征及相应检查方法，最后提出对全站仪地籍碎部测量中产生的错误进行改正的方法，并对其做了精度验证。

全站仪；地籍碎部测量；错误特征；错误改正

自20世纪80年代至今我国已在全国范围内开展了两次土地利用现状调查(1984—1997年、2007—2009年)。城镇地籍调查作为其主要组成部分，我国县级以上各城区进行了地籍测绘。在第二次全国城镇地籍调查中，地籍碎部测量采用了全站仪测量、GPS测量、超站仪测量[1]等方法，其中全站仪测量方法的应用最为广泛。基于此，本文对全站仪地籍碎部测量，分析了全站仪地籍碎部测量时产生的错误特征，并提出了改正的有效方法。

1 全站仪地籍碎部测量的错误特征及其检查方法

当地籍碎部测量时，可以应用很多种方法，但现在最常用的就是全站仪测量方法。为此下面介绍全站仪测量碎部点时出现的错误特征及其检查方法[2-3]。

1.1 定向时错误输入坐标

定向时错误输入坐标有以下3种类型：①误输定向点x，y坐标，其包括颠倒输入定向点x，y坐标(x坐标中输入y坐标值，y坐标中输入x坐标值)、误输定向点x坐标或y坐标或x，y坐标；②误输测站点x，y坐标，其包括颠倒输入测站点x，y坐标、误输测站点x坐标或y坐标或x，y坐标；③误输测站点和定向点x，y坐标，其包括颠倒输入测站点与定向点x，y坐标(测站点x，y坐标中输入定向点x，y坐标值，定向点x，y坐标中输入测站点x，y坐标值)、完全误输测站点和定向点x，y坐标。

图1～图4中CZ是测站点，DX是定向点，阿拉伯数字是碎部测量点点号。图1所示正确输入测站点和定向点坐标后采集的碎部测量点点位情况；图2～图4所示为错误输入测站点和定向点坐标后采集的碎部测量点点位情况。从图1～图4可知，测站点和定向点坐标的误输显然导致采集的碎部点坐标错误。图中没有把所有的误输坐标情况一一列出，但其产生的错误特征是一样的，即测量点之间相对位置不变而是整体平移或旋转或平移并旋转。

检查此类错误的方法是：①定向作业完成后再进行检测，并与已知定向点坐标作对照，若两者x，y各较差过大，说明测站点或定向点坐标输入有误。②室内把测量点从仪器传输到电脑，再检查x，y坐标是否异常。一般来说，相邻点x，y坐标之间差距不大，反之则说明有问题。

图1 正确输入测站点和定向点坐标时的测量点展点图

图2 颠倒输入测站点坐标时的测量点展点图

图3 颠倒输入定向点坐标时的测量点展点图

图4 颠倒输入测站点和定向点坐标时的测量点展点图

1.2 全站仪微动情况

在地籍碎部测量中，由于外界或观测员的影响，全站仪有时会有微动情况，导致如图5所示的错误。

图5 全站仪微动情况

检查此类错误的方法：在测量作业中，对已知控制点进行检测(检测时一定要精确照准棱镜，以免棱镜偏心[4]或产生大的视差)，并与已知控制点坐标作对照，若两者x，y各较差大于5 cm，说明在测量中全站仪有微动情况(已知控制点点位精度已达到精度要求为前提)[5]。

1.3 全站仪换电池的情况

在地籍碎部测量中，常常遇到仪器换电池的情况。有的全站仪换电池后定向的方向会变；有的全站仪换电池后定向的方向不会变。其错误特征与误输定向点坐标而产生的错误特征相同，故检查此类错误的方法同上。

1.4 定向点位置错误的情况

在地籍碎部测量中，定向点位置错误指的是司镜员定向时，把别的点视为该定向点，把棱镜立在错误位置而导致的错误。其错误特征与误输定向点坐标的特征是一样的，检查此类错误的方法与其相同。

2 全站仪地籍碎部测量中的错误改正

2.1 平移、旋转或平移并旋转的数学算法的推导

据以上错误分析，它们共同特征是发生错误后得到的测量点之间相对位置是正确的，只不过整体平移或旋转或平移并旋转了。故改正这些错误测量点的主要方法是平移、旋转或平移并旋转这些错误测量点而求出其正确坐标。平移、旋转还是平移并旋转，必须至少有两个正确测量点与其对应错误测量点的重合公共点。

下面介绍平移、旋转或平移并旋转的数学算法。

2.1.1 测量点平移的数学算法

图6中，A(xA,yA)和A′(xA′,yA′)、B(xB,yB)和B′(xB′,yB′)为重合公共点，其中A和B为正确测量点，A′和B′为错误测量点；Δx为x平移距离；Δy为y平移距离，显然可推导出测量点平移数学算法[6-7]

(1)

图6 测量点平移、旋转示意图

2.1.2 测量点旋转数学算法

令μAB为点A至B方向的坐标方位角；μA′B′为点A′至B′方向的坐标方位角；AB与A′B′的夹角为φ(φ亦是以A为原点A″B″至AB旋转的旋转角)，则可得测量点旋转数学算法[8-9]

μAB=μA′B′-φ

(2)

2.1.3 测量点平移并旋转数学算法

从式(1)、式(2)可推导出测量点平移并旋转数学算法，即

i=1,2,……,n，

j=1,2,……,n.

(3)

式中xj，yj为测量点平移并旋转后的结果。

2.2 地籍碎部测量中的错误改正

若通过以上检查方法，发现测量错误，要么重测，要么应用改正算法。显然从经费、人力的节省考虑选择后者。

令A(xA,yA)为测站点；B(xB,yB)为定向点；B′(xB′,yB′)为检测定向点；C(xC,yC)为已知控制点。下面介绍如何应用改正算法。

2.2.1 定向时错误输入坐标的改正

据在碎部地籍测量中，定向时错误输入坐标时的错误特征，显示有的需平移改正，如误输测站点和定向点坐标(误输时测站点与定向点横坐标较差值与纵坐标较差值相等)；有的需旋转改正，如颠倒输入定向点坐标；还有的需平移并旋转改正，如颠倒输入测站点坐标或颠倒输入测站点和定向点坐标。若对测量点进行旋转改正，只需求出旋转角φ，并用式(2)就能改正此错误。首先选择公共测量点，如A(xA,yA)与输入测站点A′(xA′,yA′)和B(xB,yB)与B′(xB′,yB′)，并求旋转角φ，即可改正其错误。若对其进行平移并旋转改正，同样先选择公共测量点，如A(xA,yA)与A′(xA′,yA′)和B(xB,yB)与B′(xB′,yB′)，求Δx,Δy进行平移，再求旋转角φ进行旋转，即可改正其错误,如式(3)所示。

2.2.2 全站仪微动时的改正

全站仪微动时的错误特征，如同误输测站点和定向点坐标时的情况，改正途径是把错误测量点平移并旋转。但注意如果在野外没有发现这类错误，室内根本无法改正该错误,只能重新测量。若测了数个点后发现仪器有微动情况，就应该立刻检测定向点或已知控制点作为公共测量点，如B(xB,yB)与B′(xB′,yB′)和C(xC,yC)与检测C的点C′(xC′,yC′)。公共测量点一旦确定，即可用式(3)便能改正此错误。

2.2.3 全站仪换电池时的改正

全站仪换电池时的错误特征与错误输入定向点坐标时相同。因此改正方法与颠倒输入定向点坐标时一样。

2.2.4 定向点位置错误时的改正

定向点位置错误时的错误特征亦与错误输入定向点坐标时一样。故改正方法与颠倒输入定向点坐标时相同。

总而言之，测量错误改正步骤是先检查测量错误，发现错误后找出导致错误原因并选择公共测量点和改正算法，即可进行改正，最后验证改正结果，若精度达到要求，将改正作业完成(见图7)。

图7 室内改正流程

3 验证改正算法

3.1 验证平移算法

平移算法适于改正误输测站点和定向点坐标时的特殊情况，其特征为测站点和定向点位置同时平移。一般来说，改正此类错误时测站点作为公共测量点，定向点作为验证点。从表1可知，采用平移算法改正后精度可达4 mm，则平移算法是可行的。

3.2 验证旋转算法

旋转算法适于改正定向点坐标的误输、全站仪换电池、定向点位置错误而导致的错误。从表2可知，验证旋转算法后精度可达8 mm，则采用旋转算法改正是可行的。

3.3 验证平移并旋转算法

平移并旋转算法适于测站点坐标的误输、仪器的微动、测站点和定向点坐标的误输而引起的错误。从表3可知，验证平移并旋转算法后精度可达9 mm，则采用平移并旋转算法改正是亦可行的。

表1 平移算法的验证情况

备注：Xc,Yc为错误测量点坐标；Xg,Yg为改正后测量点坐标；Xkz,Ykz为已知控制点坐标；△XY为改正模型精度(表2、表3亦同)。

表2 旋转模型的验证情况

表3 平移并旋转模型的验证情况

4 小结与建议

由于全站仪在测图运用中的点位精度远远优于《规范》给出的精度要求[10]。所以在地籍碎部测量中应用全站仪是最佳选择。当然在其作业中人为粗差和系统误差也必然存在。本文针对其进行了归纳，揭示了错误发生的根源、错误特征、错误检查方法，并提出了错误改正数学算法。错误发生的根源在于测量员粗心大意而导致定向坐标方位角的变化或测站点坐标的误输。此类错误一旦发生也不要过于着急，按照图7所示的步骤便可改正错误。经过验证其精度已达到了地籍碎部测量的精度要求[11]，则改正数学算法是可行的。因此，它在地籍碎部测量中具有应用价值。改正错误时注意两点：①公共测量点与改正算法的选择；②改正后必须进行野外验证，以免错上加错。在地籍碎部测量中，要养成检测定向点或已知控制点坐标的习惯。它可以避免错误的发生或便于室内错误改正。

[1]王文福,张为成,马俊海.超站仪在第二次土地调查中的应用[J].黑龙江工程学院学报：自然科学版，2011,25(2)：10-12.

[2]韩晓娜.数字化地籍测量在城镇地籍调查中的应用探讨[J].测绘通报，2006(6)：51-53.

[3]郭贵海,李海平.全国第二次土地调查的实施——以北京市昌平区第二次土地调查为例[J].测绘科学，2009,34(4)：113-114.

[4]孔维华.全站仪观测界址点时棱镜偏移的影响[J].北京测绘，2000(1)：27-28.

[5]王宝祥.地籍测绘的精度[J].测绘通报，1996(1)：43-48.

[6]唐诗华,李景文,任超.全站仪坐标导线测量中的错误分析与预处理[J].矿山测量，2005(1)：43-45,48.

[7]焦建新,沈荣林,闫玮.全站仪测量导线中的错误分析和处理[J].南京工业大学学报，2007,29(4)：98-100.

[8]何保喜.全站仪测量技术[M].郑州:黄河水利出版社，2005：23-25.

[9]虞积强.全站仪误差与检验研究[D].合肥:合肥工业大学，2007：4-5.

[10]杨文府,孙保国,张阳芳,等.全站仪在城市数字测图中的误差分析与估计[J].矿山测量，2007(2)：12-13,34.

[11]北京市测绘设计研究院.CJJ/T8-2011城市测量规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2011：144-145.

[责任编辑：刘文霞]

Analysis and correction of the errors from total station in cadastral survey

HUANG Xiao-jun1,2, BAO Yu-hai2

At present the total station is widely used in the town cadastral survey, especially in the cadastral sectional survey.It analyzes the condition of making mistakes in the different work state when total station is used in cadastral sectional survey.The input error coordinates or error of point locations occur when the orientation, slight movement or batteries exchange of total station are set during measurement.The source,feature and corresponding esting method of an error are presented.Finally the method of correcting the error from a total station used in the cadastral sectional survey is provided, of which the precision is verified.

total station；cadastral sectional survey；error characteristics；error correction

2013-10-23

黄晓君(1984-)，男，讲师，硕士研究生.

P271

：A

：1006-7949(2014)9-0062-04

(1.College of Geographical Science,Inner Mongolia Normal University,Huhhot 010022,China；2.Key Laboratory of Remote Sensing & Geography Information System,Inner Mongolia Normal University,Huhhot 010022,China)