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摘要：针对传统河道横断面测量方法劳动强度大、作业效率低、测量精度低的缺点，介绍运用全站仪、计算机等先进设备和技术，改进常规断面测量方法，提高断面测量精度的方法，该方法适合各类带（线）状工程测量。
关键词：全站仪、对边测量、河道横断面
中图分类号：TV85 文献标识码：A 文章编号：
1.引言
为了开发利用河流水利资源全面进行防洪、灌溉、航运和水力发电等工程的规划和设计，必须知道河流的水面坡降和过水面积的大小，了解水下地形情况。河道测量的主要任务和目的，就是进行河道纵、横断面测量和水下地形测量，为工程规划、设计与施工提供必要的河道纵、横断面图[1]。
河道的横断面众多，采集的数据量大，如果完全采用手工采集与处理数据，则不但劳动强度大、作业效率低、测量精度低而且容易出错。全站仪是光电测距仪、电子经纬仪及数据处理系统三者的有机结合体，具备强大的测量与数据存储功能。而EXCEL是微软推出的一款具备强大数据处理功能的电子制表软件，通过它的计算功能，可以实现横断面的数据计算，AUTO CAD是一款大型的图形处理软件，通过它的绘图功能可以实现横断面图的计算机绘制，将三者有机结合，可以实现横断面数据采集，处理的一体化作业，从而大大地减少了外业工作量，减轻勘测劳动强度，提高工作效率[2]。
2.横断面数据的外业采集
河道横断面测量的任务，是测出各中心桩处垂直于渠线方向或管线方向的地面高低情况。进行横断面测量时，以中心桩为起点测出横断面方向上地面坡度变化点间的距离和高差。【3】由于河道中心有水，无法固定中心桩，故采用河堤起点桩位起点测出横断面方向上坡度变化点间的距离和高差。全站仪的对边测量功能能快速、准确的实现这一过程。
2.1对边测量的原理
所谓对边测量是指间接地测定出远处两测点间的水平距离和高差。如图1所示，P 1，P2为远处的两测点，为测定其间的水平距离与高差，可以在与P 1，P2通视的任意点安置P全站仪，测得量点间的斜距S 1，S2。竖直角a1、a2，以及PP1与PP2的水水平角然后根据下列公式(1)计算所求的水平距离D和高差h：
实际上，全站仪显示屏上显示出来的水平距和高差，就是利用其自身具有的存储和计算功能按式(1)计算出来的。
2.2对边测量现场作业方法
2.2.1对边测量作业方式的选择
全站仪对边测量包括两种测量方式：射线对边(A—B，A—C)和折线对边(A—B，B—C)。射线对边测量时，首先照准A点(为中桩点)棱镜测量，然后照准横断面上的变坡点B、C、D……测量，仪器计算显示B、C、D……各点相对于A点(为中桩点)的平距与高差；而折线对边显示的是变坡点相对于前一点的高差和平距，即A—B，B—C……。在实际作业中，由于驾驶船只沿河道横断面各个观测点进行，并要求计算出各个观测点间的平距与高差，故选择折线对边。
2.2.2全站仪架设点的选择
在实际作业中，由于横断面测量关心的是各点之间的相对平距与高差，无论全站仪如何设站，定向如何，相对平距与高差是不变的，所以，全站仪架设点的选择尽量选在能通视河道两岸各个观测点及控制点的任意位置。如果条件允许可以选择一个能通视所有断面的测站进行观测。
2.3数据采集及记录
在断面测量过程中，首先测得是各个观测点的坐标值，采用对边测量，在下一点测存后，方可计算出两观测点的平距与高差。而在测量过程中要求除第一点和最后一点外，中间所有观测点分别作为上一观测点的终点和下一观测点的起点，测两次。在测量过程中为了确保数据的准确性和不因个人疏忽等原因造成的数据丢失，可随测随记，测量完成与导出的数据进行比较，确保数据准确。测量过程中，观测员与立镜员之间的通讯可利用对讲机，方便易行。
3.横断面数据的传输
每一种全站仪都自带有一套免费的数据传输软件，传输的过程大同小异。以徕卡TC-402型全站仪为例，随机带有免费的“Leica Survey Office”软件，它包括数据交换管理器、坐标编辑器和编码管理器等实用工具。具体的传输过称为：
（1）外业采集完成后，用通信线将仪器与电脑连接。打开“Leica Survey Oflqee”软件，单击菜单中“数据交换管理器”，如图2所示，设置端口无误后，在输出格式中选择mdt，把数据下载到电脑上。这样输出的即为各观测点的平距与高差。
图2：徕卡tc-402数据传输截图
（2）根据测量过程中记录的数据与导出的数据进行比较，复核确认无误后，将数据导入EXCEL表格，进行断面数据整理，整理为起点距与高程的格式。将计算的各断面数据汇总得出断面数据表。
4.横断面图的绘制。
河床横断面图的绘制，应用AUTO CAD软件，根据断面数据表，将测得的起点距与高程分别输入图中。得出横断面图，在横断面图的绘制过程中纵向比例为1:100,横向比例为1:1000。方向为顺水流方向从左向右。在以后的横断面图的绘制时，可在同一张图纸上绘制，利用CAD软件所带的查询功能，可以测得不同时间测得的断面之间的面积，从而计算出淤积或冲刷量。操作简便，计算准确。
5.几点建议。
在测量过程中，通过实地观测发现有以下几点还存在不足：
（1）由于本次河床断面测量在春季进行，各闸区上游蓄水量较多，给测量造成了诸多不便，可考虑河床断面观测在枯水期进行。
（2）观测过程中，由于有的断面水深较深，原有的2.15米棱镜高度偏低，则结测量花杆，测量花杆为一米一节，可灵活接头，但由于花杆材料为铝合金，在花杆接头处由于水流作用易于折断，建议在以后的测量中铸造3米，4米及5米不锈钢测量杆各一根，既能保证测量过程中的精确又可避免因铝制接头花杆易折断而造成的耗损。
（3）观测过程中，由于使用橡皮筏，在水中不易掌握平衡，可在两岸利用缆绳拉近，水中测量人员，在测量过程中迅速插杆找准位置，岸上观测人员可在插杆之前提前按键，由于全站仪构造的特殊性，按键后找准棱镜需要一定的反应时间，可充分利用好此段时间，提高测量效率。
（4）测量过程中由于水深的不同会经常变化棱镜的高度，这就要求测量员精神高度集中，随时注意棱镜高度的变化，尽量避免因忘记棱镜高度变化造成的返工。
（5）由于测量船上立镜员没进行正规的测量培训，对于工程测量的理解不是十分清楚，对于地形的变化处未能按照标准立棱镜，建议在工作中或者在测量工作前有专人负责培训立镜方法。
6.结语
采用全站儀对边测量法测量河道横断面，外业可以不受地形条件的限制，一站测量多个断面，在遇到障碍物时，可以任意设站，非常灵活地避开障碍物，测量数据自动存储于全站仪中。内业阶段利用仪器自带的数据传输软件完成数据下载，利用EXCEL进行数据处理，AUTO CAD进行河道横断面的绘制及例年河道冲刷和淤积量的计算。经过笔者历时一个多月58个断面观测过程的实际应用，认为它是一种简便高效的横断面测量方法，实现了横断面点位数据采集，传输到后期处理全程的自动化和数字化，大大减轻了勘测的劳动强度，大大提高了横断面测量的质量和工作效率。
参考文献
[1]董仕勋.《现代测量仪器在河道测量中的应用》[J]河南：《河南水利与南水北调》,2007(7)。
[2]许娅娅,雒应.测量学[M].北京:人民交通出版社,2003,231—234．
关键词：全站仪、对边测量、河道横断面
中图分类号：TV85 文献标识码：A 文章编号：
1.引言
为了开发利用河流水利资源全面进行防洪、灌溉、航运和水力发电等工程的规划和设计，必须知道河流的水面坡降和过水面积的大小，了解水下地形情况。河道测量的主要任务和目的，就是进行河道纵、横断面测量和水下地形测量，为工程规划、设计与施工提供必要的河道纵、横断面图[1]。
河道的横断面众多，采集的数据量大，如果完全采用手工采集与处理数据，则不但劳动强度大、作业效率低、测量精度低而且容易出错。全站仪是光电测距仪、电子经纬仪及数据处理系统三者的有机结合体，具备强大的测量与数据存储功能。而EXCEL是微软推出的一款具备强大数据处理功能的电子制表软件，通过它的计算功能，可以实现横断面的数据计算，AUTO CAD是一款大型的图形处理软件，通过它的绘图功能可以实现横断面图的计算机绘制，将三者有机结合，可以实现横断面数据采集，处理的一体化作业，从而大大地减少了外业工作量，减轻勘测劳动强度，提高工作效率[2]。
2.横断面数据的外业采集
河道横断面测量的任务，是测出各中心桩处垂直于渠线方向或管线方向的地面高低情况。进行横断面测量时，以中心桩为起点测出横断面方向上地面坡度变化点间的距离和高差。【3】由于河道中心有水，无法固定中心桩，故采用河堤起点桩位起点测出横断面方向上坡度变化点间的距离和高差。全站仪的对边测量功能能快速、准确的实现这一过程。
2.1对边测量的原理
所谓对边测量是指间接地测定出远处两测点间的水平距离和高差。如图1所示，P 1，P2为远处的两测点，为测定其间的水平距离与高差，可以在与P 1，P2通视的任意点安置P全站仪，测得量点间的斜距S 1，S2。竖直角a1、a2，以及PP1与PP2的水水平角然后根据下列公式(1)计算所求的水平距离D和高差h：
实际上，全站仪显示屏上显示出来的水平距和高差，就是利用其自身具有的存储和计算功能按式(1)计算出来的。
2.2对边测量现场作业方法
2.2.1对边测量作业方式的选择
全站仪对边测量包括两种测量方式：射线对边(A—B，A—C)和折线对边(A—B，B—C)。射线对边测量时，首先照准A点(为中桩点)棱镜测量，然后照准横断面上的变坡点B、C、D……测量，仪器计算显示B、C、D……各点相对于A点(为中桩点)的平距与高差；而折线对边显示的是变坡点相对于前一点的高差和平距，即A—B，B—C……。在实际作业中，由于驾驶船只沿河道横断面各个观测点进行，并要求计算出各个观测点间的平距与高差，故选择折线对边。
2.2.2全站仪架设点的选择
在实际作业中，由于横断面测量关心的是各点之间的相对平距与高差，无论全站仪如何设站，定向如何，相对平距与高差是不变的，所以，全站仪架设点的选择尽量选在能通视河道两岸各个观测点及控制点的任意位置。如果条件允许可以选择一个能通视所有断面的测站进行观测。
2.3数据采集及记录
在断面测量过程中，首先测得是各个观测点的坐标值，采用对边测量，在下一点测存后，方可计算出两观测点的平距与高差。而在测量过程中要求除第一点和最后一点外，中间所有观测点分别作为上一观测点的终点和下一观测点的起点，测两次。在测量过程中为了确保数据的准确性和不因个人疏忽等原因造成的数据丢失，可随测随记，测量完成与导出的数据进行比较，确保数据准确。测量过程中，观测员与立镜员之间的通讯可利用对讲机，方便易行。
3.横断面数据的传输
每一种全站仪都自带有一套免费的数据传输软件，传输的过程大同小异。以徕卡TC-402型全站仪为例，随机带有免费的“Leica Survey Office”软件，它包括数据交换管理器、坐标编辑器和编码管理器等实用工具。具体的传输过称为：
（1）外业采集完成后，用通信线将仪器与电脑连接。打开“Leica Survey Oflqee”软件，单击菜单中“数据交换管理器”，如图2所示，设置端口无误后，在输出格式中选择mdt，把数据下载到电脑上。这样输出的即为各观测点的平距与高差。
图2：徕卡tc-402数据传输截图
（2）根据测量过程中记录的数据与导出的数据进行比较，复核确认无误后，将数据导入EXCEL表格，进行断面数据整理，整理为起点距与高程的格式。将计算的各断面数据汇总得出断面数据表。
4.横断面图的绘制。
河床横断面图的绘制，应用AUTO CAD软件，根据断面数据表，将测得的起点距与高程分别输入图中。得出横断面图，在横断面图的绘制过程中纵向比例为1:100,横向比例为1:1000。方向为顺水流方向从左向右。在以后的横断面图的绘制时，可在同一张图纸上绘制，利用CAD软件所带的查询功能，可以测得不同时间测得的断面之间的面积，从而计算出淤积或冲刷量。操作简便，计算准确。
5.几点建议。
在测量过程中，通过实地观测发现有以下几点还存在不足：
（1）由于本次河床断面测量在春季进行，各闸区上游蓄水量较多，给测量造成了诸多不便，可考虑河床断面观测在枯水期进行。
（2）观测过程中，由于有的断面水深较深，原有的2.15米棱镜高度偏低，则结测量花杆，测量花杆为一米一节，可灵活接头，但由于花杆材料为铝合金，在花杆接头处由于水流作用易于折断，建议在以后的测量中铸造3米，4米及5米不锈钢测量杆各一根，既能保证测量过程中的精确又可避免因铝制接头花杆易折断而造成的耗损。
（3）观测过程中，由于使用橡皮筏，在水中不易掌握平衡，可在两岸利用缆绳拉近，水中测量人员，在测量过程中迅速插杆找准位置，岸上观测人员可在插杆之前提前按键，由于全站仪构造的特殊性，按键后找准棱镜需要一定的反应时间，可充分利用好此段时间，提高测量效率。
（4）测量过程中由于水深的不同会经常变化棱镜的高度，这就要求测量员精神高度集中，随时注意棱镜高度的变化，尽量避免因忘记棱镜高度变化造成的返工。
（5）由于测量船上立镜员没进行正规的测量培训，对于工程测量的理解不是十分清楚，对于地形的变化处未能按照标准立棱镜，建议在工作中或者在测量工作前有专人负责培训立镜方法。
6.结语
采用全站儀对边测量法测量河道横断面，外业可以不受地形条件的限制，一站测量多个断面，在遇到障碍物时，可以任意设站，非常灵活地避开障碍物，测量数据自动存储于全站仪中。内业阶段利用仪器自带的数据传输软件完成数据下载，利用EXCEL进行数据处理，AUTO CAD进行河道横断面的绘制及例年河道冲刷和淤积量的计算。经过笔者历时一个多月58个断面观测过程的实际应用，认为它是一种简便高效的横断面测量方法，实现了横断面点位数据采集，传输到后期处理全程的自动化和数字化，大大减轻了勘测的劳动强度，大大提高了横断面测量的质量和工作效率。
参考文献
[1]董仕勋.《现代测量仪器在河道测量中的应用》[J]河南：《河南水利与南水北调》,2007(7)。
[2]许娅娅,雒应.测量学[M].北京:人民交通出版社,2003,231—234．