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【摘 要】 全站仪在古建筑测绘中占据的地位越来越重要，作业方法也较为成熟，随着全站仪使用的普及和深入，也存在一些问题容易被测量人员所忽视，从而对测量结果造成一定的影响。本文就全站仪在古建筑测绘中的应用进行了研究。
【关键词】 全站仪;古建筑测绘;应用
引言：
目前，一些有着纪念性或是标志性的古建筑在城区中有着非常重要的文化内涵。所以，很多时候需要我们去维护或修复，有的更是需要原地或异地重建，给城市的景观增添一份美丽。但是，大部分需要重建的古建筑设计资料是残缺不全的，因此，只有对现存的古建筑进行测绘，并且精确完整，才能最大程度的使其保持原貌。可以说古建筑测绘对于研究建筑史保护文化遗产有着非常重要的历史以及社会意义。
1、全站仪与测绘的概念
所谓全站仪，即是指全站型电子速测仪。它是一种高技术的新型的测角测距仪器，将电磁波测距装置、光电测角装置和电子计算机的微处理器结合在一起，集光、机、电为一体，还集水平角、垂直角、距离（斜距，平距）、高、坐标测量功能于一体，同时，还能记录存贮和输出数据和计算成果的测绘仪器。全站仪具有速度快、精度高、功能强和自动化程度高等优点，它在控制测量、数字测量和工程测量中的作用也越来越重要。
全站仪按照不同的分类标准可以划分为以下的几类：
全站仪采用了光电扫描测角系统，其类型主要有：编码盘测角系统、光栅盘测角系统及动态（光栅盘）测角系统等三种。
全站仪按其外观结构可以划分为：积木型（组合型）和整体型。
按照测量功能则可以划分为四大类：经典型全站仪、机电型全站仪、无合作目标性全站仪和智能型全站仪。
按照测距仪测距分类，则可以划分为：短距离测距全站仪，中测程全站仪，长测程全站仪。
测绘是一种以计算机技术，光电技术、网络通讯技术、空间科学、信息科学为基础，以全球定位系统、遥感、地理信息系统为技术核心，对自然地理要素或者地表人工设施的形状、大小、空间位置及其属性等进行测定与采集，然后将其所得的信息進行处理，可以用来反映地面现状的图形和位置信息。
2、全站仪的应用
全站仪基本功能是测量水平角、竖直角和斜距，借助机内固化软件，可以计算出目标点的平面坐标和高程等空间数据。因此，可应用全站仪布设图根导线，也可以通过全站仪测量古建筑首层外轮廓等细部点，结合CAD软件可绘制古建筑的总平面图。然而对于古建筑的立面，有些目标点是不可到达的，点的平面坐标和点间的高差不可直接获得，需要通过间接方法比如交会测量和悬高测量等得到。
2.1前方测角交会
基本做法是选择两个互相通视的图根点，分别安置全站仪（如图1所示），分别测量α、β两个内角，γ=180°—（α+β），再根据式（1）可计算P点的坐标。
2.2悬高测量
测量古建筑的外墙立面时，二层以上的窗户高度、地面至角梁和地面至瓦顶的高度等很难直接丈量，可用全站仪的悬高测量功能。如图2所示，在某立面前能瞄准整幅墙的合适地方A安置全站仪，墙底B竖立反光镜（片），输入棱镜高HT，测量水平距离HD、天顶距θ和初算高差VD，最后瞄准棱镜正上方的目标P，可知悬高Vh。
图2 悬高测量原理示意图
3、全站仪测细部点
在全站仪测细部点过程中，由于人为等原因而使照准的起始方向出现偏差，即使细部点的坐标出现错误，作业员难以发现。另外全站仪记录的点号，与司尺员有时因为疏忽，点号往往对不上。这时，不得不停下来，检查错误，给正常的测图工作带来不应有的延误。可以采取以下措施：
（1）全站仪在照准起始方向后，在测区内寻找一较高的明显目标，如建筑物的避雷针、电视天线等，照准后记下方位角。以后，每测设一定数量的细部点或是一定时间，照准该目标，检查全站仪是否发生方向偏移。为保证观测成果的可靠性，在观测完最后一个细部点后，再照准一次该目标，以便确认观测成果。
（2）保证全站仪操作员与草图绘制员的通讯畅通，为防止串号，每测设一定数量的细部点或是间隔一定时间，双方确认一下点号的匹配，以便及时改正错误。
4、全站仪测细部点高程
在全站仪测细部点时，通常会因为司尺员将镜高报错或者观测员把仪器高记错等原因造成细部点高程错误，作业员难以发现，影响了测量成果质量。为了尽量避免细部点高程出错可采取以下措施：
（1）在测量结束后量取仪器高，以检核施测前仪器高量取时有无粗差，及在观测过程中仪器是否出现沉降。
（2）保证全站仪操作员与司尺员的通讯畅通，为防止实际镜高和全站仪记录镜高不一致，每施测一定数量的细部点或是间隔一定时间，双方确认一下镜高是否匹配，以便及时改正错误。特别是在司尺员改变镜高时一定要与全站仪操作员确认镜高改变，及时调整全站仪中的镜高设置。
（3）一些古建筑物测量时，为了与仪器保持通视，往往镜高变化较大，频繁改变镜高容易导致错误出现。一般这种地物点的高程都可以舍弃，因此在测量古建筑地物点时就不需要改变全站仪中镜高设置，只需在这些地物附近空旷的地方补测一些高程点。在内业整理时，直接删除这些地物点的高程即可。
（4）在内业整理时，展测点高程后，删除不需要的地物点高程，结合地形情况，检查有无明显高程点出错的点，确定错误的点进行删除。
发现镜高或仪器出错时，如果能查找准确的原因，也可以通过内业处理来改正细部点高程，可以采取以下方法：
（1）仪器高量错时，一般是该站测量的所有数据都出现系统差，可使用成图软件（以南方Cass软件为例，下同）中“批量修改坐标数据”选项进行批量修改高程。例如正确仪器高为1.5m，而量取值为1.7m，则在把该测量站测得的所有的点高程全部减去0.2m即得到正确的高程。 （2）镜高出错时一般都只有很少的点出现错误，因为在测量过程中不断地进行镜高确认。如果不能准确查找镜高的错误，则从上次正确的镜高开始，往后的数据高程全部作废，重新进行高程点补测。如果能准确的查找出错的点号及原因，则可以通过直接修改测量数据来解决。例如某点正确镜高为1.5m，而量取值为1.7m，則在把点高程加上0.2m即得到正确的高程。
5、无定向点的地形测量
在实际测量工作中，往往会遇到这种情况，在一个控制点上安置好全站仪后找不到定向点，因而无法进行细部测量。这种控制点通常被称为“孤点”。造成这一现象的原因，主要是控制点的设置不牢固，时间稍长，丢失过多，或者是因为施工等原因破坏往往会导致“孤点”出现。下面就列举两种常见的情形进行探讨。
情形一：测区只剩一个控制点A且为国家坐标系统。
方法一：如果测区周边还有高等级国家控制点，可以用GPS静态测量方法或GPS-RTK的方法在测区重新布设含点A的控制网，并对已有的一个控制点A进行检核，如果检核误差在精度允许范围内则可以进行细部测量工作。
方法二：如果测区周边没有高等级国家控制点，且测区范围较小，可以在测区重新布设控制网（点A为控制网中的一点），利用GPS静态观测方法，对新建控制网进行静态观测，并进行三维无约束平差，可以计算出该控制网一套WGS-84坐标系下的坐标，并用点A的两套坐标进行坐标平移，可以得到其它新增控制点与A点一致的国家坐标。另外也可以在A点直接设站，利用GPS-RTK单点求解三参数后直接进行细部测量。这两种方法精度不是很高，只适合小范围区域地形测量用，若测量范围打到几平方公里甚至更大，则一定要找到国家等级控制点坐标通过GPS静态测量与测区控制点联测。
情形二：测区有两个以上控制点，但是都不互相通视。（坐标系统可以为任意的坐标系统）
方法二：如图3所示，A、B为已知两“孤点”。
利用全站仪进行测量，在A、B点上分别选择一个高大明显目标P1、P2，该目标称为“定向方向”，如高大建筑物上的避雷针、天线等。同时在地面适当位置选择一点G，要求G点应方便立镜且与A、B两点均能通视，该点称为“过渡点”。在A、B点上设站进行细部测量时，分别以P1、P2作为定向方向，使仪器的水平度盘读数置零后，进行细部点距离和角度观测。G点作为一个特殊细部点在记录中加以特别注记。根据S1、S2、a、b四个观测值以及A、B两点的已知坐标，可以求得AC、BC的坐标方位角，进而求得定向方向AP1、BP2的坐标方位角。
定向边的方位角确定后，各细部点的坐标方位角随之确定，由此各细部点的坐标即可算出。
方法三：如图4所示，A、B为已知两“孤点”。P1、P2、P3、P4点为增设控制点。
图4
在P1点架设全站仪，假设P1点坐标为任意数值，以P2点为北方向进行仪器定向，可以得到P2点坐标，进入细部测量程序测得A点坐标。而后搬测站至A点，以P1点为定向点，测量P3坐标。搬测站至P3点，以A点为定向点，测得P4点坐标。搬测站至P4点，以P3点为定向点，测得B点坐标。如果以上的测量方法达不到精度要求，也可以采取传统的导线测量方法，测量结果经过平差后精度更高，这里就不再赘述了。经过测量得到包括新增控制点以及A、B各点的假设坐标系下的坐标。那么A、B两点有不同坐标系下的两套坐标，可以求解转换参数，从而解算出其它新增各点的已知坐标系下的坐标，进而进行细部测量。除了求解转换参数的方法外，还可以利用CASS软件中测站纠正功能，进行坐标转换，同样可以得到各点的坐标。
6、结语
经过一系列的分析，全站仪可以满足古建筑测绘的一些要求，甚至，由于全站仪测量的特殊功能，会使得一些难以达到的地方，例如屋顶飞檐、翼角等，也可以获得直接的数据，在一定程度上节省了成本和时间。可以说，全站仪有着十分广阔的前景。但是，又因为全站仪测量模式还是停留在逐点测量上，点位数据采集有限，而古建筑的测量需要非常多的空间数据，所以激光扫描技术、摄影测量技术在古建筑测绘中的应用也是一种应用趋势。
参考文献：
[1]管斌.信息化测绘技术在古建筑保护中的应用研究[D].广州大学，2012.
[2]曹勇.全站仪和三维激光扫描仪在古建筑测绘中的应用及比较[J].广东建材，2011，05：10-12.
[3]陈羽飞.试论全站仪在数字测图中的应用[J].科技致富向导，2013，20：183.
【关键词】 全站仪;古建筑测绘;应用
引言：
目前，一些有着纪念性或是标志性的古建筑在城区中有着非常重要的文化内涵。所以，很多时候需要我们去维护或修复，有的更是需要原地或异地重建，给城市的景观增添一份美丽。但是，大部分需要重建的古建筑设计资料是残缺不全的，因此，只有对现存的古建筑进行测绘，并且精确完整，才能最大程度的使其保持原貌。可以说古建筑测绘对于研究建筑史保护文化遗产有着非常重要的历史以及社会意义。
1、全站仪与测绘的概念
所谓全站仪，即是指全站型电子速测仪。它是一种高技术的新型的测角测距仪器，将电磁波测距装置、光电测角装置和电子计算机的微处理器结合在一起，集光、机、电为一体，还集水平角、垂直角、距离（斜距，平距）、高、坐标测量功能于一体，同时，还能记录存贮和输出数据和计算成果的测绘仪器。全站仪具有速度快、精度高、功能强和自动化程度高等优点，它在控制测量、数字测量和工程测量中的作用也越来越重要。
全站仪按照不同的分类标准可以划分为以下的几类：
全站仪采用了光电扫描测角系统，其类型主要有：编码盘测角系统、光栅盘测角系统及动态（光栅盘）测角系统等三种。
全站仪按其外观结构可以划分为：积木型（组合型）和整体型。
按照测量功能则可以划分为四大类：经典型全站仪、机电型全站仪、无合作目标性全站仪和智能型全站仪。
按照测距仪测距分类，则可以划分为：短距离测距全站仪，中测程全站仪，长测程全站仪。
测绘是一种以计算机技术，光电技术、网络通讯技术、空间科学、信息科学为基础，以全球定位系统、遥感、地理信息系统为技术核心，对自然地理要素或者地表人工设施的形状、大小、空间位置及其属性等进行测定与采集，然后将其所得的信息進行处理，可以用来反映地面现状的图形和位置信息。
2、全站仪的应用
全站仪基本功能是测量水平角、竖直角和斜距，借助机内固化软件，可以计算出目标点的平面坐标和高程等空间数据。因此，可应用全站仪布设图根导线，也可以通过全站仪测量古建筑首层外轮廓等细部点，结合CAD软件可绘制古建筑的总平面图。然而对于古建筑的立面，有些目标点是不可到达的，点的平面坐标和点间的高差不可直接获得，需要通过间接方法比如交会测量和悬高测量等得到。
2.1前方测角交会
基本做法是选择两个互相通视的图根点，分别安置全站仪（如图1所示），分别测量α、β两个内角，γ=180°—（α+β），再根据式（1）可计算P点的坐标。
2.2悬高测量
测量古建筑的外墙立面时，二层以上的窗户高度、地面至角梁和地面至瓦顶的高度等很难直接丈量，可用全站仪的悬高测量功能。如图2所示，在某立面前能瞄准整幅墙的合适地方A安置全站仪，墙底B竖立反光镜（片），输入棱镜高HT，测量水平距离HD、天顶距θ和初算高差VD，最后瞄准棱镜正上方的目标P，可知悬高Vh。
图2 悬高测量原理示意图
3、全站仪测细部点
在全站仪测细部点过程中，由于人为等原因而使照准的起始方向出现偏差，即使细部点的坐标出现错误，作业员难以发现。另外全站仪记录的点号，与司尺员有时因为疏忽，点号往往对不上。这时，不得不停下来，检查错误，给正常的测图工作带来不应有的延误。可以采取以下措施：
（1）全站仪在照准起始方向后，在测区内寻找一较高的明显目标，如建筑物的避雷针、电视天线等，照准后记下方位角。以后，每测设一定数量的细部点或是一定时间，照准该目标，检查全站仪是否发生方向偏移。为保证观测成果的可靠性，在观测完最后一个细部点后，再照准一次该目标，以便确认观测成果。
（2）保证全站仪操作员与草图绘制员的通讯畅通，为防止串号，每测设一定数量的细部点或是间隔一定时间，双方确认一下点号的匹配，以便及时改正错误。
4、全站仪测细部点高程
在全站仪测细部点时，通常会因为司尺员将镜高报错或者观测员把仪器高记错等原因造成细部点高程错误，作业员难以发现，影响了测量成果质量。为了尽量避免细部点高程出错可采取以下措施：
（1）在测量结束后量取仪器高，以检核施测前仪器高量取时有无粗差，及在观测过程中仪器是否出现沉降。
（2）保证全站仪操作员与司尺员的通讯畅通，为防止实际镜高和全站仪记录镜高不一致，每施测一定数量的细部点或是间隔一定时间，双方确认一下镜高是否匹配，以便及时改正错误。特别是在司尺员改变镜高时一定要与全站仪操作员确认镜高改变，及时调整全站仪中的镜高设置。
（3）一些古建筑物测量时，为了与仪器保持通视，往往镜高变化较大，频繁改变镜高容易导致错误出现。一般这种地物点的高程都可以舍弃，因此在测量古建筑地物点时就不需要改变全站仪中镜高设置，只需在这些地物附近空旷的地方补测一些高程点。在内业整理时，直接删除这些地物点的高程即可。
（4）在内业整理时，展测点高程后，删除不需要的地物点高程，结合地形情况，检查有无明显高程点出错的点，确定错误的点进行删除。
发现镜高或仪器出错时，如果能查找准确的原因，也可以通过内业处理来改正细部点高程，可以采取以下方法：
（1）仪器高量错时，一般是该站测量的所有数据都出现系统差，可使用成图软件（以南方Cass软件为例，下同）中“批量修改坐标数据”选项进行批量修改高程。例如正确仪器高为1.5m，而量取值为1.7m，则在把该测量站测得的所有的点高程全部减去0.2m即得到正确的高程。 （2）镜高出错时一般都只有很少的点出现错误，因为在测量过程中不断地进行镜高确认。如果不能准确查找镜高的错误，则从上次正确的镜高开始，往后的数据高程全部作废，重新进行高程点补测。如果能准确的查找出错的点号及原因，则可以通过直接修改测量数据来解决。例如某点正确镜高为1.5m，而量取值为1.7m，則在把点高程加上0.2m即得到正确的高程。
5、无定向点的地形测量
在实际测量工作中，往往会遇到这种情况，在一个控制点上安置好全站仪后找不到定向点，因而无法进行细部测量。这种控制点通常被称为“孤点”。造成这一现象的原因，主要是控制点的设置不牢固，时间稍长，丢失过多，或者是因为施工等原因破坏往往会导致“孤点”出现。下面就列举两种常见的情形进行探讨。
情形一：测区只剩一个控制点A且为国家坐标系统。
方法一：如果测区周边还有高等级国家控制点，可以用GPS静态测量方法或GPS-RTK的方法在测区重新布设含点A的控制网，并对已有的一个控制点A进行检核，如果检核误差在精度允许范围内则可以进行细部测量工作。
方法二：如果测区周边没有高等级国家控制点，且测区范围较小，可以在测区重新布设控制网（点A为控制网中的一点），利用GPS静态观测方法，对新建控制网进行静态观测，并进行三维无约束平差，可以计算出该控制网一套WGS-84坐标系下的坐标，并用点A的两套坐标进行坐标平移，可以得到其它新增控制点与A点一致的国家坐标。另外也可以在A点直接设站，利用GPS-RTK单点求解三参数后直接进行细部测量。这两种方法精度不是很高，只适合小范围区域地形测量用，若测量范围打到几平方公里甚至更大，则一定要找到国家等级控制点坐标通过GPS静态测量与测区控制点联测。
情形二：测区有两个以上控制点，但是都不互相通视。（坐标系统可以为任意的坐标系统）
方法二：如图3所示，A、B为已知两“孤点”。
利用全站仪进行测量，在A、B点上分别选择一个高大明显目标P1、P2，该目标称为“定向方向”，如高大建筑物上的避雷针、天线等。同时在地面适当位置选择一点G，要求G点应方便立镜且与A、B两点均能通视，该点称为“过渡点”。在A、B点上设站进行细部测量时，分别以P1、P2作为定向方向，使仪器的水平度盘读数置零后，进行细部点距离和角度观测。G点作为一个特殊细部点在记录中加以特别注记。根据S1、S2、a、b四个观测值以及A、B两点的已知坐标，可以求得AC、BC的坐标方位角，进而求得定向方向AP1、BP2的坐标方位角。
定向边的方位角确定后，各细部点的坐标方位角随之确定，由此各细部点的坐标即可算出。
方法三：如图4所示，A、B为已知两“孤点”。P1、P2、P3、P4点为增设控制点。
图4
在P1点架设全站仪，假设P1点坐标为任意数值，以P2点为北方向进行仪器定向，可以得到P2点坐标，进入细部测量程序测得A点坐标。而后搬测站至A点，以P1点为定向点，测量P3坐标。搬测站至P3点，以A点为定向点，测得P4点坐标。搬测站至P4点，以P3点为定向点，测得B点坐标。如果以上的测量方法达不到精度要求，也可以采取传统的导线测量方法，测量结果经过平差后精度更高，这里就不再赘述了。经过测量得到包括新增控制点以及A、B各点的假设坐标系下的坐标。那么A、B两点有不同坐标系下的两套坐标，可以求解转换参数，从而解算出其它新增各点的已知坐标系下的坐标，进而进行细部测量。除了求解转换参数的方法外，还可以利用CASS软件中测站纠正功能，进行坐标转换，同样可以得到各点的坐标。
6、结语
经过一系列的分析，全站仪可以满足古建筑测绘的一些要求，甚至，由于全站仪测量的特殊功能，会使得一些难以达到的地方，例如屋顶飞檐、翼角等，也可以获得直接的数据，在一定程度上节省了成本和时间。可以说，全站仪有着十分广阔的前景。但是，又因为全站仪测量模式还是停留在逐点测量上，点位数据采集有限，而古建筑的测量需要非常多的空间数据，所以激光扫描技术、摄影测量技术在古建筑测绘中的应用也是一种应用趋势。
参考文献：
[1]管斌.信息化测绘技术在古建筑保护中的应用研究[D].广州大学，2012.
[2]曹勇.全站仪和三维激光扫描仪在古建筑测绘中的应用及比较[J].广东建材，2011，05：10-12.
[3]陈羽飞.试论全站仪在数字测图中的应用[J].科技致富向导，2013，20：183.