全站儀在公路測量中的應(yīng)用分析

陳曉暉

（廣西　南寧　530023）

全站儀在公路測量中的應(yīng)用分析

陳曉暉

（廣西南寧530023）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國公路建設(shè)也以突飛猛進(jìn)的速度不斷發(fā)展，近年來，國家在公路測量上的投入不斷加大，公路測量問題已經(jīng)引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。全站儀作為新興的高科技測量儀器在公路測量工程中起著越來越大的作用，而且比之傳統(tǒng)的測量儀器有著無與倫比的優(yōu)勢，其適用性、優(yōu)越性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原有測量儀器。全站儀功能多樣，操作便捷，測量準(zhǔn)確，而且精度高，能完成距離、角度、高度、坐標(biāo)等物理量的測量，而且有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、處理的功能。

全站儀；公路測量；應(yīng)用；分析

1　前言

新建或者改建公路之前，測量工作必須充足準(zhǔn)確。經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀和鋼尺是傳統(tǒng)公路測量過程中常用三種儀器。根據(jù)不同的設(shè)計(jì)過程，公路測量又可以分為外業(yè)勘測和內(nèi)業(yè)設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。其中全站儀就是一種集合了經(jīng)緯儀、測距儀、水準(zhǔn)儀和數(shù)據(jù)記錄模塊為一體的外業(yè)勘測儀器。比之以往的公路設(shè)計(jì)文件，現(xiàn)在的公路設(shè)計(jì)過程中要求設(shè)計(jì)者編制路線逐樁坐標(biāo)等文件，但是傳統(tǒng)儀器測量路線逐樁坐標(biāo)的方法不但麻煩而且精確度不高，全站儀的出現(xiàn)使得這些問題迎刃而解。全站儀具有光電測距、電子測角和數(shù)據(jù)處理的功能，是集合了經(jīng)緯儀、測距儀、數(shù)據(jù)模塊于一體的高科技儀器[1]。全站儀不僅集合了傳統(tǒng)測量儀器的各種功能，而且在數(shù)據(jù)的采集處理儲(chǔ)存方面有著傳統(tǒng)測量儀器難以比擬的優(yōu)勢。全站儀的使用是對傳統(tǒng)公路測量方法的一次革命性改革，合理的使用全站儀，采用新型的測量方法，不僅能夠提高測量效率，縮短工期，而且能夠減少經(jīng)濟(jì)投入，節(jié)約資源。比較常用的全站儀有徠卡系列、拓普康系列等。筆者根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)，首先簡述全站儀的特點(diǎn)，然后具體闡述全站儀的測量方法和使用方法。

2　全站儀的特點(diǎn)

全站儀在公路測量工程中的優(yōu)勢不言而喻，不僅速度快，效率高，功能齊全，而且適用范圍廣，使用簡便、可靠。下面就具體闡述全站儀的優(yōu)勢和功能[2]。

2.1全站儀功能更加齊全，精確度更高

全站儀集合了經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀和鋼尺的功能，能夠測量距離和角度，而且在數(shù)據(jù)采集處理的過程中優(yōu)勢明顯。全站儀的精度指標(biāo)可以分為兩種：測距標(biāo)準(zhǔn)差（md）、測角標(biāo)準(zhǔn)差（mp）。其中測距的原理是光電原理，按照國家頒布的《光電測距儀檢定規(guī)程》，全站儀可以根據(jù)測距精度的不同分為不同的等級(jí)，全站儀的分類如表1所示。

表1　全站儀分類等級(jí)

表1為全站儀在測量距離過程中的分類，根據(jù)誤差的不同可以分為三級(jí)，分別是Ⅰ級(jí)儀器、Ⅱ級(jí)儀器、Ⅲ級(jí)儀器。全站儀測角原理是電子測角原理，按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，測角的標(biāo)準(zhǔn)差可以分為：±0.5"、±1"、±1.5"、±2"、±3"、±5"、±6"、±10"、±20"等九種不同精度類型。

2.2全站儀放樣速度快，精度高，而且可以降低控制點(diǎn)的密度

全站儀可以利用專用的放樣程序卡進(jìn)行自動(dòng)放樣，測量人員只要將相應(yīng)的放樣點(diǎn)和控制點(diǎn)輸入即可。全站儀可以直接根據(jù)程序卡中的程序準(zhǔn)確的進(jìn)行放樣，然后依靠內(nèi)部的CPU自動(dòng)計(jì)算出相應(yīng)的元素，簡單方便可靠，效率高[3]。全站儀有精確測角的功能，所以在進(jìn)行測量中的圓曲線放樣時(shí)，全站儀的優(yōu)勢非常明顯，一般能夠提高2～3倍的效率，大大縮短測量時(shí)間。全站儀在放樣精度上面也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的測量方法，測量過程中使用中桿點(diǎn)位放樣的方法能將誤差保證在0.01m以內(nèi)，完全滿足測量的精度要求。全站儀測程要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于經(jīng)緯儀和鋼尺結(jié)合使用的測距方法，降低控制點(diǎn)的數(shù)量，減小控制點(diǎn)的密度，提高測量效率。

3　全站儀應(yīng)用使用方法

3.1利用全站儀進(jìn)行高程測量

我國的公路測量過程中，高程測量是十分重要的，特別是在一些高差起伏極大，地形復(fù)雜的地區(qū)，高程測量的意義更是重大。傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測量高差法不僅效率低，精度低，而且受到地形的限制，而全站儀測量高程的方法簡單有效，只要在兩點(diǎn)之間可以通視就可以根據(jù)三角高程的原理準(zhǔn)確測量兩點(diǎn)之間的高差。其工作原理如圖1～2所示。

圖1　

圖2　

如圖1所示，首先要保持全站儀和所需要測量的點(diǎn)可以通視，然后只要將全站儀對準(zhǔn)置放好的棱鏡，其中棱鏡的位置就是所要測試的點(diǎn)，最后按下測量距離的按鍵，就可以準(zhǔn)確的測量出全站儀和所要測量的點(diǎn)（棱鏡）之間的高差⊿。如圖2所示，已知其中一個(gè)測量地點(diǎn)的高程為H。首先測量出全站儀和兩點(diǎn)和全站儀的高差，分別記作⊿h1和⊿h2，進(jìn)而得出兩點(diǎn)之間的高差就為：⊿HB=|⊿h1-⊿h2|。測量過程中保持中桿高度不變，又已知一點(diǎn)的高程為H，那么另一點(diǎn)的高程為HB=|H+⊿h1-⊿h2|。利用這種測量方法，可以測量出任意一點(diǎn)的高程。

3.2利用全站儀進(jìn)行面積測量

利用全站儀測量面積的工作原理：首先利用全站儀收集地界址點(diǎn)的坐標(biāo)，然后執(zhí)行全站儀內(nèi)部固化的程序，利用不同的公式計(jì)算出面積。全站儀測量面積的方法分為兩種：①測量地界坐標(biāo)，然后調(diào)用公式計(jì)算面積；②測量出平面上不在一條直線上的三個(gè)或者多個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，直接計(jì)算這些點(diǎn)圍成的面積，并且顯示在液晶屏幕上。全站儀測量面積的方法如圖3所示。

圖3　全站儀測量面積

如圖3所示，要測量1、2、3、4個(gè)點(diǎn)所圍成的四邊形的面積，首先要在0點(diǎn)安置一臺(tái)全站儀，將全站儀設(shè)置成面積測試模式，然后在1、2、3、4四個(gè)點(diǎn)處分別放置棱鏡，保持0點(diǎn)和1、2、3、4四個(gè)點(diǎn)的通視，當(dāng)同時(shí)測量出四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)，全站儀就可以調(diào)用相應(yīng)的面積公式測量出4個(gè)點(diǎn)所圍成的四邊形的面積。

3.3利用全站儀測繪路線地形圖

公路外業(yè)勘測階段，要求勘測人員進(jìn)行路線地形圖的測繪，這是公路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和前提。全站儀能夠根據(jù)采集的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，借助計(jì)算機(jī)繪圖軟件，簡單精確的測繪出公路的線路地形圖。文章所述的路線地形圖可以概括為：一步測量法。一步測量法首先在一個(gè)測量站上測量出導(dǎo)線的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，然后逐步依次測量碎部點(diǎn)。具體的原理如圖4所示。

圖4　一步測量法示例圖

圖4中A、B、C、D為已知點(diǎn)，1、2為沿途布設(shè)點(diǎn)，a、b為碎部點(diǎn)。測量的時(shí)候，首先將全站儀安置在B點(diǎn)，后視測量A點(diǎn)，然后測量點(diǎn)1的水平角、豎直角、距離。根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)調(diào)用相應(yīng)的程序，計(jì)算出1點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。同理，計(jì)算出碎部點(diǎn)a、b的坐標(biāo)和高程。下一步將全站儀搬運(yùn)到點(diǎn)1重復(fù)上面步驟，測量出2的坐標(biāo)以及1點(diǎn)附近的碎部點(diǎn)，進(jìn)而可以利用A、B、a、b、1、2等點(diǎn)的坐標(biāo)繪制路線地形圖。一步測量法效率高，測量的工作量相對較少，測量精確度高。之所以叫一步測量法那是因?yàn)檫@種測量方法只要按照一個(gè)順序逐步測量就行，測量過程中“行走”的路程少一半。

4　全站儀在公路測量中的具體應(yīng)用

全站儀在公路測量之前首先要進(jìn)行儀器設(shè)置，比如設(shè)置大氣改正值和棱鏡常數(shù)，前者要根據(jù)溫度和氣壓以及海拔進(jìn)行設(shè)置，后者根據(jù)不同的棱鏡和參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。然后再設(shè)置有關(guān)參數(shù)和條件模式，如測量最小單位或者對比度的設(shè)置。利用全站儀進(jìn)行距離測量、角度測量和坐標(biāo)測量。距離測量過程中，全站儀對準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡時(shí)，可以直接測量出平距或者斜距，而且可以選擇精測距、粗測距、跟蹤測距等不同的測量模式；角度測量可以分為水平角測量和垂直角測量，前者分為逆時(shí)針和順時(shí)針切換、方向歸零、任意角度的設(shè)置，后者分為垂直角和坡度百分比兩種模式。坐標(biāo)測量可以直接測量坐標(biāo)，也可以利用最小二乘法測量坐標(biāo)。測量人員可以直接用全站儀測量兩點(diǎn)之間的高差，只要知道某一點(diǎn)的高程，可以簡單的測量出未知點(diǎn)的高程。設(shè)置好全站儀，了解到要測量的物理量以后就可以進(jìn)行放樣，放樣可以分為設(shè)站、定向和放樣三個(gè)步驟。最后，全站儀還有數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)、記錄、顯示等功能。全站儀內(nèi)部具有強(qiáng)大的中央處理器，還具有軟件畫圖、打印等功能。

5　結(jié)語

全站儀在公路測量過程中的應(yīng)用越來越廣泛，不僅測量速度快，效率高，功能齊全，而且能夠快速的采集處理數(shù)據(jù)，做到實(shí)時(shí)測量顯示。筆者相信在不久的將來，全站儀的功能還會(huì)更加齊全，在公路測量中的應(yīng)用會(huì)更加廣泛，而且在其他領(lǐng)域中也會(huì)得到普及。

[1]張學(xué)志，畢仙翠，霍艷輝.淺談公路施工中坐標(biāo)計(jì)算及導(dǎo)線復(fù)測[J].內(nèi)蒙古林業(yè)調(diào)查設(shè)計(jì)，2010（S1）：1～2.

[2]韋積海.全站儀在公路直線段放樣中的便利應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2011（09）：4.

[3]陳楚江，王刊生.全站儀在公路測設(shè)中的應(yīng)用[J].中南公路工程，2012（01）：5～6.

U412.24

A

1673-0038（2015）29-0288-02

2015-7-4

陳曉暉（1971-），男，講師、工程師，本科，主要從事路橋測量教學(xué)工作。