全站儀對(duì)邊測(cè)量功能在公路勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張磊*

（湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，湖北武漢，430050）

全站儀對(duì)邊測(cè)量功能在公路勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張磊*

（湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，湖北武漢，430050）

在地形條件復(fù)雜路段的公路工程勘測(cè)中，路基橫斷面測(cè)量一直是野外勘測(cè)工作的重頭，也是耗費(fèi)大量人力最大的工作。如何在保證勘測(cè)精度的前提下，有效提高勘測(cè)工效、降低野外勞動(dòng)強(qiáng)度，始終是公路勘測(cè)技術(shù)人員的追求。本文通過(guò)介紹全站儀自帶對(duì)邊測(cè)量功能的使用方法及原理，結(jié)合在公路工程勘察設(shè)計(jì)中的一些應(yīng)用，論證了對(duì)邊測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于公路橫斷面等勘測(cè)的可靠性。

公路勘察設(shè)計(jì)；全站儀；對(duì)邊測(cè)量；橫斷面測(cè)量。

引言

在公路勘察設(shè)計(jì)中，精準(zhǔn)的原始測(cè)量數(shù)據(jù)收集是公路工程野外勘測(cè)的主要內(nèi)容，也是公路橋梁設(shè)計(jì)的必需條件和主要依據(jù)。在地形復(fù)雜的山區(qū)公路勘察工作中，路線、路基、橋涵等平、縱、橫面勘測(cè)工作始終占據(jù)著野外勘測(cè)工作的重頭，也是工作量最大的野外工作。其測(cè)量精度不僅直接影響到工程設(shè)計(jì)時(shí)的路基土石方工程數(shù)量、橋涵位置關(guān)系等，也關(guān)系到建成后路基的穩(wěn)定、橋梁涵洞的安全和功能作用的發(fā)揮程度。

1 常見(jiàn)的公路橫斷面測(cè)量方法

傳統(tǒng)的公路橫斷面測(cè)量方法有花桿皮尺法、水準(zhǔn)儀法、經(jīng)緯儀視距法等。這些測(cè)量方法不僅野外工作量巨大，而且還存在著許多缺點(diǎn)?；U皮尺法由于其精度差，測(cè)量誤差大，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代高等級(jí)公路工程設(shè)計(jì)的需要；水準(zhǔn)儀皮尺法作業(yè)強(qiáng)度大，可操作性差，不適合在地勢(shì)起伏大的地形進(jìn)行測(cè)量，有一定的局限性；經(jīng)緯儀視距法測(cè)量精度可以用于路基橫斷面測(cè)量，經(jīng)緯儀視距法可以配合水準(zhǔn)儀塔尺，讀取上、中、下三絲讀數(shù)，利用軟件計(jì)算從而實(shí)現(xiàn)任意站測(cè)量橫斷面，相對(duì)前兩種測(cè)量方法有一定優(yōu)勢(shì)。但不能用該方法進(jìn)行重要橋涵、隧道等構(gòu)造物的測(cè)量，且后期數(shù)據(jù)處理較繁瑣，內(nèi)業(yè)工作量大。

全站儀目前已大量運(yùn)用于公路勘察設(shè)計(jì)領(lǐng)域，但使用范圍和效果因而而異。對(duì)邊測(cè)量法就是一種很好的公路橫斷面測(cè)量方法，其可以在任意地點(diǎn)架設(shè)全站儀工作站，具有不受視線阻礙、地形起伏大的影響，野外勞動(dòng)強(qiáng)度低、內(nèi)業(yè)工作量小等優(yōu)勢(shì)。

2 全站儀對(duì)邊測(cè)量的工作原理

對(duì)邊測(cè)量法是指全站儀在任意點(diǎn)架設(shè)工作站P，先測(cè)量一個(gè)起始測(cè)點(diǎn)A，再測(cè)量任意測(cè)點(diǎn)B，間接求出任意測(cè)點(diǎn)與起始點(diǎn)間的水平距離S和高差的方法。

對(duì)邊測(cè)量運(yùn)用了三角高程測(cè)量原理、余弦定理，使用儀器自身程序計(jì)算出兩測(cè)點(diǎn)間的水平距離和高差。如圖1，在A、B兩點(diǎn)安置棱鏡，棱鏡高相等，在任意與A、B兩點(diǎn)均通視的P點(diǎn)設(shè)置全站儀，觀測(cè)AP與BP的水平距離和高差以及水平夾角，由EDM三角高程測(cè)量原理和三角形余弦定理，可計(jì)算出兩點(diǎn)的水平距離和高差。AB兩點(diǎn)的距離計(jì)算公式為：S=

AB兩點(diǎn)的高差計(jì)算公式為：H=HVAP-HVBP，全站儀對(duì)邊測(cè)量就是綜合了這兩個(gè)原理由儀器自帶軟件，計(jì)算后直接在屏幕上顯示出距離和高差。

測(cè)量時(shí)可以根據(jù)需要選擇二種測(cè)量模式：放射對(duì)邊測(cè)量（顯示相對(duì)起始點(diǎn)的距離和高差）和相鄰對(duì)邊測(cè)量（顯示相對(duì)前一測(cè)點(diǎn)的距離和高差）。相鄰對(duì)邊測(cè)量是測(cè)量測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)上一次測(cè)量點(diǎn)的對(duì)應(yīng)距離和高差，在公路橫斷面測(cè)量時(shí)應(yīng)使用放射對(duì)邊測(cè)量模式。

3 對(duì)邊測(cè)量的精度

（1）全站儀常規(guī)測(cè)量誤差主要有：1）全站儀本身固有的系統(tǒng)誤差。2）儀器對(duì)中、沉降誤差。3）儀器高度量測(cè)的誤差（目前大部分品牌全站儀無(wú)激光垂直量測(cè)，需要測(cè)量斜高）。4）棱鏡高度量測(cè)的誤差（即對(duì)中桿刻度分化誤差與傾斜誤差）。5）外界因素，包括溫度、濕度、風(fēng)力、大氣折光等。

（2）對(duì)邊測(cè)量類(lèi)似于導(dǎo)線測(cè)量，測(cè)量誤差可參照一級(jí)導(dǎo)線測(cè)量的技術(shù)要求，導(dǎo)線及導(dǎo)線網(wǎng)按精度等級(jí)劃分為三、四等和一、二、三級(jí)。

導(dǎo)線測(cè)量主要技術(shù)要求如下表1所示：

表1 導(dǎo)線測(cè)量主要技術(shù)要求

（3）有研究表明，當(dāng)測(cè)量距離小于700米時(shí)，可以使用紅外三角高程測(cè)量替代三等水準(zhǔn)測(cè)量，當(dāng)測(cè)量距離小于2000米時(shí)，可以替代四等水準(zhǔn)測(cè)量。當(dāng)兩測(cè)點(diǎn)水平距離等于300米時(shí)，對(duì)邊測(cè)量的距離中誤差約±6mm，當(dāng)距離增大至600米時(shí)，對(duì)邊測(cè)量中誤差變化不大。說(shuō)明待測(cè)兩點(diǎn)的距離在一定范圍內(nèi)對(duì)觀測(cè)圖形要求不高，在這個(gè)范圍內(nèi)距離測(cè)量的精度與直接測(cè)距差不多。

（4）對(duì)邊測(cè)量的距離精度不僅與距離測(cè)量有直接關(guān)系，而且還與角度測(cè)量精度有關(guān)有關(guān)，隨著測(cè)量角度的增大，測(cè)距誤差的影響減小，而測(cè)角誤差的影響增大；測(cè)角越大，受測(cè)角誤差的影響越大；測(cè)角精度越高，對(duì)邊測(cè)量的精度越高。

（5）現(xiàn)行的《公路勘測(cè)規(guī)范》中，平面控制測(cè)量一級(jí)導(dǎo)線每邊測(cè)量中誤差為±14mm；公路高程控制測(cè)量最高等級(jí)為4等，每公里高差中數(shù)中誤差為±10mm；橫斷面檢測(cè)互差限差為±10cm。這說(shuō)明對(duì)邊測(cè)量的精度已經(jīng)滿足了《公路勘測(cè)規(guī)范》中一些工點(diǎn)測(cè)量的精度要求，如路基橫斷面、構(gòu)造物標(biāo)高等，完全可以應(yīng)用于公路勘測(cè)設(shè)計(jì)。

4 全站儀對(duì)邊測(cè)量在公路勘察領(lǐng)域的應(yīng)用

4.1 應(yīng)用于公路橫斷面測(cè)量

采用對(duì)邊測(cè)量方法測(cè)量公路橫斷面的原始地面線，如圖1所示。將全站儀架設(shè)于通視條件較好的任意位置 A點(diǎn)，并整平水準(zhǔn)。由于全站儀自身的記錄功能較強(qiáng)，因而完全可以不需要對(duì)中，從而減少了對(duì)中這道工序。之后，先照準(zhǔn)已經(jīng)施放中線的中樁位置B1點(diǎn)，將其作為該中樁對(duì)應(yīng)路基橫斷面左、右幅起始點(diǎn)進(jìn)行測(cè)距，由全站儀讀入內(nèi)存，再照準(zhǔn)該橫斷面線上的特征點(diǎn)B2點(diǎn)測(cè)距。此時(shí)，由全站儀中對(duì)邊測(cè)量程序自動(dòng)計(jì)算出B1和B2之間的水平距離和高差，記錄距離和高差。依次沿橫斷面線測(cè)量各待測(cè)點(diǎn)B3、B4……，直到觀測(cè)完一個(gè)完整的斷面為止。如果測(cè)站可以觀測(cè)到下一中樁所對(duì)應(yīng)的橫斷面所有待測(cè)點(diǎn)，則不需要重新設(shè)站安置儀器，只要重復(fù)上述步驟即可。這里要注意的是，每個(gè)中樁位置都需要先設(shè)定為超始點(diǎn)B1點(diǎn)，測(cè)距后再觀測(cè)其他待測(cè)點(diǎn)，從而保證每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)均為所對(duì)應(yīng)的中樁橫斷面方向。通過(guò)內(nèi)業(yè)的數(shù)據(jù)整理，野外工地記錄的橫斷面地面線數(shù)據(jù)格式符合相對(duì)中樁法格式，即距離和高差都是相對(duì)于中樁的距離和高差，可直接用于公路設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行橫斷面設(shè)計(jì)。

圖2 公路橫斷面測(cè)量示意圖

利用全站儀對(duì)邊測(cè)量觀測(cè)中樁橫斷面時(shí)，需要記錄全站儀的高度和移動(dòng)棱鏡的高度。若儀器視線受小型障礙物遮擋時(shí)，可采用升高棱鏡的方法測(cè)得兩測(cè)點(diǎn)的高差，同時(shí)記錄下調(diào)整后棱鏡高度，再用兩點(diǎn)高差加（或減）棱鏡調(diào)整高差（前點(diǎn)棱鏡高與起始點(diǎn)棱鏡高的差值），即可得出測(cè)量點(diǎn)位對(duì)應(yīng)超始點(diǎn)的高差數(shù)據(jù)。

4.2 應(yīng)用于公路隧道施工的變形監(jiān)測(cè)

將粘貼有反射片的鋼板預(yù)埋在鋼支撐上。完成撐砌混凝土澆筑后，進(jìn)行初始數(shù)據(jù)讀取，間隔一定時(shí)間進(jìn)行一次測(cè)量，讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可得出斷面周邊位移數(shù)據(jù)，測(cè)量結(jié)束后對(duì)預(yù)埋件進(jìn)行保護(hù)，以便再次測(cè)量。該方法設(shè)站靈活，操作簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，可以替代傳統(tǒng)的收斂計(jì)測(cè)量方法。

4.3 應(yīng)用于公路勘察中其他控制因素測(cè)量

在公路勘察設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往會(huì)有公路路線穿越、跨越既有公路、鐵路、航道等設(shè)施、構(gòu)造物的地段，對(duì)邊測(cè)量可用于這方面的原始數(shù)據(jù)的測(cè)量。如被交公路路面標(biāo)高、鐵路的軌道頂面標(biāo)高，構(gòu)造物間的寬度等等，測(cè)量出的原始數(shù)據(jù)可以應(yīng)用于路線縱斷面設(shè)計(jì)中上限或下限高程控制、橋梁或通道墩臺(tái)位置的設(shè)置等，以便最大程度地勘測(cè)清楚實(shí)地情況，最小限度地減少對(duì)既有設(shè)施的影響和破壞。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）全站儀對(duì)邊測(cè)量功能可以在任意點(diǎn)設(shè)置測(cè)站。在植被較深的山嶺區(qū)的公路橫斷面測(cè)量工作中，對(duì)于其他橫斷面測(cè)量方法，尤其具備先進(jìn)性和優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，由于其受視線影響較小，可以在一個(gè)站點(diǎn)測(cè)得多個(gè)數(shù)據(jù)，避免了多次架設(shè)儀器，極大地節(jié)省了時(shí)間，提高了工作效率。

（2）全站儀對(duì)邊測(cè)量能夠滿足公路工程勘察設(shè)計(jì)的需要。在應(yīng)用于公路勘察設(shè)計(jì)中的橫斷面地面線測(cè)量，河床寬度、構(gòu)造物標(biāo)高等方面，能夠保證測(cè)量所需精度，值得推廣使用。

[1]公路勘測(cè)規(guī)范(JTG C10-2007)[S].北京:人民交通出版社,2007.

[2]測(cè)量學(xué)[M].北京:人民交通出版社,2010.

[3]黃俊卿,全站儀三角高程測(cè)量精度分析[J].現(xiàn)代測(cè)繪,2008,(3).

[4]聶讓編.全站儀與高等級(jí)公路測(cè)量.北京.人民交通出版社.1997.06.36-37.

[5]李文淵,錢(qián)紹武編.道路施工工程師手冊(cè).北京.人民交通出版社,1996.011.569-570.

Application of Total Station 's Surrounding Measurement Function in Highway Survey and Design

ZHANG Lei*
(Hubei Transportation Planning and Design Institute Co.,Ltd.,Hubei Wuhan,430050,China)

In the highway engineering survey of the complex road sections,subgrade cross section measurement is the most important work of the field surveying,and it is also the most labor-intensive work.How to improve the survey efficiency and reduce the intensity of field labor is the pursuit of highway survey technicians.In this paper,by introducing total station with the use of measuring function method and principle,combining with some application in highway engineering survey and design,demonstrates the measuring technique is applied to highway cross section such as the reliability of the survey.

highway survey and design; Total station; Measurement of edges; Cross sectional measurement

U412

A

1672-9129(2017)04-0105-03

張磊.全站儀對(duì)邊測(cè)量功能在公路勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].數(shù)碼設(shè)計(jì),2017,6(4):105-107.

Cite：ZHANG Lei.Application of Total Station 's Surrounding Measurement Function in Highway Survey and Design[J].Peak Data Science,2017,6(4):105-107.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.04.027