全站儀在緩和曲線測(cè)設(shè)中的應(yīng)用及精度分析

楊慶振

摘? 要：當(dāng)前重點(diǎn)基礎(chǔ)項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)入了加速期，同時(shí)隨著光電測(cè)距儀器的快速發(fā)展，工程對(duì)全站儀的應(yīng)用以及緩和曲線測(cè)設(shè)精度提出了更高要求。該文首先介紹了全站儀的應(yīng)用特點(diǎn)，分別從應(yīng)用需求、緩和曲線特征要素計(jì)算、全站儀自由設(shè)站與精度分析等多個(gè)角度與方面，詳細(xì)闡述了全站儀在緩和曲線測(cè)設(shè)中的應(yīng)用及精度問題，希望對(duì)全站儀的應(yīng)用實(shí)踐有所裨益。

關(guān)鍵詞：全站儀? 緩和曲線? 測(cè)設(shè)應(yīng)用? 精度分析

中圖分類號(hào)：U412.2 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）07（c）-0060-03

Application and Accuracy Analysis of Total Station in Surveying and Setting of Transition Curve

YANG Qingzhen

（Institute of Surveying and Mapping， Land and Resources Bureau of Linyi City， Linyi， Shandong Province， 276000 China）

Abstract： At present， the construction of key basic projects has entered an accelerated period. At the same time， with the rapid development of photoelectric distance measuring instruments， the project has put forward higher requirements for the application of the total station and the accuracy of the survey curve design. This article first introduces the application characteristics of the total station， from a variety of angles and aspects， such as application requirements， calculation of the characteristic elements of the transition curve， free station setting and accuracy analysis of the total station， and elaborate on the total station in the transition curve measurement and design. The application and accuracy of the application are expected to be beneficial to the application of the total station.

Key Words： Total station; Transition curve; Survey application; Accuracy analysis

作為提高緩和曲線測(cè)設(shè)精度的重要技術(shù)方法之一，相對(duì)于傳統(tǒng)光學(xué)經(jīng)緯儀角度放線、鋼尺量距定點(diǎn)而言，全站儀的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)不言而喻。在工程類項(xiàng)目建設(shè)節(jié)奏不斷提高的背景下，必須突出強(qiáng)化全站儀的實(shí)際應(yīng)用，并客觀審視其在緩和曲線測(cè)設(shè)及精度控制中的客觀現(xiàn)狀問題，進(jìn)而采取有效措彰顯全站儀應(yīng)用的價(jià)值，切實(shí)提高緩和曲線測(cè)設(shè)的工程精度。

1? 全站儀在緩和曲線測(cè)設(shè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

全站儀是工程項(xiàng)目建設(shè)實(shí)踐中的常用測(cè)量儀器，具有高效性、準(zhǔn)確性、集成性等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，可在特定條件下保質(zhì)保量地完成工程測(cè)量任務(wù)。隨著道路、橋梁、水利等工程項(xiàng)目建設(shè)節(jié)奏的持續(xù)加快，全站儀憑借著簡便的應(yīng)用操作、精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)等優(yōu)勢(shì)，取得了良好的測(cè)量實(shí)踐效果。與傳統(tǒng)測(cè)量方法不同，全站儀測(cè)繪有效消除了水平角指標(biāo)差，減少了不必要的外界要素干擾，實(shí)現(xiàn)了對(duì)測(cè)量誤差的精細(xì)化控制。緩和曲線是道路工程設(shè)計(jì)中的常用線形類型，其具體設(shè)計(jì)效果既需滿足道路交通車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的行車軌跡，又要具備一定的視覺效果，保證簡約、美觀、平順，符合車輛駕駛?cè)藛T的心理預(yù)期，在保證安全行車的基礎(chǔ)上，提高道路交通車輛通行效率。若緩和曲線長度設(shè)計(jì)不當(dāng)，則極易導(dǎo)致行車舒適性降低，影響道路交通安全?？v觀當(dāng)前緩和曲線測(cè)設(shè)實(shí)踐，普遍存在著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、緩和路段過長、平面線半徑不足等問題，不利于道路交通車流量的平順通行。而通過全站儀的深入應(yīng)用，可為緩和曲線設(shè)計(jì)提供更為精準(zhǔn)的測(cè)繪數(shù)據(jù)，對(duì)于提高緩和曲線設(shè)計(jì)的科學(xué)性具有重要價(jià)值[1]。

2? 全站儀在緩和曲線測(cè)設(shè)中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用需求分析

長期以來，國家高度重視道路工程等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，公路建成里程連年攀增。同時(shí)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量不斷提高，道路貨物運(yùn)輸量呈爆發(fā)式增長態(tài)勢(shì)，對(duì)道路工程的安全性與平順性提出了更高的要求。在此背景下，道路工程設(shè)計(jì)水平相應(yīng)提高。在道路工程中，緩和曲線具有曲率變化連續(xù)均勻等特點(diǎn)，是提高道路車輛通行效果，保障行車舒適性，優(yōu)化行車視野效果的重要參數(shù)指標(biāo)。此外，通過科學(xué)合理的緩和曲線測(cè)設(shè)，可適度降低土地占用量，減少工程投資[2]。

2.2 緩和曲線特征要素計(jì)算

通過全站儀在緩和曲線測(cè)設(shè)中的應(yīng)用，可更為簡便地獲取測(cè)設(shè)數(shù)據(jù)，不僅過程簡便易行，而且工作量相對(duì)較低，可在更短的單位時(shí)間內(nèi)完成更多測(cè)設(shè)任務(wù)，同時(shí)避免了反復(fù)測(cè)設(shè)過程。為準(zhǔn)確計(jì)算緩和曲線特征要素，必須科學(xué)設(shè)置半徑不同的曲線間的曲率過渡，在滿足離心加速度原理的基礎(chǔ)上，減輕橫向沖擊感，以提高行車平穩(wěn)性。由于緩和曲線的測(cè)設(shè)主要面向直線段、緩和曲線段、圓曲線段這3個(gè)方面主要類型，因此緩和曲線特征要素的計(jì)算要以上述三者為主，而由于緩和曲線段部分具有自身特殊性，對(duì)道路工程的平順性具有直接關(guān)聯(lián)，因此緩和曲線特征要素的計(jì)算應(yīng)該以緩和曲線段部分的測(cè)設(shè)為主[3]。

2.3 其他工程測(cè)量的相關(guān)技術(shù)

以衛(wèi)星定位技術(shù)為手段的現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)，融合了計(jì)算機(jī)通信、數(shù)據(jù)差分定位等技術(shù)，通過載波相位差分，去除了大氣層延遲、對(duì)流層延遲與接收機(jī)鐘差等因素，大幅度提高了數(shù)據(jù)觀測(cè)的精度與效率。同時(shí)，利用多基準(zhǔn)站技術(shù)，將分布于一定區(qū)域的參考站，通過LAN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成具備一定規(guī)模的基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)定位時(shí)，利用GSM/CDMA等網(wǎng)絡(luò)將概略坐標(biāo)播發(fā)給控制中心，并通過控制中心根據(jù)GGA數(shù)據(jù)來分配周邊虛擬參考站，并將相應(yīng)的坐標(biāo)位置、偽距等修正數(shù)據(jù)播發(fā)給用戶流動(dòng)站，從而達(dá)到精確測(cè)繪的目的。

傳統(tǒng)經(jīng)緯儀-鋼尺定點(diǎn)，一般需要計(jì)算外矢距、截距等要素，伴隨全站儀定線的應(yīng)用，可直接提取曲線的起點(diǎn)、中點(diǎn)、終點(diǎn)、邊樁等坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并導(dǎo)入全站儀內(nèi)存，直接調(diào)取點(diǎn)號(hào)坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量放線，極大降低了手工計(jì)算的工作量，避免了計(jì)算中的粗差概率[4]。

3? 全站儀自由設(shè)站在緩和曲線測(cè)設(shè)中的精度分析

全站儀自由設(shè)站法即從曲線測(cè)設(shè)的客觀實(shí)際環(huán)境出發(fā)，在具體測(cè)設(shè)任務(wù)的引導(dǎo)下，通過全站儀進(jìn)行距離測(cè)量，并選擇符合工程測(cè)繪實(shí)際的點(diǎn)位架設(shè)測(cè)量設(shè)備與儀器，通過測(cè)量設(shè)備與儀器功能的發(fā)揮，對(duì)部分目標(biāo)點(diǎn)位進(jìn)行觀測(cè)，最后根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)規(guī)范計(jì)算出具體參數(shù)，獲得相應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)，為緩和曲線的設(shè)置提供理想的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[5]。

自由設(shè)站方法具有較為顯著的自主性特征，可極大程度上提高設(shè)站的科學(xué)性與靈活性，符合緩和曲線測(cè)設(shè)的未來發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)已知的某兩個(gè)控制點(diǎn)，對(duì)另一個(gè)中間加密坐標(biāo)進(jìn)行解算，是全站儀自由設(shè)站方法的關(guān)鍵所在，也是全站儀在緩和曲線測(cè)設(shè)中的突出優(yōu)勢(shì)所在。在對(duì)道路工程充分勘察、科學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，往往面臨著后續(xù)測(cè)設(shè)控制點(diǎn)不足等問題，造成這些問題的原因主要有數(shù)據(jù)丟失、人為失誤、工程損毀等。面對(duì)這些問題，通過全站儀自由設(shè)站操作，則可有效彌補(bǔ)其不足之處[6]。

為了提高全站儀自由設(shè)站測(cè)量精度，必須合理掌握中線樁的關(guān)鍵點(diǎn)位。由于設(shè)站過程中，受地形地貌、人為操作等方面要素的影響，難免會(huì)存在布設(shè)誤差，因此必須通過調(diào)整優(yōu)化中線樁的位置，來合理規(guī)避誤差，其計(jì)算公式為：

設(shè)P點(diǎn)坐標(biāo)（XP，YP）的中誤差分別為mx，mY，觀測(cè)值β、DAP的中誤差分別為mβ，mD，中間量γ的中誤差為mγ。給出的XP=fx（β，DAP，γ），Yp=fy（β，DAP，γ），利用誤差傳播律可寫出下列公式，表達(dá)中誤差之間的關(guān)系：

采用全站儀進(jìn)行線路定點(diǎn)放樣前，一般采用衛(wèi)星定位技術(shù)，采用靜態(tài)或快速靜態(tài)方式，布設(shè)一定數(shù)量和密度的控制點(diǎn)，作為全站儀測(cè)量與定位放線的基準(zhǔn)點(diǎn)，其中靜態(tài)測(cè)量方式為采用三腳架安置多臺(tái)GPS接收機(jī)，同時(shí)開機(jī)進(jìn)行靜態(tài)數(shù)據(jù)采集，一般40min以上為1時(shí)段進(jìn)行觀測(cè)，經(jīng)基線解算、網(wǎng)平差與聯(lián)合平差，可達(dá)到毫米級(jí)數(shù)據(jù)精度，若無控制點(diǎn)，可采用全站儀自由設(shè)站進(jìn)行觀測(cè)。通過大量工程實(shí)踐表明：在緩和曲線測(cè)設(shè)空間相對(duì)受限的情況下，采用全站儀自由設(shè)站可全面凸顯其靈活性強(qiáng)、測(cè)量精度高、操作便捷等優(yōu)勢(shì)，有效降低了不利地形條件對(duì)測(cè)設(shè)造成的限制與制約，使在更加復(fù)雜多變的地形條件下開展高質(zhì)量測(cè)設(shè)成為可能。在全站儀測(cè)設(shè)數(shù)據(jù)處理中，需要及時(shí)剔除模糊數(shù)據(jù)，使測(cè)繪數(shù)據(jù)更具實(shí)效性與針對(duì)性?？梢灶A(yù)見，在GNNS定位信號(hào)較差的區(qū)域或?qū)こ叹纫蟾鼮閲?yán)苛的項(xiàng)目中，全站儀在緩和曲線測(cè)設(shè)實(shí)踐中的實(shí)際作用與應(yīng)用價(jià)值將更為突出。

4? 結(jié)語

隨著現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展，以CORS為代表的高精度定位技術(shù)，配合全站儀等測(cè)量設(shè)備，逐步在外業(yè)地形數(shù)據(jù)采集、線路放樣、土方量算等方面，發(fā)揮了巨大作用。同時(shí)以CORS-RTK技術(shù)可以避免全站儀控制點(diǎn)相互之間通視的要求，測(cè)量誤差不累積，保證測(cè)量坐標(biāo)的基準(zhǔn)與精度的相對(duì)統(tǒng)一。

綜上所述，全站儀的諸多優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)決定了其在緩和曲線測(cè)設(shè)及精度控制中的應(yīng)用地位。在工程類項(xiàng)目建設(shè)實(shí)踐中，技術(shù)人員要充分遵循全站儀的基本應(yīng)用規(guī)律，創(chuàng)新理念與方法，全面客觀獲取全站儀測(cè)繪數(shù)據(jù)，切實(shí)提高緩和曲線測(cè)設(shè)效果，保證測(cè)設(shè)精度，為工程項(xiàng)目建設(shè)提供最為可靠的數(shù)據(jù)保障，為提高工程項(xiàng)目建設(shè)效益奠定基礎(chǔ)。

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