王永明

全站儀專項(xiàng)測量功能及其在工程測量中的應(yīng)用

王永明①

(西山煤電集團(tuán)公司屯蘭礦)

在工程質(zhì)量中,采用常規(guī)儀器費(fèi)時費(fèi)力,計(jì)算工作量大,易出錯,全站儀的普及使用,解決了實(shí)際問題,提高了測量效率。介紹了全站儀的幾種專項(xiàng)測量功能及其基本原理,探討了全站儀在工程測量應(yīng)用中應(yīng)注意的事項(xiàng)。

全站儀;對邊測量;懸高測量;坐標(biāo)測量;坐標(biāo)放樣測量;應(yīng)用

在工程測量中,采用常規(guī)的儀器進(jìn)行測量,不僅費(fèi)時費(fèi)力,而且內(nèi)業(yè)計(jì)算工作量大,還容易出錯。全站儀的普及和使用,給工程測量帶來了深刻的變革。全站儀是集測距、測角及數(shù)據(jù)自動存儲、處理于一體的智能化測量儀器,除具有常規(guī)的測距、測角功能之外,還具有許多專項(xiàng)的測量功能。若僅利用其測距、測角功能,把它作為一般電子經(jīng)緯儀或測距儀來使用,遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有發(fā)揮其應(yīng)有的作用和優(yōu)勢。為了充分利用和開發(fā)全站儀的功能,提高測量效率,解決實(shí)際問題,本文將介紹全站儀的幾種專項(xiàng)測量功能及其基本原理,并探討其在工程測量中的實(shí)際應(yīng)用和應(yīng)注意的事項(xiàng),以供測量工作人員參考。

1 全站儀專用測量功能

1.1 對邊測量(RDM)

對邊測量也稱為間接測量,是用來測量兩個不可通視點(diǎn)之間的水平距離和高差對邊測量,示意圖如圖1所示,A、B為地面上不能直接測距的兩個未知點(diǎn),在O點(diǎn)處安置全站儀,使儀器與A、B兩點(diǎn)能夠通視啟動全站儀對邊測量功能,分別照準(zhǔn)A、B兩點(diǎn)的反光棱鏡,利用全站儀內(nèi)置的對邊測量程序直接間顯示出A、B兩點(diǎn)間的水平距離 D、斜距 S和高差hAB。

其原理為：測定O點(diǎn)至A、B兩點(diǎn)間的斜距 S1、S2,豎直角α1、α2,水平角β值,則 A、B 兩點(diǎn)間的水平距離D和高差hAB分別為：

圖1 對邊測量示意圖

但需指出,按公式(2)計(jì)算出的高差即是全站儀上顯示出來的高差,并不一定就是地面A、B兩點(diǎn)之間的實(shí)際高差,實(shí)際高差h為：

式中：

ν1和ν2—分別為A,B兩點(diǎn)的目標(biāo)高。顯然,當(dāng)ν1=ν2時,式(4)即變?yōu)槭?2)。因此,在實(shí)際工作中,應(yīng)盡量使兩目標(biāo)高相等,以簡化計(jì)算;否則,應(yīng)在全站儀顯示出的高差中加入改正數(shù)(ν1-ν2)。

對邊測量的精度主要取決于測站點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)的遠(yuǎn)近,越近精度越高,且安置在過兩端點(diǎn)垂線上精度較高。因此,在測量時測站點(diǎn)應(yīng)安置在過兩端點(diǎn)垂線上,且盡量靠近待測點(diǎn)。對邊測量在施工放樣中,可用來檢測放樣點(diǎn)或紅線樁是否正確和滿足精度要求。利用這一功能還可以簡單測量道路中心樁和路邊樁之間的距離和高差等。

1.2 懸高測量(REM)

所謂懸高測量是指測定空中某點(diǎn)(如高壓線、屋頂?shù)?至特定某個面(一般為地平面)的高度。懸高測量示意圖見圖2。圖2中,將全站儀置于點(diǎn) A,儀器距目標(biāo)距離一般以高度1～3倍為宜,反光棱鏡應(yīng)置于目標(biāo) C點(diǎn)在地面的鉛垂投影點(diǎn)B處,量取棱鏡高V,起動全站儀懸高測量功能,輸人棱鏡高V,照準(zhǔn)反光棱鏡,俯仰望遠(yuǎn)鏡,利用全站儀內(nèi)置的懸高測量程序可實(shí)時顯示出懸高值 h。

圖2 懸高測量示意圖

其原理為：測定儀器與鏡站間的斜距 S、豎直角α1、α2,則懸高 h為：

值得注意的是,要想利用懸高測量功能測出目標(biāo)點(diǎn)的正確高度,必須將反射棱鏡恰好安置在被測目標(biāo)點(diǎn)在地面的鉛垂投影點(diǎn)處,否則測出的結(jié)果將是不正確的。在實(shí)際工作中,要將反射棱鏡恰好安置在被測目標(biāo)的天底,僅靠目估是不容易實(shí)現(xiàn)的,尤其當(dāng)目標(biāo)點(diǎn)離地面較高時。為此,需先投點(diǎn)再進(jìn)行懸高測量。

1.3 坐標(biāo)測量(CDM)

坐標(biāo)測量的實(shí)質(zhì)是根據(jù)已知點(diǎn)A的三維坐標(biāo)(XA,YA,HA),定向點(diǎn) B的定向方位角(αAB),求待測點(diǎn) P的三維坐標(biāo)(XP,YP,HP)。將全站儀安置于測站點(diǎn) A上,選定坐標(biāo)測量模式后,首先輸入儀器 i、目標(biāo)高v以及測站點(diǎn)的三維坐標(biāo)值(XA,YA,HA),然后照準(zhǔn)另一已知點(diǎn)B設(shè)置定位方位角 ,接著再照準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn) P上的反射棱鏡,按相應(yīng)功能鍵,儀器就會按式(5)利用自身內(nèi)存的計(jì)算程序自動計(jì)算并瞬時顯示出目標(biāo)點(diǎn) P的三維坐標(biāo)值(XP,YP,HP)。

式中：

S—斜距;α—垂直角;αAB—直線 AP方位角。其中:αAB=αAB+β,β為AB 和A P的水平角。

利用全站儀三維坐標(biāo)測量功能可以求算圖根點(diǎn)的三維坐標(biāo),既快捷,又能滿足工程精度要求,可提高生產(chǎn)效率。在實(shí)際工作中,為了防止操作中的錯誤,可照準(zhǔn)另一已知點(diǎn) D,測定 D點(diǎn)的三維坐標(biāo)并加以比較,在限差之內(nèi)即可進(jìn)行未知點(diǎn)的測量。

1.4 坐標(biāo)放樣測量(SCM)

坐標(biāo)放樣測量為坐標(biāo)測量的理想操作。將全站儀置于測站點(diǎn)A上,選定坐標(biāo)放樣模式后,首先輸入儀器高i、目標(biāo)高 v以及測站點(diǎn)A和放樣點(diǎn) P的三維坐標(biāo)(XA,YA,HA)和(XP,YP,HP),并照準(zhǔn)另一已知點(diǎn)B,設(shè)置定向方位角αAB;然后將反射棱鏡豎立在待放樣點(diǎn) P的概略位置 P’處;按相應(yīng)功能鍵即可自動顯示水平角偏差 △p、水平距離偏差 △D及高程偏差△H。按照所顯示的偏差值,移動反射棱鏡,當(dāng)儀器顯示為零時,即為設(shè)計(jì)的位置。

基本原理:儀器首先測定棱鏡所在位置 P’點(diǎn)的三維坐標(biāo),然后按坐標(biāo)反算公式,利用儀器自身的內(nèi)存程序反算出設(shè)計(jì)的水平角和水平距離,最后與測量的水平角和水平距離比較,即可自動計(jì)算并顯示出測量值與設(shè)計(jì)值之差 △R、△D和 △H。

2 應(yīng)用實(shí)例

建筑物放樣測量示意圖見圖3,欲利用控制點(diǎn)A

圖3 建筑物放樣測量示意圖

和B放樣一建筑物,只需在控制點(diǎn)A上安置全站儀,后視控制點(diǎn)B,先設(shè)置定位方位角然后利用三維坐標(biāo)放樣功能即可方便快捷地放樣建筑物的四個角點(diǎn),從而在實(shí)地標(biāo)定出待建的建筑物。最后,利用對邊測量功能立刻就可測定出建筑物的邊長,與設(shè)計(jì)的已知邊長比較,即可在不移動儀器的情況下完成檢測工作。這與傳統(tǒng)的放樣和檢測方法相比,不僅方便、快捷,而且因?yàn)橹恍璋仓靡淮蝺x器,所以放樣精度也大大提高;同時,即便1、2、3、4點(diǎn)互不通視亦可順利完成,這是傳統(tǒng)方法無法做到的。

3 結(jié) 語

綜上所述,全站儀不僅能自動測距、測角,而且能進(jìn)行多種測量和計(jì)算,可實(shí)時求得必要的測量數(shù)據(jù)。全站儀應(yīng)用于工程測量中,不僅僅是測量方法的改進(jìn),而且是測量技術(shù)本質(zhì)上的飛躍,在許多方面打破了傳統(tǒng)的觀念與局限,使繁瑣的測量工作變得方便快捷。顯然,不掌握全站儀各種先進(jìn)的專項(xiàng)測量功能知識,就不可能充分發(fā)揮全站儀的作用和優(yōu)勢。同時,在實(shí)際工作中,還要結(jié)合具體情況,靈活、綜合地運(yùn)用各種測量功能,才能獲得高質(zhì)量測量成果。

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1672-0652(2010)增刊-0012-02

王永明 男 1979年出生 2001年畢業(yè)于山西煤炭工業(yè)學(xué)校 助理工程師 古交 030206

2010-05-24