曹淞宇 陳宇 任高輝 豐帆 羅歡

摘要：本文將對(duì)全站儀的基本功能進(jìn)行介紹分析，工程實(shí)例的介紹，以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程測(cè)量任務(wù)的精確控制。

關(guān)鍵詞：全站儀基本功能；方位角；工程施工放樣

1.引言

20世紀(jì)下半葉是測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)迅猛發(fā)展的時(shí)期,特別是近10余年來(lái),它尤其獲得了許多突出的成就. 促進(jìn)這一時(shí)期飛躍前進(jìn)的主要因素之一就是測(cè)量?jī)x器的驚人發(fā)展,其中比較有代表性的當(dāng)屬全站儀的出現(xiàn)和使用. 作為交大土木工程的學(xué)生，掌握以后測(cè)量工作中常用的全站儀尤為必要，全站儀由光電測(cè)距儀、電子經(jīng)緯儀和微型計(jì)算機(jī)組合而成,不僅可以自動(dòng)測(cè)距、測(cè)角、自動(dòng)記錄和計(jì)算,而且精度高、速度快、操作簡(jiǎn)便,既節(jié)省了人力又減輕了繁重的外業(yè)工作,因此深受廣大測(cè)繪工作者的歡迎和青睞。

2.全站儀基本功能

2.1 自動(dòng)設(shè)定方位角功能

通過(guò)給定的后視點(diǎn)方位角,按輸入鍵全站儀可直接設(shè)定方位角. 如后視點(diǎn)方位角未知,可先輸入測(cè)站點(diǎn)A的坐標(biāo)值( ) 和后視點(diǎn)B 的坐標(biāo)值( ) ,再照準(zhǔn)后視點(diǎn),然后只需按一下功能鍵,儀器就會(huì)自動(dòng)計(jì)算并設(shè)定后視點(diǎn)的方位角.后視點(diǎn) 的方位角按下式計(jì)算：

實(shí)質(zhì)上,全站儀就是利用其自身的編程和存儲(chǔ)功能按上述公式實(shí)現(xiàn)方位角的自動(dòng)計(jì)算的。

2.2 測(cè)量三維坐標(biāo)功能

將全站儀安置于測(cè)站點(diǎn)A 上,選定三維坐標(biāo)測(cè)量模式后,首先輸入儀器i、目標(biāo)高v 以及測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)值( ) ,然后照準(zhǔn)另一已知點(diǎn)設(shè)定方位角,接著再照準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)P 上的反射棱鏡,一按坐標(biāo)測(cè)量鍵,儀器就會(huì)按以下公式利用自身內(nèi)存的計(jì)算程序自動(dòng)計(jì)算并瞬時(shí)顯示出目標(biāo)點(diǎn)P 的三維坐標(biāo)值( ) .

式中 為斜距; 為天頂距; 為方位角。

2.3 三維放樣功能

將全站儀置于測(cè)站點(diǎn) 上,選定三維放樣模式后,首先輸入儀器高、目標(biāo)高以及測(cè)站點(diǎn)和

放樣點(diǎn)的三維坐標(biāo), 并照準(zhǔn)另一已知點(diǎn)設(shè)定方位角; 然后將反射棱鏡豎立在待放樣點(diǎn)的概略位置p處;按相應(yīng)功能鍵即可自動(dòng)顯示水平角偏差 、水平距離偏差 及高程偏差

.按照所顯示的偏差值,移動(dòng)反射棱鏡,當(dāng)儀器顯示為零時(shí)即為設(shè)計(jì)的位置。

基本原理為:儀器首先測(cè)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(cè)量的水平角和水平距離比較即可自動(dòng)計(jì)算并顯示出測(cè)量值與設(shè)計(jì)值之差 、 和 。

2.4 懸高測(cè)量

圖1

如圖1所示,首先把全站儀安置于適當(dāng)位置,并選定懸高測(cè)量模式后;把反射棱鏡設(shè)在欲測(cè)高度的目標(biāo)點(diǎn)的天底(或天頂) , 輸入反射棱鏡高 ; 然后照準(zhǔn)反射棱鏡進(jìn)行測(cè)量; 再轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn), 便可顯示出地面至目標(biāo)點(diǎn)的高程 . 其計(jì)算公式如下:

式中, 為儀器至反射棱鏡的斜距和天頂距;為儀器至目標(biāo)點(diǎn)的天頂距。

2.5 對(duì)邊測(cè)量功能

如圖2 ,在測(cè)站點(diǎn) 處安置全站儀后,先選定對(duì)邊測(cè)量模式,然后分別照準(zhǔn) 點(diǎn)和 點(diǎn)的反射棱鏡進(jìn)行測(cè)量,儀器就會(huì)自動(dòng)計(jì)算并顯示出 、 兩點(diǎn)間的平距 . 需要時(shí)還可計(jì)算并顯示出 、 兩點(diǎn)間的高差 、斜距 及坡度 .其計(jì)算公式為

圖2

%

式中 , 為斜距; ,為豎直角; 為 與 兩方向間的水平夾角。

3.全站儀施工放樣實(shí)施

3.1 施工控制測(cè)量

在利用三維坐標(biāo)法放樣墩柱各節(jié)段時(shí),通常是直接測(cè)定該段截面相應(yīng)輪廓點(diǎn)的平面坐標(biāo)。在選擇測(cè)站點(diǎn)位置時(shí),除了保證滿足放樣精度要求之外,還應(yīng)考慮通視條件、放樣方便和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)計(jì)算簡(jiǎn)單等因素。

涪江三橋一、二級(jí)控制網(wǎng)中,涪江南、北兩岸控制點(diǎn)相距大多在1～2 km。若直接在這些點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量放樣,放樣距離太遠(yuǎn); 同時(shí)為了滿足施工測(cè)量放樣工作的需要, 按照上述原則,在涪江三橋施工中,結(jié)合施工場(chǎng)地的實(shí)際情況,盡量利用地形,在原有控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了控制點(diǎn)的加密,各加密點(diǎn)相距約200m。

上述測(cè)站點(diǎn)的布置完全滿足了施工的要求,從點(diǎn)位布置還可以看出,這些點(diǎn)位基本上遠(yuǎn)離橋梁施工的安全禁區(qū),確保了儀器和人身的安全,避免了施工干擾。

3.2恢復(fù)橋墩中心點(diǎn)

在大橋橋墩完成后,需要恢復(fù)橋墩中心點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。常用方法是方向交會(huì)法或距離交會(huì)法,但這兩種方法都需要在多個(gè)控制點(diǎn)上設(shè)站,費(fèi)時(shí)費(fèi)力;而用邊角聯(lián)合后方交會(huì)法,只需一兩個(gè)小時(shí)。在涪江三橋主墩中心點(diǎn)時(shí),選用大橋控制網(wǎng)的3個(gè)已知點(diǎn)作為后視觀測(cè)點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)前,先將邊角聯(lián)合后方交會(huì)法程序、3個(gè)控制點(diǎn)點(diǎn)號(hào)和坐標(biāo)輸入計(jì)算機(jī)中。比照主墩中心點(diǎn)設(shè)計(jì)坐標(biāo)后即知需要的改正量,再將近似點(diǎn)改正至設(shè)計(jì)位置。

3.3 各橋墩中心點(diǎn)的聯(lián)測(cè)

為了使大橋鋼箱梁的吊裝和主跨合龍時(shí)全橋有一條統(tǒng)一的橋軸線,在橋墩施工都完成后,需對(duì)各墩中心點(diǎn)的位置進(jìn)行聯(lián)測(cè),求得各墩臺(tái)實(shí)際中心位置與設(shè)計(jì)位置的偏差。最后將各墩中心點(diǎn)的實(shí)際位置作適當(dāng)調(diào)整,使其統(tǒng)一于同一直線上,以保證鋼箱梁的吊裝及主跨合龍的順利進(jìn)行。

3.4三維坐標(biāo)法放樣點(diǎn)位

在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行放樣時(shí),按照三維坐標(biāo)法的原理,其測(cè)量放樣方案是在一個(gè)測(cè)站上,以橋軸線方向?yàn)榛鶞?zhǔn),以固定點(diǎn)為后視方向進(jìn)行定向,依次在墩柱輪廓點(diǎn)等角點(diǎn)處立鏡,在測(cè)站上架設(shè)全站儀,照準(zhǔn)相應(yīng)輪廓點(diǎn)處的反射棱鏡,儀器立即顯示出各點(diǎn)的三維坐標(biāo)。在一般情況下,各點(diǎn)能直接測(cè)量坐標(biāo)。個(gè)別情況下因爬架、腳手架等桿件影響通視時(shí),可通過(guò)棱鏡桿的長(zhǎng)度調(diào)整,或在局部范圍內(nèi)進(jìn)行偏距測(cè)量等方法解決各點(diǎn)的通視問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。