陳 超，胡友健，萬 凱，肖本林，孫賢斌

（1. 中國地質大學 信息工程學院，湖北 武漢 430074；

2. 湖北工業(yè)大學 土木工程與建筑學院，湖北 武漢 430068）

免棱鏡全站儀和AutoCAD在橋墩圍堰定位中的應用

陳 超1，胡友健1，萬 凱1，肖本林2，孫賢斌2

（1. 中國地質大學 信息工程學院，湖北 武漢 430074；

2. 湖北工業(yè)大學 土木工程與建筑學院，湖北 武漢 430068）

在橋墩圍堰定位測量中，考慮到在水面無法架設反光鏡，結合工程實例，探討了將免棱鏡全站儀與AutoCAD繪圖軟件相結合用于橋墩圍堰施工測量的方法。首先利用免棱鏡全站儀直接測量出橋墩外沿的坐標，然后根據(jù)外沿坐標在AutoCAD中定出橋墩中心，再通過作圖得到圍堰坐標，從而精確確定圍堰的位置。實際應用表明，該方法既滿足精度要求，又快捷方便，應用效果良好。

免棱鏡全站儀；AutoCAD；橋墩圍堰；定位

免棱鏡全站儀測量時不需要安置反光鏡，可以直接瞄準觀測目標點進行測量，實現(xiàn)了“所瞄即所測”，且提供了可見激光光束作為指向器，在小范圍內可以通過肉眼根據(jù)光斑的位置確定點位，不必通過望遠鏡尋找目標，因而具有靈活方便、工作效率高等優(yōu)點。AutoCAD是美國Autodesk公司于1982年首次推出的自動計算機輔助設計軟件，在工程測量中已有廣泛應用，主要用于測量控制網(wǎng)的繪制、測量坐標的讀取、施工放樣和地形圖測繪等[1,2]。

本文結合工程實例，探討了AutoCAD繪圖軟件與免棱鏡全站儀相結合用于橋墩圍堰施工測量的方法。

1 AutoCAD的展點及繪圖簡介

在測量坐標系中，X為北方向，Y為東方向，而在AutoCAD圖形界面上，通常是顯示世界坐標系（世界UCS）下的俯視圖，因此，展點時首先要將測量坐標的X、Y值對調。根據(jù)所測得的坐標在AutoCAD圖形界面上點擊繪制點命令，在繪制點之前首先設置點樣式格式，然后通過工具欄中的繪制點命令，依次輸入待繪制的點位縱、橫坐標，中間用“，”隔開，并用回車鍵結束，即可完成各點位在AutoCAD圖中的展點工作。當所有點全部輸入到AutoCAD中時，在桌面右下角命令欄中輸入命令“z”，選擇“e”，便可清晰地看到各個點的分布情況[3]。展點結束后，就可根據(jù)點的具體位置以及已知尺寸進行繪圖，如可以根據(jù)3個點確定1個圓等。繪制完畢后，可以通過“ID”命令得到某個點的平面坐標。

2 免棱鏡全站儀放樣精度的理論分析

如圖1所示，設免棱鏡全站儀架設在已知點A、B為后視定向點，P為待定點。A點坐標為（XA,YA），B點坐標為（XB,YB），則已知邊AB的方位角為：

圖1 免棱鏡全站儀測量示意圖

設瞄準目標P點后，測得∠BAP為β，AP為SAP，則AP方向的方位角為：

P點坐標為：

忽略已知點的坐標誤差，由誤差傳播定律可得P點的坐標中誤差為：

式中，mS為測距中誤差；mα為測角中誤差； ρ=206 265″。

P點的點位中誤差為：

以尼康全站儀NIVO1.C為例進行精度分析。該儀器免棱鏡模式下的測距精度為±（3+2×10-6×D）mm，測角精度為1″，測程為100 m，由式（4）、（5）可求得P點的點位中誤差不超過±3.2 mm。

上面計算的點位中誤差是在只考慮距離和角度測量誤差的情況下得出的，在實際工作中還會受到其他一些誤差的影響，包括儀器的對中誤差、瞄準誤差、點位標定誤差和雙壁鋼圍堰受江水沖擊影響產生的誤差。前3項誤差的影響較小，一般都不超過±3 mm；圍堰受江水沖擊作用產生的誤差較大，但一般可以控制在10 cm以內，若以3倍中誤差作為極限誤差，則由水流作用引起的圍堰定位中誤差為3.3 cm。因此，圍堰定位總的中誤差可用式（6）估算：

在橋墩圍堰定位中，一般要求在橋梁軸線方向上（通常也是橋梁施工測量坐標系的X軸方向）的定位中誤差不超過±5 cm。由以上理論分析可見，采用免棱鏡全站儀能夠滿足橋墩圍堰定位的精度要求。

3 工程實例

3.1 工程概況

某橋梁位于廣州市城區(qū)中心，已運行多年，呈南北走向，全長355 m，主橋全長182.9 m，結構為三孔下承式簡支鋼桁架橋，設計荷載為2列10 t汽車。主橋引橋為鋼筋混凝土結構，靠近主橋第一、二跨為T形格板梁，北岸跨徑為2.268+7.01×2 m，南岸跨徑為3.286+11.151×2 m，其他跨為整體式鋼筋混凝土板，跨徑為4.648 m。北岸引橋19孔，總長為90.713 m，南側引橋15孔，總長為81.346 m。主橋縱向分跨為(67.8+49.1+67.8) m；主橋橋寬為21.9 m，其中兩側桁外為3.75 m寬的鋼結構托架。由于該橋主橋墩腐蝕嚴重，存在安全隱患，故需對其進行雙壁鋼圍堰維修加固。主橋立面現(xiàn)狀如圖2所示。

3.2 圍堰放樣坐標的獲取及放樣方法

采用尼康NIVO1.C全站儀放樣，儀器站距最遠定位點約50 m。根據(jù)前面的精度分析，采用免棱鏡模式能夠滿足橋墩圍堰定位的精度要求。如圖3所示，在北邊跨A點處架設全站儀，后視定向后，照準南邊跨主橋墩東西向各3個點，從左至右依次編號為ZD1~ZD6。測量后全站儀自動計算坐標并存儲。

圖2 主橋立面圖(單位：m)

圖3 主橋墩前視圖及測量目標點的分布圖

將表1中的坐標X、Y對調，用逗號隔開，并依次輸入到AutoCAD中。根據(jù)AutoCAD中3點作圓的方法，對ZD1、ZD2和ZD3以及ZD4、ZD5和ZD6分別作圓，即可定出橋墩中心。連接南跨主橋墩的中心，就得到了橋墩中心線的方向，然后依據(jù)主橋及橋墩圍堰的設計圖（見圖4），按照其設計距離在AutoCAD上畫出示意圖，如圖5所示。

圖4 橋墩圍堰設計圖

圖5 根據(jù)測量結果繪制出的橋墩圍堰圖

利用ID命令可以得到圍堰各拐點（圖4中z1-1~z1-6，z2-1~z2-6）的平面坐標，如表1所列。將表1中的坐標輸入到全站儀中，下放南橋墩圍堰時，將全站儀架設在南岸的已知控制點DQ4（565.751,715.441）上；下放北橋墩圍堰時，全站儀架設在北岸的已知控制點DQ3（733.418,632.437）上，后視定向點均為G8（658.623,759.014）。根據(jù)輸入的各點坐標采用免棱鏡模式進行放樣，將雙壁鋼圍堰安裝到指定的位置上。

表1 圍堰各拐點在測量坐標系中的放樣坐標/m

3.3 圍堰實際定位精度的評定

為了對圍堰的實際定位精度進行評價，在圍堰下放成功后，對圍堰各拐點的坐標進行了實測，結果列入表2。

表2 圍堰各拐點在測量坐標系中的實測坐標/m

由于前述測量坐標系是廣州市的城建坐標系，其X軸方向與橋梁軸線方向不一致，兩方向之間的夾角為23°12′52″。為了求出在橋梁軸線方向與垂直軸線方向上的定位誤差，需將圍堰拐點在城建測量坐標系下的坐標轉換為以橋梁軸線為X軸的平面直角坐標系下的坐標，坐標轉換公式為：

式中，（X，Y）為城建坐標系下的坐標；（X'，Y'）為以橋梁軸線為X軸的平面直角坐標系下的坐標；α為兩坐標系的X坐標軸之間的夾角。

利用式（7）將表1和表2中的坐標都轉換為以橋梁軸線為X軸的平面直角坐標系下的坐標，然后求得轉換后的實測坐標與放樣坐標之間的差值，列入表3。

表3 圍堰各拐點的放樣坐標與實測坐標轉換后的差值統(tǒng)計表/cm

將圍堰拐點的實測坐標視為真值，表3中的坐標差值視為真誤差，計算其坐標中誤差的公式為：

式中，?為坐標真誤差；n為坐標差值的個數(shù)。

將有關數(shù)據(jù)代入式(8),求得mX=±3.4 cm，mY=±3.3 cm，圍堰在橋梁軸線方向和垂直于軸線上的放樣中誤差均不超過5 cm，滿足橋墩圍堰定位的精度要求。

[1] 曹宏.全站儀和AutoCAD在工程測量中的應用 [J]. 河北建筑工程學院學報, 2007(1):92-93

[2] 夏煥文. AutoCAD在橋梁工程測量中坐標計算的應用 [J]. 江西測繪, 2006(3):28-30

[3] 馮鐘鳴,惠理軍. AutoCAD、免棱鏡全站儀技術在工程測量中的應用 [J]. 中國水運, 2010,10(8):213-214

[4] 王學平,王登杰,孫英明,等.免棱鏡全站儀在橋梁檢測中的應用 [J]. 山東大學學報:工學版, 2007,37(3):105-108

[5] 夏立福,李井春,胡友健,等.免棱鏡全站儀測距性能的測試及精度分析[J]. 地理空間信息, 2008, 6(2): 133-135

[6] 邵振國. AutoCAD2008中文版實用教程[M]. 北京: 科學出版社, 2007

[7] 張正祿,李廣云,潘國榮,等.工程測量學[M]. 武漢: 武漢大學出版社, 2005

Application of Free Prism Total Station and AutoCAD in the Positioning of Pier Cofferdam

byCHEN Chao

Because the reflector can’t be erected on the water in the positioning of bridge pier cofferdam, this paper discussed the construction measurement method by which the Free Prism Total Station and AutoCAD were used to determine the position of bridge pier cofferdam. Firstly, this method used Free Prism Total Station to measure the coordinates along the piers, and then determined the center of the pier in AutoCAD according to the coordinates. In the end, the coordinates of cofferdam were obtained through mapping.Practical application shows that the method not only satisfies require of precision, but also make the positioning work quick and convenient.

Free Prism Total Station, AutoCAD, bridge pier cofferdam,positioning

P258

B

1672-4623（2013）02-0149-03

10.11709/j.issn.1672-4623.2013.02.049

2012-12-24。

項目來源：教育部地理信息系統(tǒng)軟件及其應用工程研究中心開放研究基金資助項目（20111110）。

陳超，碩士，主要從事路橋施工測量技術與方法的研究。