山東省菏澤市測繪研究院 山東菏澤 274000
摘要:斷面測量工程是工程測量中的一個重要方面,在工程建設(shè)中,有著重要的作用,做好斷面測量工程,無棱鏡全站儀能夠起到很好的作用。本文根據(jù)無棱鏡全站儀測量技術(shù)優(yōu)缺點,結(jié)合其在斷面測量中的應(yīng)用,探討使用方法,總結(jié)經(jīng)驗。
關(guān)鍵詞:無棱鏡全站儀;斷面測量;道路縱;橫斷面測量
引言
當(dāng)前,隨著科學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)、電子技術(shù)的高速發(fā)展及應(yīng)用,極大推動了測繪事業(yè)技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展,現(xiàn)代化的工程施工,越來越依靠測繪技術(shù)現(xiàn)代化的支持。傳統(tǒng)測繪技術(shù)已被測繪數(shù)字化、信息化取代,模擬白紙測圖方式、光學(xué)經(jīng)緯儀已被淘汰。取而代之的是全站儀、電子水準(zhǔn)儀、衛(wèi)星導(dǎo)航、電子繪圖儀?,F(xiàn)代化測繪儀器的普及和應(yīng)用,加快了測繪作業(yè)進度,提高了測繪成果的精度,增加了社會經(jīng)濟效益。無棱鏡全站儀測量技術(shù)的應(yīng)用,就是很好的例證。無棱鏡全站儀與全站儀相比,具有一定的優(yōu)越性,不僅能提高作業(yè)效率,而且能減少一司鏡人員,節(jié)約了人力。全站儀在作業(yè)時,凡是司鏡人員不能達到的地方無法安設(shè)棱鏡時,就不能采集數(shù)據(jù),而無棱鏡全站儀完全克服了此類缺陷,能快速采集數(shù)據(jù)。本文根據(jù)無棱鏡全站儀測量技術(shù)優(yōu)缺點,結(jié)合其在斷面測量中的應(yīng)用,探討使用方法,總結(jié)經(jīng)驗。
1 無棱鏡全站儀概述
1.1無棱鏡全站儀簡介
無棱鏡全站儀,是在原傳統(tǒng)全站儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。傳統(tǒng)的全站儀,不同的型號其作用略有差異,但是基本功能大致相同,都具備測角、測距、電子熒屏顯示、微電腦處理器、存儲記憶等功能,能把所測傾斜距離改化為水平距離、高差、平面坐標(biāo)等結(jié)果。傳統(tǒng)全站儀測距,須有協(xié)作目標(biāo),也就是反光直角棱鏡,或者反射片,棱鏡或反射片把從全站儀發(fā)出的光,反射回全站儀進而測出距離。無棱鏡全站儀基本原理與全站儀大致相同,發(fā)射光束,反射和接收光束。無棱鏡全站儀測距時不需要協(xié)作目標(biāo),而是把儀器射出的管束,直接打在自然物體的表面,光束經(jīng)自然物體表面漫反射后被儀器接收測出距離。然后經(jīng)全站儀微處理器處理,得到不同的數(shù)據(jù)。
無棱鏡全站儀因為不需要協(xié)作目標(biāo),因此能夠在一些危險的地方、人員不能到達的地方廣泛應(yīng)用,這樣不僅作業(yè)強度得以降低,而且危險性也大為降低,同時又能有效保護被測目標(biāo)的穩(wěn)定性、完整性。
1.2 無棱鏡全站儀精度分析
無棱鏡全站儀測角精度,與傳統(tǒng)全站儀相同,不同之處在于測距精度。其誤差來源主要有儀器本身測距精度、氣象條件(主要是溫度、氣壓、空氣透明度等外界條件)、被測物體的反射性能等。由于本文寫作時沒有足夠的實驗數(shù)據(jù),只能根據(jù)誤差理論進行初步探討,不能定量分析。由于無棱鏡全站儀無協(xié)作目標(biāo),其測距精度必然受被測物體反射離散程度的影響,同時受被測物體到全站儀距離的影響。本文從無棱鏡全站儀測量的少量數(shù)據(jù)來看,反射物體穩(wěn)定性減弱,其觀測數(shù)據(jù)的方差增大,反射物體具有足夠的穩(wěn)定性,其測距精度影響不大。隨著被測物體距無棱鏡全站儀距離的增加,測距精度會降低。目前來看,無棱鏡全站儀測距一般在300米左右,精度在毫米級,能夠滿足測量精度要求求。
1.3 無棱鏡全站儀使用中的問題
無棱鏡全站儀在使用過程中,和全站儀基本相同,要根據(jù)其功能的不同,使用前測定作業(yè)環(huán)境的溫度值、氣壓值,把溫度值、氣壓值輸入全站儀進行溫度和氣壓的自動改正。作業(yè)環(huán)境溫度值的大小,使用圓盒氣壓計測定,作業(yè)環(huán)境溫度,用溫度干濕計測定。溫度和氣壓單位,根據(jù)儀器的功能不同,采用儀器要求的規(guī)定單位。否則,就會人為造成精度降低或粗差。
無棱鏡全站儀在進行測量時,要注意儀器和被測物體之間是否有移動物體出現(xiàn),觀測人員注意力要集中,否則,在儀器和被測物體之間有移動物體出現(xiàn),而觀測人員沒有發(fā)現(xiàn),就會造成測量數(shù)據(jù)失真。這一點,是與全站儀的最大足區(qū)別,全站儀沒有棱鏡不測距,只有在有棱鏡的情況下才能測量,有移動物體遮擋,測不出數(shù)據(jù),不造成數(shù)據(jù)失真。觀測人員要根據(jù)不同的測量環(huán)境,注意不同的移動物。在城區(qū)測量,要注意行人、車輛等遮擋,在城區(qū)外田地或河道、道路測量,不僅要注意行人、車輛,還要注意風(fēng)力的影響,風(fēng)吹樹搖葉動時,遮擋測量。
無棱鏡全站儀雖有優(yōu)點,但是缺點也不可忽視,就是儀器受移動目標(biāo)影響大,稍不注意,就出現(xiàn)錯誤。為防止此類錯誤出現(xiàn),儀器測距瞬間,觀測人員要精力集中,確定測距時無遮擋物,不注意的話,采集的數(shù)據(jù)失真,影響觀測結(jié)果。
在使用無棱鏡全站儀時,要根據(jù)天氣情況,給儀器打傘,不能把儀器曝露在烈日下,儀器不能受潮,要防止雨水浸入。如果儀器曝露在烈日下,不僅會降低儀器測量精度,長期這樣下去,還會減少儀器使用壽命。
2 斷面測量原理
2.1 斷面要求和斷面數(shù)據(jù)
在道路、河道、水渠、管線等工程中,設(shè)計人員需要知道沿工程方向的地面起伏狀態(tài),然后根據(jù)起伏狀態(tài)設(shè)計工程的要素,這就是縱斷面。與縱斷面垂直的斷面,在一定范圍內(nèi)起伏的地面狀態(tài),就是橫斷面,橫斷面起伏的數(shù)據(jù)要素,同樣是設(shè)計人員需要的重要數(shù)據(jù)??v、橫斷面的測量,實際就是測定其縱、橫線平面位置和高程,進而繪制縱、橫斷面圖,提供給工程技術(shù)設(shè)計人員。
2.2 無棱鏡全站儀測量
使用無棱鏡全站儀,測出一點的平面位置、高程,繼續(xù)沿縱、橫向線測出其他點的位置和高程,然后經(jīng)計算機處理,從而繪出斷面圖。在測量時,一個點的坐標(biāo),利用無棱鏡全站儀功能直接測出,儀器自動記錄。測量高程時,要進行一定的操作。無棱鏡全站儀高程測量,實際上就是三角高程測量。三角高程測量公式為:
h=D*tga+k-l,①
Hb=Ha+h ②
上式中,是由某個已知高程點a,在a點上安置儀器,觀測另一個未知點b,①式是計算兩點高差,D是兩點之間的水平距離,k是a點儀器高,l是未知點b上的覘標(biāo)高,h是兩點高差,tga是觀測時測得的豎直角正切值,②式是高程計算公式。根據(jù)無棱鏡全站儀的功能可知,覘標(biāo)高為零,D*tga則由無棱鏡全站儀直接測出,儀器高k用小鋼尺直接量出,輸入儀器,則未知點高程直接測出,儀器自動記錄。
3 道路縱、橫斷面測量
道路工程,主要有鐵路、公路、簡易路工程,一般主要指鐵路和公路。鐵路工程中縱、橫斷面測量主要是選線時進行,公路縱、橫斷面測量主要是選線新建和改造時進行。部分道路工程在竣工驗收時,也進行縱、橫斷面檢測量。本文中以公路縱橫、斷面測量為主,敘述無棱鏡全站儀測量技術(shù)具體應(yīng)用。公路工程經(jīng)有關(guān)部門可行性研究后組織實施,一般是根據(jù)設(shè)計圖紙上頂線,然后到實地進行定線。道路中線實地定放后,即可進行縱、橫斷面測量。一般的縱橫斷面可以分開進行,也可以同時進行,本文以分開的方式進行敘述。
3.1道路縱斷面測量
在進行縱斷面測量前,要收集道路工程區(qū)域內(nèi)的控制在資料、道路中心線定測情況、道路中樁具體位置。根據(jù)道路等級要求,確定施測精度。也可根據(jù)道路工程總體技術(shù)要求規(guī)定執(zhí)行設(shè)計要求精度。無論哪種情況,都要確保測量精度的可靠性。
根據(jù)收集掌握道路工程范圍內(nèi)各類控制點布設(shè)情況及精度,判斷控制點密度和精度是否滿足縱斷面測量要求,如果不能滿足縱斷面測量要求,應(yīng)根據(jù)技術(shù)設(shè)計,布設(shè)施測加密控制點。當(dāng)工程區(qū)域內(nèi)控制點能夠進行測量時,就可開始測量。根據(jù)道路中心樁之間的距離以及地形情況確定是否加樁,一般的平坦地區(qū),30至50米一個中心莊,地形起伏較大,要根據(jù)起伏情況,在地形變換處增加中樁,中樁點的密度,以能正確反映道路中線地形起伏為準(zhǔn)。儀器觀測員在已知點上安置無棱鏡全站儀后,用小鋼尺量取儀器高至毫米,根據(jù)儀器功能輸入儀器高,輸入已知點坐標(biāo)、高程數(shù)據(jù),根據(jù)實地測量的溫度、氣壓值,按要求輸入儀器。如果不能現(xiàn)場測量氣壓、溫度,也可根據(jù)當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報查詢當(dāng)天溫度、氣壓值。轉(zhuǎn)動儀器瞄準(zhǔn)后視點定向,用另一個已知點做檢查。記錄員要根據(jù)要求,對上述有關(guān)數(shù)據(jù)進行記錄,并檢查,記錄檢查無誤后,核對檢查結(jié)果,是否符合要求后,進行測量。觀測員瞄準(zhǔn)首個觀測點進行觀測,儀器自動記錄,保存數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)動儀器,同法施測下一個觀測點,直到本測站結(jié)束,結(jié)束前,利用已知點進行檢查。同法進行下一站觀測,直至觀測結(jié)束。這樣觀測的數(shù)據(jù),就是每個中樁點的三維值,觀測時,要瞄準(zhǔn)中樁地面位置,不要瞄準(zhǔn)中樁上部,不然就不是該點的地面位置了。外業(yè)結(jié)束后,從全站儀上下載觀測數(shù)據(jù)到計算機,對數(shù)據(jù)進行處理,完成縱斷面圖的繪制。
3.2 道路橫斷面圖的測量
道路橫斷面圖的測量,和縱斷面圖測量方法一樣,只是橫斷面測量時,一般不用布點,直接瞄準(zhǔn)測量就行。在進行橫斷面測量時,要注意點的取向,一定要選在縱向的基本垂直方向,不可偏離太大。一般平坦地區(qū),5至15米一個點,有起伏時,地形變換處都要測量。在一個測站上,可以同時測量多個橫斷面點。