程良春

(凱里公路管理局)

淺談用實時三維動態(tài)監(jiān)測提高道路施工測量的可靠性

程良春

(凱里公路管理局)

施工測量過程中經(jīng)常進行人地坐標與建筑坐標的相互轉(zhuǎn)換。在道路施工測量時，也經(jīng)常遇到線路坐標與人地坐標的相互轉(zhuǎn)換。采用實時三維動態(tài)測量能夠提高測量可靠性，加強效率，從而減少道路施工前的技術(shù)準備時間。

道路施工測量;可靠性;提高;實時三維動態(tài)測量

1 實時三維動態(tài)監(jiān)測

三維坐標放樣的方法相較于經(jīng)緯儀加鋼尺的方法具有較高的測量效率，因為放樣是一種慢慢逼近的過程，一般情況下一個點的放樣需要經(jīng)過許多次的測量。但是因為路橋具有多變的平面位置，并且縱橫的高程也在不斷發(fā)生變化，所以上述兩種方法都不利于控制高程，所以需要對測量方法進行完善，通過測量對路橋的高程和平面位置進行控制，并對施工進行實時的三維動態(tài)監(jiān)測。

實時三維動態(tài)監(jiān)測主要是指在進行道路的施工過程中對開挖的路基、鋪設(shè)構(gòu)造層的平面、高程等進行測量和分析，然后將其結(jié)果匯報給操作人員，讓操作人員對施工過程中存在的缺陷進行修改，從而保證施工質(zhì)量和效率。實時三維動態(tài)檢測的過程主要有:先利用全站儀或者是GPS系統(tǒng)對施工現(xiàn)場的控制點的三維坐標進行測量，并利用大地坐標和平面的參數(shù)等計算出該控制點相應(yīng)的線路坐標，再結(jié)合該控制點的豎曲線參數(shù)等計算出相應(yīng)的點位設(shè)計高程，并對測量值和設(shè)計值的誤差進行研究分析，從而輔助施工。通過計算機可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，耗時比較短，從而實現(xiàn)實時的動態(tài)監(jiān)測。

2 實時三維動態(tài)監(jiān)測的使用方法

2.1 程序的編寫

根據(jù)程序具有的不同功能可以分為以下4個模塊:(1)將已知的路橋線路坐標(樁號L、偏距K)變換為大地坐標(x、y)的計算模塊、(2)已知的路橋線路坐標計算出設(shè)計高程的計算模塊、(3)將已知的大地坐標變換為線路坐標的反算模塊、(4)全站儀和計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信模塊。

(1)第一種計算模塊:這種計算模塊比較簡單，只是將施工現(xiàn)場中的數(shù)學模型按照不同的平面曲線進行編號，平面曲線的類型主要有直線、曲線1(指由直線到圓曲線一段)、曲線2(指由圓曲線到直線一段)、圓曲線，然后按照編號編寫程序。進行計算時要根據(jù)相應(yīng)的樁號判斷該區(qū)域的曲線類型和段號，然后對應(yīng)相應(yīng)的大地坐標和切線的方位角，最后根據(jù)前面計算的結(jié)果和相應(yīng)的偏距計算出該點相應(yīng)的大地坐標。

(2)第二種計算模塊:這種計算模塊的方法和第一種計算模塊的方法類似，都是先進行編號，但是曲線的類型主要有直線、豎曲線段兩種，然后編寫程序。進行計算時要根據(jù)相應(yīng)的樁號判斷該區(qū)域的曲線類型和段號，然后計算出該點路對應(yīng)的設(shè)計高程(Ho)，最后根據(jù)偏距和Ho計算出該點的設(shè)計高程(H)。

(3)第三種反算模塊:下圖1表示這種反算模塊的數(shù)學模型。

圖1 反算數(shù)學模型

根據(jù)上述反算模塊的數(shù)學模型可知:線路為QS、P點的大地坐標為x、y，從而計算出QS相應(yīng)的線路坐標。在進行計算時要使用迭代法進行近似計算，先計算出P到Q之間的直線距離(L1)，L1為迭代計算線路坐標的樁號(Li)，根據(jù)第一種計算模塊計算出中心點Oi的坐標和切線方位角，然后以O(shè)i作為原點建立起將切線方向作為A軸，將線路法線方向作為B軸的直角坐標系，然后根據(jù)下圖2中的方法進行轉(zhuǎn)換，將大地的坐標系假設(shè)為直角坐標系(x、y)，A假設(shè)為建筑坐標系，B假設(shè)為直角坐標系，那么就可以根據(jù)下述兩個公式將P點的大地坐標轉(zhuǎn)換為建筑坐標。

圖2 轉(zhuǎn)換坐標系

如果Ai的絕對值小于一個足夠小的正數(shù)δ，那么就可以直接認為P點的線路坐標已經(jīng)計算出來，其坐標為(Li，Bi);如果Ai的絕對值大于δ，那么則要將Li加Ai得出樁號為L，然后根據(jù)L再進行重新計算，一直計算到達到要求即可。

(4)第四種通信模塊:因為不同廠家生產(chǎn)的全站儀具有不同的指令碼系統(tǒng)，所以即使是相同的廠家但是不同的型號的全站儀其指令碼也是不同的，所以在進行程序的編寫過程中必須熟悉掌握全站儀各個指令的含義。全站儀和計算機一般情況下是利用串行端口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和通信，所以在編寫程序之前必須掌握串行端口的語句，并且需要計算出計算機發(fā)出相應(yīng)的測量命令之后，測量的結(jié)果傳輸?shù)骄彺鎱^(qū)的時間差，然后設(shè)計相應(yīng)的等待時間，從而保證數(shù)據(jù)完全發(fā)送到緩存區(qū)，避免計算機出現(xiàn)接收不到數(shù)據(jù)的問題。

2.2 測試程序

編寫好程序之后要對整個程序進行測試，保證程序的結(jié)果是正確的。進行測試的數(shù)據(jù)主要有平面曲線、所有豎曲線和所有的橫坡變換段。

2.3 建立施工的測量平面和高程控制網(wǎng)

建立施工測量平面和高程控制網(wǎng)的精度要求與其他相類似的工程相同，另外還需要制定相應(yīng)的測量方案，從而便于測量全站儀的三維坐標，并且要保證平面和高程的控制點位于相同位置。

2.4 測量方式的確定

路橋施工時存在較多的構(gòu)筑物，并且不同種類的構(gòu)筑物施工時間也不相同，因此對于測量的要求也不相同，所以為了保證測量的簡便和施工的進度和質(zhì)量等，在進行測量之前要先確定不同構(gòu)筑物不同部位的測量方式。本文中主要涉及了兩種測量方法，但是一般情況下橋墩、涵洞、樁等構(gòu)筑物比較適合使用三維坐標放樣的測量方法，而開挖道路的路基、鋪設(shè)構(gòu)造層則比較適合使用實時監(jiān)控測量的方法。

(1)三維坐標法放樣測量方法

該測量方法主要有以下四個方面:第一，確定的放樣點的位置和施工人員;第二，使用全站儀進行現(xiàn)場放樣，并將其結(jié)果在現(xiàn)場進行明顯牢固的標識;第三，每個工作結(jié)束之后進行復核，復核之后要進行自檢和互檢，在保證正確的基礎(chǔ)上進行下一步施工;第四，施工人員的交底工作。

(2)實時三維動態(tài)監(jiān)測測量方法

該測量方法主要有以下三個方面:第一，將測量監(jiān)控點的坐標在監(jiān)控的范圍內(nèi)進行設(shè)站和定向，如果周圍沒有適合的控制點那么可以加密一級控制點，然后測量其三維坐標。第二，將測量的三維坐標的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，然后根據(jù)編寫好的程序計算出該控制點和構(gòu)筑物位置之間的關(guān)系，從而計算出該控制點的高程、平面偏離的方向和大小等。第三，及時將數(shù)據(jù)反饋給操作人員，讓操作人員對其缺陷進行修改，從而有效的輔助施工。

3 結(jié)束語

綜上所述，施工過程中的測量是保證工程施工質(zhì)量和效率的基礎(chǔ)，因此如果測量過程中出現(xiàn)錯誤那么即使施工質(zhì)量完美也無法達到相應(yīng)的技術(shù)要求。根據(jù)我國城市、公路、交通等的快速發(fā)展，我國對于道路施工質(zhì)量的要求也變得越來越高，所以我們必須更加重視測量工作，為此，本文提出了實時三維動態(tài)測量的方法，來加強工作效率，提高道路施工測量的可靠性

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U416.1

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1008－3383(2014)04－0040－02

2013－11－19

;程良春(1973－)，男，貴州黎平人，工程師，主要從事公路施工、養(yǎng)護及管理研究。