陳曉暉

（廣西　南寧　530023）

全站儀在公路測(cè)量中的應(yīng)用分析

陳曉暉

（廣西南寧530023）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)公路建設(shè)也以突飛猛進(jìn)的速度不斷發(fā)展，近年來(lái)，國(guó)家在公路測(cè)量上的投入不斷加大，公路測(cè)量問(wèn)題已經(jīng)引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。全站儀作為新興的高科技測(cè)量?jī)x器在公路測(cè)量工程中起著越來(lái)越大的作用，而且比之傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器有著無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)，其適用性、優(yōu)越性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原有測(cè)量?jī)x器。全站儀功能多樣，操作便捷，測(cè)量準(zhǔn)確，而且精度高，能完成距離、角度、高度、坐標(biāo)等物理量的測(cè)量，而且有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、處理的功能。

全站儀；公路測(cè)量；應(yīng)用；分析

1　前言

新建或者改建公路之前，測(cè)量工作必須充足準(zhǔn)確。經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀和鋼尺是傳統(tǒng)公路測(cè)量過(guò)程中常用三種儀器。根據(jù)不同的設(shè)計(jì)過(guò)程，公路測(cè)量又可以分為外業(yè)勘測(cè)和內(nèi)業(yè)設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。其中全站儀就是一種集合了經(jīng)緯儀、測(cè)距儀、水準(zhǔn)儀和數(shù)據(jù)記錄模塊為一體的外業(yè)勘測(cè)儀器。比之以往的公路設(shè)計(jì)文件，現(xiàn)在的公路設(shè)計(jì)過(guò)程中要求設(shè)計(jì)者編制路線逐樁坐標(biāo)等文件，但是傳統(tǒng)儀器測(cè)量路線逐樁坐標(biāo)的方法不但麻煩而且精確度不高，全站儀的出現(xiàn)使得這些問(wèn)題迎刃而解。全站儀具有光電測(cè)距、電子測(cè)角和數(shù)據(jù)處理的功能，是集合了經(jīng)緯儀、測(cè)距儀、數(shù)據(jù)模塊于一體的高科技儀器[1]。全站儀不僅集合了傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器的各種功能，而且在數(shù)據(jù)的采集處理儲(chǔ)存方面有著傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器難以比擬的優(yōu)勢(shì)。全站儀的使用是對(duì)傳統(tǒng)公路測(cè)量方法的一次革命性改革，合理的使用全站儀，采用新型的測(cè)量方法，不僅能夠提高測(cè)量效率，縮短工期，而且能夠減少經(jīng)濟(jì)投入，節(jié)約資源。比較常用的全站儀有徠卡系列、拓普康系列等。筆者根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)，首先簡(jiǎn)述全站儀的特點(diǎn)，然后具體闡述全站儀的測(cè)量方法和使用方法。

2　全站儀的特點(diǎn)

全站儀在公路測(cè)量工程中的優(yōu)勢(shì)不言而喻，不僅速度快，效率高，功能齊全，而且適用范圍廣，使用簡(jiǎn)便、可靠。下面就具體闡述全站儀的優(yōu)勢(shì)和功能[2]。

2.1全站儀功能更加齊全，精確度更高

全站儀集合了經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀和鋼尺的功能，能夠測(cè)量距離和角度，而且在數(shù)據(jù)采集處理的過(guò)程中優(yōu)勢(shì)明顯。全站儀的精度指標(biāo)可以分為兩種：測(cè)距標(biāo)準(zhǔn)差（md）、測(cè)角標(biāo)準(zhǔn)差（mp）。其中測(cè)距的原理是光電原理，按照國(guó)家頒布的《光電測(cè)距儀檢定規(guī)程》，全站儀可以根據(jù)測(cè)距精度的不同分為不同的等級(jí)，全站儀的分類如表1所示。

表1　全站儀分類等級(jí)

表1為全站儀在測(cè)量距離過(guò)程中的分類，根據(jù)誤差的不同可以分為三級(jí)，分別是Ⅰ級(jí)儀器、Ⅱ級(jí)儀器、Ⅲ級(jí)儀器。全站儀測(cè)角原理是電子測(cè)角原理，按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)角的標(biāo)準(zhǔn)差可以分為：±0.5"、±1"、±1.5"、±2"、±3"、±5"、±6"、±10"、±20"等九種不同精度類型。

2.2全站儀放樣速度快，精度高，而且可以降低控制點(diǎn)的密度

全站儀可以利用專用的放樣程序卡進(jìn)行自動(dòng)放樣，測(cè)量人員只要將相應(yīng)的放樣點(diǎn)和控制點(diǎn)輸入即可。全站儀可以直接根據(jù)程序卡中的程序準(zhǔn)確的進(jìn)行放樣，然后依靠?jī)?nèi)部的CPU自動(dòng)計(jì)算出相應(yīng)的元素，簡(jiǎn)單方便可靠，效率高[3]。全站儀有精確測(cè)角的功能，所以在進(jìn)行測(cè)量中的圓曲線放樣時(shí)，全站儀的優(yōu)勢(shì)非常明顯，一般能夠提高2～3倍的效率，大大縮短測(cè)量時(shí)間。全站儀在放樣精度上面也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的測(cè)量方法，測(cè)量過(guò)程中使用中桿點(diǎn)位放樣的方法能將誤差保證在0.01m以內(nèi)，完全滿足測(cè)量的精度要求。全站儀測(cè)程要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于經(jīng)緯儀和鋼尺結(jié)合使用的測(cè)距方法，降低控制點(diǎn)的數(shù)量，減小控制點(diǎn)的密度，提高測(cè)量效率。

3　全站儀應(yīng)用使用方法

3.1利用全站儀進(jìn)行高程測(cè)量

我國(guó)的公路測(cè)量過(guò)程中，高程測(cè)量是十分重要的，特別是在一些高差起伏極大，地形復(fù)雜的地區(qū)，高程測(cè)量的意義更是重大。傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)量高差法不僅效率低，精度低，而且受到地形的限制，而全站儀測(cè)量高程的方法簡(jiǎn)單有效，只要在兩點(diǎn)之間可以通視就可以根據(jù)三角高程的原理準(zhǔn)確測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的高差。其工作原理如圖1～2所示。

圖1　

圖2　

如圖1所示，首先要保持全站儀和所需要測(cè)量的點(diǎn)可以通視，然后只要將全站儀對(duì)準(zhǔn)置放好的棱鏡，其中棱鏡的位置就是所要測(cè)試的點(diǎn)，最后按下測(cè)量距離的按鍵，就可以準(zhǔn)確的測(cè)量出全站儀和所要測(cè)量的點(diǎn)（棱鏡）之間的高差⊿。如圖2所示，已知其中一個(gè)測(cè)量地點(diǎn)的高程為H。首先測(cè)量出全站儀和兩點(diǎn)和全站儀的高差，分別記作⊿h1和⊿h2，進(jìn)而得出兩點(diǎn)之間的高差就為：⊿HB=|⊿h1-⊿h2|。測(cè)量過(guò)程中保持中桿高度不變，又已知一點(diǎn)的高程為H，那么另一點(diǎn)的高程為HB=|H+⊿h1-⊿h2|。利用這種測(cè)量方法，可以測(cè)量出任意一點(diǎn)的高程。

3.2利用全站儀進(jìn)行面積測(cè)量

利用全站儀測(cè)量面積的工作原理：首先利用全站儀收集地界址點(diǎn)的坐標(biāo)，然后執(zhí)行全站儀內(nèi)部固化的程序，利用不同的公式計(jì)算出面積。全站儀測(cè)量面積的方法分為兩種：①測(cè)量地界坐標(biāo)，然后調(diào)用公式計(jì)算面積；②測(cè)量出平面上不在一條直線上的三個(gè)或者多個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，直接計(jì)算這些點(diǎn)圍成的面積，并且顯示在液晶屏幕上。全站儀測(cè)量面積的方法如圖3所示。

圖3　全站儀測(cè)量面積

如圖3所示，要測(cè)量1、2、3、4個(gè)點(diǎn)所圍成的四邊形的面積，首先要在0點(diǎn)安置一臺(tái)全站儀，將全站儀設(shè)置成面積測(cè)試模式，然后在1、2、3、4四個(gè)點(diǎn)處分別放置棱鏡，保持0點(diǎn)和1、2、3、4四個(gè)點(diǎn)的通視，當(dāng)同時(shí)測(cè)量出四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)，全站儀就可以調(diào)用相應(yīng)的面積公式測(cè)量出4個(gè)點(diǎn)所圍成的四邊形的面積。

3.3利用全站儀測(cè)繪路線地形圖

公路外業(yè)勘測(cè)階段，要求勘測(cè)人員進(jìn)行路線地形圖的測(cè)繪，這是公路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和前提。全站儀能夠根據(jù)采集的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，借助計(jì)算機(jī)繪圖軟件，簡(jiǎn)單精確的測(cè)繪出公路的線路地形圖。文章所述的路線地形圖可以概括為：一步測(cè)量法。一步測(cè)量法首先在一個(gè)測(cè)量站上測(cè)量出導(dǎo)線的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，然后逐步依次測(cè)量碎部點(diǎn)。具體的原理如圖4所示。

圖4　一步測(cè)量法示例圖

圖4中A、B、C、D為已知點(diǎn)，1、2為沿途布設(shè)點(diǎn)，a、b為碎部點(diǎn)。測(cè)量的時(shí)候，首先將全站儀安置在B點(diǎn)，后視測(cè)量A點(diǎn)，然后測(cè)量點(diǎn)1的水平角、豎直角、距離。根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)調(diào)用相應(yīng)的程序，計(jì)算出1點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。同理，計(jì)算出碎部點(diǎn)a、b的坐標(biāo)和高程。下一步將全站儀搬運(yùn)到點(diǎn)1重復(fù)上面步驟，測(cè)量出2的坐標(biāo)以及1點(diǎn)附近的碎部點(diǎn)，進(jìn)而可以利用A、B、a、b、1、2等點(diǎn)的坐標(biāo)繪制路線地形圖。一步測(cè)量法效率高，測(cè)量的工作量相對(duì)較少，測(cè)量精確度高。之所以叫一步測(cè)量法那是因?yàn)檫@種測(cè)量方法只要按照一個(gè)順序逐步測(cè)量就行，測(cè)量過(guò)程中“行走”的路程少一半。

4　全站儀在公路測(cè)量中的具體應(yīng)用

全站儀在公路測(cè)量之前首先要進(jìn)行儀器設(shè)置，比如設(shè)置大氣改正值和棱鏡常數(shù)，前者要根據(jù)溫度和氣壓以及海拔進(jìn)行設(shè)置，后者根據(jù)不同的棱鏡和參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。然后再設(shè)置有關(guān)參數(shù)和條件模式，如測(cè)量最小單位或者對(duì)比度的設(shè)置。利用全站儀進(jìn)行距離測(cè)量、角度測(cè)量和坐標(biāo)測(cè)量。距離測(cè)量過(guò)程中，全站儀對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡時(shí)，可以直接測(cè)量出平距或者斜距，而且可以選擇精測(cè)距、粗測(cè)距、跟蹤測(cè)距等不同的測(cè)量模式；角度測(cè)量可以分為水平角測(cè)量和垂直角測(cè)量，前者分為逆時(shí)針和順時(shí)針切換、方向歸零、任意角度的設(shè)置，后者分為垂直角和坡度百分比兩種模式。坐標(biāo)測(cè)量可以直接測(cè)量坐標(biāo)，也可以利用最小二乘法測(cè)量坐標(biāo)。測(cè)量人員可以直接用全站儀測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的高差，只要知道某一點(diǎn)的高程，可以簡(jiǎn)單的測(cè)量出未知點(diǎn)的高程。設(shè)置好全站儀，了解到要測(cè)量的物理量以后就可以進(jìn)行放樣，放樣可以分為設(shè)站、定向和放樣三個(gè)步驟。最后，全站儀還有數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)、記錄、顯示等功能。全站儀內(nèi)部具有強(qiáng)大的中央處理器，還具有軟件畫圖、打印等功能。

5　結(jié)語(yǔ)

全站儀在公路測(cè)量過(guò)程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，不僅測(cè)量速度快，效率高，功能齊全，而且能夠快速的采集處理數(shù)據(jù)，做到實(shí)時(shí)測(cè)量顯示。筆者相信在不久的將來(lái)，全站儀的功能還會(huì)更加齊全，在公路測(cè)量中的應(yīng)用會(huì)更加廣泛，而且在其他領(lǐng)域中也會(huì)得到普及。

[1]張學(xué)志，畢仙翠，霍艷輝.淺談公路施工中坐標(biāo)計(jì)算及導(dǎo)線復(fù)測(cè)[J].內(nèi)蒙古林業(yè)調(diào)查設(shè)計(jì)，2010（S1）：1～2.

[2]韋積海.全站儀在公路直線段放樣中的便利應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2011（09）：4.

[3]陳楚江，王刊生.全站儀在公路測(cè)設(shè)中的應(yīng)用[J].中南公路工程，2012（01）：5～6.

U412.24

A

1673-0038（2015）29-0288-02

2015-7-4

陳曉暉（1971-），男，講師、工程師，本科，主要從事路橋測(cè)量教學(xué)工作。