公路工程论文-全站仪在高速公路中的应用

全站仪在高速公路中的应用 1 摘要 全站仪是集经纬仪、电子测距仪等功能为一体的测量仪器，而且具有测设坐标的 功能。它能达到速度快、精度高、方便省时的功效，目前在公路道路工程中广泛 采用。本文就其操作及应用进行简单介绍。 关键词：全站仪 操作 控制测量 全站仪在高速公路中的应用 陕西交通职业技术学院 2 1 全站仪介绍及优势 1.1 全站仪的定义 全站仪作为一种测量用的工具，其已经远远超过了经纬仪的功能，使我们在测量 放样及设置控制点时使用特别方便。全站仪是一种测量用的工具，它已经远远超 过了经纬仪的功能，在测量放样和设置控制点的时候使用特别方便。 1.2 全站仪的优势 、数据处理的快速与值)及相 A、OB、OC 等各点的 X、Y 坐标，同时也可以 查出相应点的设计高程(Z 坐标值准确性。全站仪自身带有数据处理系统，可以快 速而准确地对空间数据进行处理， 计算出放样点的方位角与该点到测站点的距离。 我们可以在Autocad中方便地查出 O据从电脑中通过数据线传输到全站仪中(一次 最多可输入 16000 个点的坐标值)，全站仪便能快速而准确地计算出 O、A、B、C 等的实际距离(而不是 OA、OB、OC 等的)，只要把这些数应的 A、B、C 等点的 方位角。由于测距和测角的精度很高，所以完全可以做到精确定点放线。 、定方位角的快捷性。全站仪能根据输入点的坐标值计算出放样点的方位角， 并能显示目前镜头方向与计算方位角的差值，只要将这个差值调为 0，就定下了 要放样点的方向，然后就可进行测距定位。 、测距的自动与快速性。全站仪能够自动读出距离数值，只要将棱镜对准全 站仪的镜头，全站仪便可很快读出实测的距离，同时比较它自动计算出的理论上 的数据，并在屏幕上显示出两者的差值，从而可以判断棱镜应向哪个方向再移动 多少距离。到显示的距离差值为 0 时，表明那时棱镜所在的位置就是要放样点的 实际位置。 、定完一个点后，可按“下一个（next）”键调出下一个要放样的点，重复 步骤，便可依次放出其它各点。 、 由于全站仪体积小重量轻 （只有 4.9kg） 且灵活方便，较少受到地形限制（除 非全站仪无法看到棱镜），且不易受处界因素的影响（只要三角架扎稳，一般不 全站仪在高速公路中的应用 3 会引起仪器的偏移），只要合理保护全站仪，即使在复杂的自然条件下也可以照 常工作。 、由于所有的计算是由全站仪自动完成，所以放线过程中不会受到参与者个 人的主观影响。 2.2 仪器的基本操作 2.2.1 架设三角架 使三角架腿等长，三脚架头位于测点上切近似平行，三脚架腿牢固地支撑与地 面上。 2.2.2 架设仪器 将仪器放与三脚架架头上，一只手握紧仪器，另一只手旋紧中心螺旋。 2.2.3 测点调焦 通过光学对中器目镜观测，旋转对中器的目镜至分划板十字丝看的最清楚，再 旋转对中器调焦环至地面测点看的最清楚。 2.2.5 使圆水准气泡居中 缩短离气泡最近的三脚架腿，或着伸长离气泡最远的三脚架腿使气泡居 中，此操作一般需要操作人员的重复进行操作才可完成。 2.2.6 使找准部水准气泡居中 松开水平制动扭转动找准部， 使照准部水准器轴平行与任意两脚螺旋的连 线，同时向里或向外旋转，使气泡居中。这时气泡应该向顺时针的方向移动。 2.2.7 旋转 90使气泡居中 将照准部旋转 90，使照准部水准器轴垂直与步骤 6 中的两脚螺旋的连 线，旋转另一脚螺旋使气泡居中。 2.2.8 再旋转 90检查气泡位置 再将照准部旋转 90并检查气泡是否居中。 陕西交通职业技术学院 4 2.2.9 检查气泡再任何方向上是否都位于同一位置 检查气泡在任何方向上是否都位于同一位置上， 如果不应按上述步骤进行 整平。 2.2.10 使仪器对准测点 稍许松开中心螺旋，通过光学对中器目镜观测，同时小心的将仪器在三角 架架头上滑动，致使测点位于十字丝中心后旋紧中心螺旋。 2.2.11 再次检查确认照准部水准气泡保持居中 如果不居中重复第 3 部以后的操作。 3 全站仪的实际应用 全站仪作为现代高科技产物，其已经应用到各种测量事业的个个时期。 3.1 工程控制测量中的应用 3.1.1 平面控制测量 在以前的平面控制测量中测角一般采用经纬仪进行角度测量，其有很大的局 限性，容易受到地形的影响，测站需要进行多次架设才可完成工作，误差比较大。 而应用全站仪则可以较好的完成工作。 测设步骤如下，根据测量工作需要，在测区内选择一系列控制点，在各控制 点上建立地面标志和测全部边长的网称三边测量网（或称测边网）;边、角均测的 称边角网；以折线形为基本图形,既测角又测边的网称为导线网；单一折线形则称 导线。工程控制网的布设，一般应遵循从整体到局部、分级布网、逐级控制的原 则。亦可根据工程需要与现场条件布设全面网或越级布网。它们可以采用三角测 量网，三边测量网或导线网的形式来布设，亦可布设为边角网。 3.1.2 高程控制测量 高程控制测量中在现在工程中采用水准仪较为广泛，主要是其应用方便，快 捷和价格较便宜。这是全站的主要缺点：携带不方便，附属构件较多以及价格比 较昂贵。 3.1.3 地形测图控制测量 地形测图控制测量为测绘地形图而建立平面和高程控制网的测量工作，内 容分为基本控制（又称等级控制）和图根控制。基本控制是整个测区控制测量的 全站仪在高速公路中的应用 5 基础。图根控制是直接为地形测图服务的控制网。基本控制网的建立要根据测区 面积的大小,以满足当前需要为主,兼顾远景发展。 一般先建立控制全局的首级网， 然后再根据需要加密，也可一次建立足够密度的全面网。平面控制网可采用测角 网、测边网或边角网，建成区多采用导线网。在已建有国家或当地平面控制网点 的测区内进行测量时，应与之进行联结。当已建网精度能满足需要时，直接利用 加密或进行必要改算后加密；当精度不能满足需要时，可选用一点的坐标及一条 边的方位角作为起算数据建立独 3.2 全站仪应用基本功能 3.2.1 水平角测量 、按角度测量键。使全站仪处于角度测量模式。照准第一个目标 A 设置 A 方向的水平度数为 0 00 00。 、照准第二个目标此时显示的水平度数既为两个方向间的水平度数。如需 要应做好纪录。 3.2.2 距离测量 、设置棱镜常数，测量距离前须将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对所 侧距离进行改正。仪器设置的一个标准值，此时的大气改正为 0PPM，实测时可输 入温度和气压值（也可直接输入大气改正值）并对测量距结果进行改正。 、量仪器高、棱镜高并输入全站仪。 、距离测量 照准目标棱镜中心按测距键，距离测量开始测距完成时显示斜 距、平距和高差。全站仪的测距模式有精测模式、跟踪模式、粗测模式三种。 精测模式是最常用的测距模式测量时间约为 2.5S，最小显示单位 1mm。 跟踪模式常用与跟踪移动目标或放样时连续测距，最小显示一般位 1cm，每 次测距时间约为 0.3S。 粗测模式测量时间约 0.7S，最小显示单位为 1cm 或 1mm。在距离测量或坐标 测量时可按测距模式（MODE）键选择不同的测距模式。 应注意，我这里介绍的是索佳型号的全站仪，而有些型号的全站仪在距离测 量时不能设定仪器高和棱镜高，显示的高差值是全站仪横轴中心与棱镜中心的高 差。 陕西交通职业技术学院 6 3.2.3 坐标测量 、设定测站点的三维坐标 、设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘度数为其方位角。当设定 后视点的坐标时全站仪会自动计算后视方向的方位角并设定后视方向的水平度盘 度数为其方位角。 、设置棱镜常 其中全站仪的坐标系统平面一般采用北京 54 坐标系 3 度带坐标， 投影带中央 子午线经度为 117 度。高程基准：黄海高程系 3.3 施工放样测量的工作原理 施工放样测量 整体原则是指兼顾工程的全局性和技术要求的完整性。施工控制测量作为施 工放样测量的工作基础，必须从整体原则出发，尽量实现多用性和有效性。多用 性既施工控制测量应满足工程设计及施工放养测量所确定的要求，尽量避免重复 控制测量。有效性既施工控制测量所建立的控制点点位应明显、无损、可靠，便 于应用，点位参数准确，符合应用要求。 3.4 施工放样测量工作的基本要求 3.4.1 紧密结合施工 为紧密结合施工的需要，测量技术人员应作好下列工作： 1熟悉设计图纸，理解有关图纸的设计思路。 2检查图纸，核实图纸的有关数据，做好施工测量的数据准备。 了解施工工作计划和安排，协调测量和施工进度的关系，落实施工测量工 艺。 ，应按照原控制等级进行恢复，并满足精度要求。 了解施工现场的地貌形态和地物分布情况。 做好控制点的复测工作。 3.4.3 加强测量标志的管理、保护，注意受损测量标志的恢复。 测量标志包括控制点标志和放样点标志。 3.5 高等级公路中线恢复测量 全站仪在高速公路中的应用 7 要进行高等级公路的放样测量，首先必须了解高等级公路的测设过程。高等 级公路测设时要采用两阶段设计定路线导线的位置，而是通过选择三维控制点来 控制路线中线的位置。控制点的位置确定后进行三维坐标测量获得控制点的三维 坐标。在施工图上尽管标路线导线的交点，但是在实地并没有这些点的标志。所 以中线放养是根据三维控制点在实地的位置及其坐标和设计文件提供的中桩坐标 进行的。 3.5.1 三维控制点的恢复 在进行中线恢复测量以前应首先恢复三维控制点。按照设计文件提供的三维 控制点的标记和固定桩资料到实地核查控制点的实地位置并设立标志进行加固。 对于丢失的控制点可根据与其相邻的控制点的位置，进行控制点的加密。 3.5.2 利用三维控制点恢复中线 对于高等级公路由于在实地没有定设交点和转点，所有中桩位置的确定都是 依据三维控制点和中桩坐标。为减少放样测量误差，放样时应边放边校核。先放 曲线段的主点桩、曲线起终点和直线段的起终点进行闭合检查。 3.5.3 在采用坐标法放样中线桩时特殊情况的处理 测站点与放样点不通视填筑过高或路堑开挖过深时，导线点和中线点之间不 通视。遇到这种情况，通常采用的方法是选择通视条件好的地势建立任意的测站 点。 全站仪具体操作方法如下： 、对未知点坐标测量前的准备工作，仪器已经正确地安置在测点上，电池 电量充足，仪器参数已按观测条件设置好，度盘定标已完成，并且适宜进行测量 工作。 、输入仪器高，仪器高度是指仪器的横轴中心（一般仪器上设有标志标明 位置） 至测站点的垂直高度。 一般用 2m 钢卷尺量出， 测前通过操作键盘进行输入。 、输入棱镜高，棱镜高是指棱镜中心至测站点的垂直高度，测前通过操作 键盘输入。 、输入测站点数据，在进行坐标测量前需将测站点坐标 N。E。Z 通过操作 键盘输入。 陕西交通职业技术学院 8 、输入后视点的坐标。 、 设置起始方向坐标方位角，在输入测站点和后视点坐标后， 照准后视点， 通过键盘操作，水平度盘度数所显示点坐标和后视点坐标反算得到）此时一起可 先照准后视点，然后直接输入后视方向坐标方位角数值，在此情况下，就无须输 入后视点坐标。 、设置气象改正数；在进行坐标测量前应输入当时的大气温度和气压。 、未知点的三维坐标测量：精确照准立于待测点的棱镜中心，按坐标测量 键，短暂时间后，坐标测量完成，屏幕显示出待测点（未知点）的坐标值。 注：测得未知点的设置，在选定好的地面上挖一深 50cm 左右的坑将准备好 的木桩或粗钢筋打如坑中，并用水泥混凝土进行填实处理。 3.6 桥梁施工中的全站仪测量应用 3.6.1 桥梁中线测量 桥位中线（桥轴线）及其长度是用来作为设计与测量墩台位置的依据，所以 测量桥位中线的目的，引上塔架。 近年来全站仪测量得到广泛应用，因其精度高、操作快、计算简便、在通视 方面不受地形限制，成为测定桥轴线比较好的一种仪器。 全站仪测距时应在气象比较稳定，大气透明度好，附近没有干扰的情况下进 行，且应在不同的时间进行往返观测。观测时间的选择，应注意不要使反光镜镜 面正对太阳的方向。 当照准方向时，待显示度数变化稳定后，测 3、4 次，取平均值，我们应用 全站仪可直接得到平距，如果往返观测值之差在容许范围内，则取往返观测值的 平均值作为该边的距离观测值。 3.6.2 直线桥梁的通视，则用此法是迅速方便的。但测设时应根据当时 测出的气压、温度和测设距离，通过气象改正，得出测设的显示平距。根据屏幕 上的差值前后移动棱镜，直至两者相符，则棱镜处既为要测设的墩位。 当然我们如果有墩位坐标的话，则用坐标法放出桥墩中心位置，更为精确和 方便。其精确度一般为 2mm。 3.6.3 桥梁墩台竣工测量 全站仪在高速公路中的应用 9 全桥墩台竣工以后,为了查明墩台的各主要部分的平面位置和高程是否符合 设计要求,需要进行竣工测量,如实地将墩台完工部分的实际位置和尺寸测绘出来. 为下一阶段桥梁上部构造的定位和安装提供可靠的原始数据.竣工测量的主要内 容有:测定各墩台中心的实际坐标及其间距,进行检查性的水准测量,检查垫石及 墩帽各处的高程、丈量墩台各部分的尺寸。 当布有桥梁三角网时， 式中：=实际距离与设计距离之差； N=间隔数目 如果用前方交会法放样桥墩中心的中误差为 1.5cm，则两桥墩间距离的中误 差应不超过 1.5*1.414=2cm 4 全站仪测量产生的误差分析 按照全站仪测距的原理，分析测距过程全站仪测距误差可分为两类：一类是 与测距离远近无关的误差称为固定和仪器加常数误差，另一类是与测距离成正比 例的误差，称为比例误差。 4.1 固定误差 4.1.1 测相误差 测相误差就是测定相位差的误差，测相精度是影响测距精度的 因素之一， 因此应尽量减小次相误差。 4.1.2 仪器加常数误差 仪器加常数在出厂前都经过检测， 已预置于仪器中， 对所测距离自动进行改 正。但仪器在搬运和使用过程中，加常数可能发生变化，因此应定期进行检测， 将所测加常数的新值置于仪器中，以取代原先的值。 4.1.3 仪器和棱镜的对中误差 精密测距时，测前应对光学对中器进行 4.1.4 周期误差 周期误差是由于仪器内部电信号的串扰而产生的， 周期误差在仪器的使用过 程中也可能发生变化，所以应定期进行测定，必要时可对测距结果进行改正，如 陕西交通职业技术学院 10 果周期误差过大须送厂检修。 4.2 比例误差 4.2.1 真空光速值的测定误差 现在真空光速值的测定精度已相当高，一般可忽略不计。 4.2.2 频率误差 调制频率是右石英晶体震荡器产生的，调制频率决定“光尺