全站仪在公路施工测量中的应用与探讨

全站仪在公路施工测量中的应用与探讨全站仪在公路施工测量中的应用与探讨 摘要 全站仪是把电子经纬仪 测距仪和微型计算机组成一台仪器 其主要特 点 自动测距 自动计算 自动进行气象和地球曲率改正并进行自动观测和记 录等 文章探讨了全站仪在公路施工测量中的应用 一 利用全站仪进行中线测量 中线测量就是根据中线控制桩和导线控制点将设计图纸上的公路中线反映 到实地 故又称恢复中线和中桩放样 恢复中线的方法和手段很多 但随着高 等级公路 特别是高速公路 建设的兴起 对测量的精度提出了更高的要求 因 此利用全站仪进行极坐标放样成为中线测量的主要手段 极坐标法就是利用中 线点与导线点之间的坐标关系放样中线点 如图 1 P 为公路上的中线点 坐 标为 XP YP A B 为导线点坐标分别为 XA YA XB YB P 点与 A 点极 坐标关系用 A 点到 P 点的距离 SAP 坐标方位角 AP 表示 即 SAP AAP tan 1 YP YA XP XA 全站仪就是根据极坐标法原理设制了一套放样模式 只要输入后视点测站 点及待定中线点坐标 仪器就自动给出到该待定中线点的角度偏差值和距离偏 差值 迅速定出中线点 其点位误差为 M 式中 m 测角误差 ms 测距误差 因此利用全站仪放样中桩操作简单 需要设备人员少 效率高 精度高 二 利用全站仪进行高程测量 水准测量是公路高程测量的主要手段 但水准测量受地形条件影响很大 特别是在山区高差起伏很大的情况下 水准测量就受到一定的限制 而利用全 站仪进行高程测量无须受限制 只要两点间通视 就可以进行测量 全站仪利 用三角高程的原理设制了一套直接测定两点间高差的模式 如图 2 所示 也就是说 将棱镜安在带有刻度的对中杆上架在测点 将仪器照准棱镜 只需按下测距键 即可测出棱镜和仪器的高差 h 利用这种方法 可以测出 任意点的高程 如图 3 所示 已知 A 点高程 将仪器照准棱镜 测出 h1 然 后将对中杆架设在待测点 B 上测出 h2 那么 B 点高程为 HB HA V1 h1 h2 V2 在实际施测中 为了减少计算快速测量设高程 将对中杆的高度保持不变 即 V1 V2 这样 HB HA h1 h2 因此利用全站仪测高程方便 简捷 快速 图 3 三 中间观测法的原理和方法 利用水准测量和三角高程相结合的原理 将全站仪置于两观测点中间 观测 点可以是水准点 也可以是转点 前后视距大致相等 视距不宜过长 一般 不超过 500m 以便于能清晰对准觇标 直接读取前后视高差及视距 如图 4 所 示 图 4 全站仪水准测量和高程测量示意图 在测量操作过程中要注意的关键点 1 设站时尽量选择稳固地面 要使仪器始终处于精平状态 有阳光照射 时要打伞 观测后也要检查仪器水泡状态 因为观测时不直接观测竖直角 而 是观测通过由斜距与竖直角计算出的平距和高差 没有检核竖直角的过程 所 以要尽量使仪器处于测量的最佳状态 尽量避免对仪器不利的因素 2 每次照准棱镜时应以横丝为主切准同一参照点 一般以觇标的三角形 端部 不能以棱镜中丝点 因为在几百 m 外一般仪器看不清棱镜中丝点 四 应用全站仪中间法测量的优越性 一 与用水准仪测量相比较的优点 1 速度快 用全站仪测量一测站就能达到几百米 而水准仪最远一测站最长 100 多米 最短有时只有几米 往往用全站仪测一测站就得用水准仪测十几站 因此用全站仪测比水准仪能节省很多时间 2 两水准点间测段距离短 用全站仪测量的测段距离基本为两水准点间的边 长 而用水准仪的测段距离一般为 2 点边长的 1 5 2 倍 而当用 2 种仪器测 出的结果同时满足精度要求时 由于用全站仪测量时减少了不必要的测段距离 测段距离在平差计算中代表权 权比较真实 证明平差的结果客比较可靠 无 形中提高了测量精度 3 受仪器 人为因素误差影响小 由于用全站仪测量时前后视采用对中杆三 角架 不存在扶水准尺过程中人为因素影响 且在转点时对中杆可以直接插紧 地面 观测过程中的沉降量远比尺垫沉降量小得多 在测量过程中 读数的数 据由仪器显示 减少了水准仪的人为估读误差 4 外业 内业计算工作量小 用全站仪测量 只需记录前后视距边长及高差 记数少 记录简单清晰 而用水准仪得记录黑红面的上下中丝读数 且记录及 计算复核过程很繁琐 用全站仪测量的内业整理 平差计算简单 不容易出错 二 与传统的三角高程测量相比较优点 1 不需进行两差改正 由于传统的三角测量在进行单向观测时 受到大气垂 直折光差及地球弯曲差的影响 必须进行两差改正 且 k 值很难测定 而采用 中间法测量 虽然也受到两差改正系数的影响 但因为全站仪是置于两棱镜中 间 两边距离大致相等 且在同一时间段 同一环境下观测时两边的两差改正 系数也大致一样 由两差改正公式 c S2 其中 c 1 k 2R 可以看 出 两边的两差改正数也大致相等 差值很小 可以忽略不计 因此在观测高 差计算公式中可以不考虑两差改正 虽然三角高程测量对向观测也可以消除两差改正的影响 但是要做到同时 观测 至少需要 2 套仪器 照准设备及通信设备等 如果不能做到同时进行则 应选在大气稳定的条件下进行观测 这样终究没有中间测量法方便 简单 2 不需量仪器高及棱镜高 避免由量仪高和镜高所引起的误差 在进行三角 高程测量时 仪器及棱镜设于点位上 必须量取仪器高和棱镜高 由于在量取 仪器和棱镜高时 点位到仪器始终存在一定的偏角 不能直接量取它们的垂直 高度 由此引起的误差会很大 往往保证不了精度 而采用新方法 仪器不设 于点位上面 根据高差公式 h h 前 h 后 d 前 sin 前 i1 t1 d 后 sin 后 i2 t2 d 前 sin 前 d 后 sin 后 i1 i2 t1 t2 1 从式中可看出 在一次测站观测中 仪高不变 i1 i2 则可以不量取仪器 高 只在水准测量前用全站仪测量两只棱镜杆的高差 一般将棱镜杆置于最低 处 以后测量过程中都保持不变 然后将 2 只棱镜杆编上号 在测量时标记好 测量完成后再做相应的改正 因此 从式 1 可得出 h d 前 sin 前 d 后 sin 后 t 2 3 仪器不用设于点位上 采用中间观测法 仪器不设于点位上 不用进行光 学对中 只需精平 有利于提高观测者的工作效率 节省体力 也消除了仪器 对中误差的影响 由于仪器设在 2 观测点中间 仪器摆设比较机动 比较容易 找到视野开阔的地方 避免视线受周围障碍物的影响 从而也提高了观测精度 如果用三角高程测量 则要求 2 水准点相互要通视 往往就需要通过砍树 除 草等方法才能达到 增加了很多不必要的工作 4 速度快 用三角高程测量 一般都采用对向观测法 则 2 水准点间要设 2 次仪器观测 而采用中间观测法则只需要 1 次就行了 单从这方面来看 实际 上比对向观测法速度提高了 1 倍