淺談縱橫斷面測量的兩種簡便方法

侯晉華

在建設(shè)道路、溝渠和敷設(shè)各種管道時,為了選擇合理的線路和坡度,通常要測量線路的縱、橫斷面,為施工提供可靠而準(zhǔn)確的依據(jù)。新的測量儀器與計算機(jī)的普及使得測量界發(fā)生了革命性的變化,減輕了測量人員的計算工作,提高了測量效率。

1 縱斷面測量

縱斷面測量是指在線路中線測量之后再對中線上各里程樁進(jìn)行的地面高程測量。通過地面高程測量,可以繪制路線中線縱斷面圖,為設(shè)計路線縱坡、計算中樁處的填、挖高度提供重要依據(jù)。

1.1 縱斷面外業(yè)測量的步驟

1)通過設(shè)計好的線路中心線逐樁坐標(biāo),將中樁放樣到實(shí)地。我們可以將長約30 cm的木樁釘?shù)綄?shí)地標(biāo)記其中樁位置。如遇地形起伏變化較大等特殊情況,我們還需要加樁表示。故設(shè)計時應(yīng)考慮這些情況,最好提供間距較小的逐樁坐標(biāo)。2)測量并記錄中樁處的高程,得到的數(shù)據(jù)即為線路中心線縱斷面高程數(shù)據(jù)。

1.2 縱斷面外業(yè)測量的方法

1.2.1 全站儀測量縱斷面

首先我們需要設(shè)站,根據(jù)逐樁坐標(biāo)利用全站儀的放樣程序?qū)⒅袠斗艠拥綄?shí)地并采集記錄其高程,然后把編好號的木樁釘?shù)綄?shí)地正確位置。這樣按此順序依次進(jìn)行下去,直到此測站點(diǎn)無法滿足其觀測需要,我們再將全站儀搬到新的測站點(diǎn)上進(jìn)行觀測。

1.2.2 RTK測量縱斷面

RTK是一種新的常用的GPS測量方法,能夠在野外實(shí)時得到厘米級定位精度的測量方法,它的出現(xiàn)為工程放樣,地形測圖,各種控制測量帶來了新曙光,極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。

首先我們需要在合適的地方設(shè)置基準(zhǔn)站,再利用移動站采集兩個或兩個以上控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行平面和高程參數(shù)轉(zhuǎn)換,滿足限差要求后根據(jù)逐樁坐標(biāo)進(jìn)行中樁放樣并采集記錄其高程,然后把編好號的木樁釘?shù)綄?shí)地正確位置。

1.3 縱斷面圖的繪制

隨著計算機(jī)的普及應(yīng)用,手工繪制縱斷面圖已經(jīng)顯得相當(dāng)落后和緩慢,精度也往往不能滿足現(xiàn)代工程的特殊需要,被各種各樣的計算機(jī)應(yīng)用軟件所代替。我們可以將外業(yè)采集到的縱斷面數(shù)據(jù)錄入繪制縱斷面的應(yīng)用程序,經(jīng)過后期數(shù)據(jù)處理得到直觀而又準(zhǔn)確的縱斷面圖。目前大多數(shù)軟件需要的是原始數(shù)據(jù)的三維坐標(biāo)。

2 橫斷面測量

橫斷面是指過中線樁垂直于中線方向的斷面,橫斷面測量是測量中樁處垂直于中線方向(法線方向)的地面高程,進(jìn)行橫斷面測量時首先要測定橫斷面的方向,然后在這個方向上測定中樁兩側(cè)變坡點(diǎn)與樁點(diǎn)間的距離和高差,從而繪制橫斷面圖。

2.1 橫斷面外業(yè)測量的步驟

1)通常我們用兩兩垂直的十字架在中樁處進(jìn)行定向,使得互相垂直的兩條線分別照準(zhǔn)線路方向和橫斷面法線方向。2)從中樁處開始,沿著橫斷面法線方向,左右兩側(cè)由近及遠(yuǎn)分別采集并記錄變坡點(diǎn)與中樁的平距與高差,或者直接采集變坡點(diǎn)處的三維坐標(biāo),直到最后一個點(diǎn)與中樁的水平距離大于設(shè)計要求距離為止,該中樁處的橫斷面測量結(jié)束。

2.2 橫斷面外業(yè)測量的方法

2.2.1 全站儀測量橫斷面

上面我們已經(jīng)較詳細(xì)的介紹了橫斷面測量的具體實(shí)施方法,這里我們主要補(bǔ)充幾點(diǎn)：1)測量平距與高差模式。我們以南方NTS-352全站儀為例,首先選擇一最佳位置架設(shè)好全站儀,選擇對邊測量程序,以選擇不使用文件程序和選擇A-B,A-C為例,然后在第一步中輸入鏡高并照準(zhǔn)中樁處的棱鏡測量,完畢后屏幕將顯示HD數(shù)值,初始設(shè)置完成;再按照十字架指示的橫斷面法線方向從中樁處開始由近到遠(yuǎn)分別測量中樁左右兩側(cè)變坡點(diǎn)數(shù)據(jù),照準(zhǔn)在變坡點(diǎn)處立好的棱鏡進(jìn)行第二步測量,完畢后屏幕將顯示dHD與dVD數(shù)值,分別為此變坡點(diǎn)與中樁處的平距與高差,記錄此組數(shù)據(jù),這一變坡點(diǎn)處的測量工作結(jié)束;然后依次測量剩下的變坡點(diǎn)與中樁處的平距與高差,直至左右兩側(cè)最后一個變坡點(diǎn)與中樁處的平距大于設(shè)計距離為止,該中樁處的橫斷面測量結(jié)束。2)測量三維坐標(biāo)模式。首先在合適的位置架設(shè)全站儀并進(jìn)行設(shè)站,按照十字架指示的橫斷面法線方向從中樁開始由近到遠(yuǎn)分別測量中樁左右兩側(cè)變坡點(diǎn)的三維坐標(biāo),將其按里程加上左右標(biāo)記Z1(2,3,…,n)與Y1(2,3,…,n)編號并進(jìn)行保存,直至左右兩側(cè)最后一個變坡點(diǎn)與中樁處的平距大于設(shè)計距離為止,此中樁處的橫斷面測量結(jié)束。

2.2.2 RTK測量橫斷面

由于RTK采集的是三維坐標(biāo),我們設(shè)置好基準(zhǔn)站和移動站后采用與全站儀相同的方法采集變坡點(diǎn)的三維坐標(biāo),將其按里程加上左右標(biāo)記編號并保存,我們也可以利用RTK里配置的采集橫斷面程序,省去立十字架步驟,直接通過手簿顯示橫斷面法線方向采集變坡點(diǎn),這里就不做過多的步驟介紹了。

2.3 用EXCEL處理數(shù)據(jù)

全站儀采集的三維坐標(biāo)或RTK采集的三維坐標(biāo)都可以轉(zhuǎn)化成南方CASS的＊.dat格式數(shù)據(jù),我們將其橫斷面數(shù)據(jù)和縱斷面數(shù)據(jù)導(dǎo)出后展點(diǎn)到南方CASS軟件中,利用量取距離工具按鈕我們可以得到每個變坡點(diǎn)與中樁處的平距并將其記錄,然后把每個變坡點(diǎn)與中樁的高差一一對應(yīng)到其平距數(shù)據(jù)組中。把采集到的三維坐標(biāo)按里程編號整理,提取同一組橫斷面中的高程與縱斷面高程放入EXCEL中進(jìn)行高差計算,第一列為里程編號,第二列為其每個變坡點(diǎn)的高程,第三列為對應(yīng)的中樁高程,然后利用EXCEL函數(shù)功能可快速而又準(zhǔn)確計算出每個高差值,尤其在數(shù)據(jù)較多時顯得非常高效。然后,將從南方CASS中量取的變坡點(diǎn)與中樁處的平距與計算得到的高差一一對應(yīng)起來輸入并保存到EXCEL中,形成橫斷面數(shù)據(jù)。

2.4 橫斷面圖的繪制

傳統(tǒng)的橫斷面圖是手工繪制在毫米方格紙上,現(xiàn)在隨著計算機(jī)的發(fā)展與普及,我們一般利用測量軟件進(jìn)行繪制,將采集到并處理好的數(shù)據(jù)輸入程序,經(jīng)處理之后便可利用軟件強(qiáng)大的功能將橫斷面圖繪制出來,相信大家對這一步驟已經(jīng)非常熟悉,這里我們就不做詳細(xì)的介紹了。

3 兩種方法的比較

通過對上述兩種方法的介紹,我們得出兩種方法在不同情況下的優(yōu)缺點(diǎn)及適用性。根據(jù)地形情況及視線和天氣等因素,我們考慮使用全站儀還是RTK,使用合理的儀器將提高測量效率。

在橫斷面測量時,由于所需要的數(shù)據(jù)格式不同和內(nèi)外業(yè)時間的制約,我們應(yīng)該選擇合適的方法進(jìn)行采集。

隨著測量儀器和測量程序的更新和發(fā)展,越來越多適用于縱橫斷面測量的方法被開發(fā)利用,這也需要我們測量工作者在實(shí)踐中摸索總結(jié)出更多簡便的方法,我相信在不久的將來縱橫斷面測量以及其他測量方法將會更加簡捷、方便、高效、全面,測量將會進(jìn)入一個全新的時代。

[1]詹長根.地籍測量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社,2001.

[2]周建鄭.GPS測量定位技術(shù)[M].北京：化學(xué)出版社,2004.

[3]張正祿.工程測量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社,2004.

[4]王慧南.GPS導(dǎo)航原理與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社,2005.