全站儀在道路工程斷面測量中的應用研究

苗恒亞 余 騰

宿遷學院（223800）

0 引言

在傳統道路縱橫斷面測量中，一般要先進行基平測量，再進行中平測量，而且視線長度一般不超過150 m；在橫斷面測量時，常用的方法有水準儀法、經緯儀法等，這兩種方法速度慢而且不利于進行數字化處理。本文擬對全站儀用于縱橫斷面測量的數據采集全過程及后繼處理進行研究。

1 全站儀進行縱橫斷面測量的方法

首先，應該進行控制測量。沿線路布設平面控制點，可用電磁波測距導線，也可用GPS測量；沿線路布設水準點，水準點和平面控制點應放在同一個點上，即測出控制點的三維坐標；控制點的等級由工程性質和長度決定。

然后進行數據采集，把所要進行測量的縱橫斷面數據放在全站儀內存的同一個文件里面，沿著道路起始方向用極坐標法逐個斷面測量。把道路縱斷面和橫斷面上特征點按順序進行數據采集，所測量的數據文件為坐標數據文件。測量時應在草圖上記下各個橫斷面中線樁編號。格式如下∶

1點點名，y坐標，x坐標，z坐標

……

n點點名，y坐標，x坐標，z坐標

測量結束后,從全站儀下載坐標數據文件，生成的南方公司坐標數據文件格式如下∶

1點點名，y坐標，x坐標，z坐標

……

n點點名，y坐標，x坐標，z坐標

對以上的坐標數據文件進行編輯，也可以編程序自動進行數據格式轉換，生成另外一個簡碼數據文件，格式如下∶

總點數

點號，M1，y坐標，x坐標，z坐標

點號，1，y坐標，x坐標，z坐標

點號，1，y坐標，x坐標，z坐標

……

點號，Mi，y 坐標，x 坐標，z坐標

……

點號， i，y坐標，x坐標，z坐標

其中，M1，M2，Mi中的數字為道路中線樁沿起始方向的編號，應從0樁號開始，按實際順序編號；M表示中線樁。Mi行下面行的數字應和i一致，表示第i個斷面上中線樁兩側橫斷面上的點。

簡碼數據文件編寫好之后，下面用CASS7.0進行數據算處理。打開“工程應用”菜單，在下拉選項中選中“生成里程文件”子菜單，在子菜單中選中“由坐標文件生成”，彈出對話杠“由坐標文件生成里程文件”，在該對話框“簡碼數據文件名”中選擇上面編好的簡碼數據文件；在“斷面里程數據文件名”中選擇里程文件保存的路徑并給出里程數據文件名。

下面開始自動生成縱橫斷面，打開“工程應用”菜單，在下拉選項中選擇“斷面法土方計算”選項，在該選項的子菜單中選擇“道路斷面”選項，彈出“斷面設計參數”對話框，在該對話框中選擇上面編寫好的里程文件，如果要對橫斷面進行設計，還可以選擇橫斷面設計文件，按確定按扭之后，接著又彈出“繪制縱斷面圖”對話框，對橫斷面橫向與縱向比例尺等參數進行設置，結束后按確定按扭，則在屏幕繪圖區設計的位置自動生縱斷面圖，并提示用鼠標在屏幕上拾取位置生成橫斷面圖。

2 常見問題及解決辦法

2.1 橫斷面方向的確定

在用全站儀進行縱橫斷面特征點三維坐標數據采集時,遇到的一個問題是橫斷面方向的確定。由于測量精度要求一般不高，可以使用方向架。而對于直線段，將方向架置于中樁上，方向架的一個方向對準路線前方或后方某一中樁，則另一方向即為橫斷面的施測方向。

對于圓曲線，可在方向架上安裝一個能轉向的定向桿cc'，先將方向架安置在ZY(或YZ)點，用aa'桿瞄準交點JD，即切線方向，這時與其垂直的bb'桿方向指向圓心，即是過ZY(或YZ)點的橫斷面方向；旋松定向桿cc'的制動鈕，轉動定向桿cc'瞄準欲測定橫斷面方向的下一個中樁Pi,并旋緊制動鈕。搬方向架于中樁 Pi，以bb'桿瞄準 ZY(或 YZ)點，按照“同弧兩端弦切角相等”的定理，可知定向桿cc'所指的方向就是圓心方向，即是橫斷面方向。對于下一個橫斷面的確定，可把方向架置于Pi點確定。

當地面起伏較大或橫斷面較寬，橫斷面上變坡點與中樁上方向架難以通視或看清時，此時可用全站儀極坐標放樣的方法在橫斷面上盡可能遠地放出兩點，然后一人站在其中一點上，瞄準另一點進行定向，指揮棱鏡手，使得反射鏡既在變坡點上，以在該橫斷面上。

2.2 在已知三維坐標點設站

在已知三維坐標點設立測站并瞄準其它點進行定向時，必須進行距離和高差的檢核，；如果還可見第三個三維控制點,則應把其三維坐標測量出來，并與已有的坐標值進行比較，在限差滿足要求后才可以進行碎部點的采集。

2.3 增設測站點

當斷面距離已有控制點太遠或難以通視時，需增設三維坐標點。可采用全站儀測距導線的形式進行測量，需要注意的是，在增設點的三維坐標中精度并不相同，高程精度要低一些。

假定 mi和 mv取 2 mm，ms為 3 mm，ma為 5″，豎直角為 20°，距離為 600 m，則通過式（2）可求得一測站高差的中誤差為14 mm。

在增設點上設測站時，必須利用附近的中樁點進行檢核。對平面位置可使用全站儀后方交會方法進行檢驗，對高程點可使用光電測距三角高程測量方法進行檢驗，確認合格后才可使用，否則應查找原因并改正。

3 結論

采用此方法,能夠極大地提高測量的速度，使測量工作更加輕松，效率、精度更高。并且在成果處理時實現全數字化，其所提供的縱橫斷面圖更加標準和美觀，且不存在手工繪圖時的繪圖誤差。因此，介紹的簡單草圖縱橫斷面測量方法具有很強的工程實用性。

[1]南京工業大學測繪工程教研室.測量學[M].北京:國防工業出版社,2005.

[2]武漢測繪科技大學《測量學》編寫組.測量學[M].北京:測繪出版社,1991.

[3]李青岳,陳永奇.工程測量[M].北京:測繪出版社,1995.

[4]聶讓.全站儀與高等級公路測量[M].北京:人民交通出版社,1997.