全站儀在道路工程斷面測(cè)量中的應(yīng)用研究

苗恒亞 余 騰

宿遷學(xué)院（223800）

0 引言

在傳統(tǒng)道路縱橫斷面測(cè)量中，一般要先進(jìn)行基平測(cè)量，再進(jìn)行中平測(cè)量，而且視線長度一般不超過150 m；在橫斷面測(cè)量時(shí)，常用的方法有水準(zhǔn)儀法、經(jīng)緯儀法等，這兩種方法速度慢而且不利于進(jìn)行數(shù)字化處理。本文擬對(duì)全站儀用于縱橫斷面測(cè)量的數(shù)據(jù)采集全過程及后繼處理進(jìn)行研究。

1 全站儀進(jìn)行縱橫斷面測(cè)量的方法

首先，應(yīng)該進(jìn)行控制測(cè)量。沿線路布設(shè)平面控制點(diǎn)，可用電磁波測(cè)距導(dǎo)線，也可用GPS測(cè)量；沿線路布設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)，水準(zhǔn)點(diǎn)和平面控制點(diǎn)應(yīng)放在同一個(gè)點(diǎn)上，即測(cè)出控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)；控制點(diǎn)的等級(jí)由工程性質(zhì)和長度決定。

然后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，把所要進(jìn)行測(cè)量的縱橫斷面數(shù)據(jù)放在全站儀內(nèi)存的同一個(gè)文件里面，沿著道路起始方向用極坐標(biāo)法逐個(gè)斷面測(cè)量。把道路縱斷面和橫斷面上特征點(diǎn)按順序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，所測(cè)量的數(shù)據(jù)文件為坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件。測(cè)量時(shí)應(yīng)在草圖上記下各個(gè)橫斷面中線樁編號(hào)。格式如下∶

1點(diǎn)點(diǎn)名，y坐標(biāo)，x坐標(biāo)，z坐標(biāo)

……

n點(diǎn)點(diǎn)名，y坐標(biāo)，x坐標(biāo)，z坐標(biāo)

測(cè)量結(jié)束后,從全站儀下載坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件，生成的南方公司坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件格式如下∶

1點(diǎn)點(diǎn)名，y坐標(biāo)，x坐標(biāo)，z坐標(biāo)

……

n點(diǎn)點(diǎn)名，y坐標(biāo)，x坐標(biāo)，z坐標(biāo)

對(duì)以上的坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行編輯，也可以編程序自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，生成另外一個(gè)簡(jiǎn)碼數(shù)據(jù)文件，格式如下∶

總點(diǎn)數(shù)

點(diǎn)號(hào)，M1，y坐標(biāo)，x坐標(biāo)，z坐標(biāo)

點(diǎn)號(hào)，1，y坐標(biāo)，x坐標(biāo)，z坐標(biāo)

點(diǎn)號(hào)，1，y坐標(biāo)，x坐標(biāo)，z坐標(biāo)

……

點(diǎn)號(hào)，Mi，y 坐標(biāo)，x 坐標(biāo)，z坐標(biāo)

……

點(diǎn)號(hào)， i，y坐標(biāo)，x坐標(biāo)，z坐標(biāo)

其中，M1，M2，Mi中的數(shù)字為道路中線樁沿起始方向的編號(hào)，應(yīng)從0樁號(hào)開始，按實(shí)際順序編號(hào)；M表示中線樁。Mi行下面行的數(shù)字應(yīng)和i一致，表示第i個(gè)斷面上中線樁兩側(cè)橫斷面上的點(diǎn)。

簡(jiǎn)碼數(shù)據(jù)文件編寫好之后，下面用CASS7.0進(jìn)行數(shù)據(jù)算處理。打開“工程應(yīng)用”菜單，在下拉選項(xiàng)中選中“生成里程文件”子菜單，在子菜單中選中“由坐標(biāo)文件生成”，彈出對(duì)話杠“由坐標(biāo)文件生成里程文件”，在該對(duì)話框“簡(jiǎn)碼數(shù)據(jù)文件名”中選擇上面編好的簡(jiǎn)碼數(shù)據(jù)文件；在“斷面里程數(shù)據(jù)文件名”中選擇里程文件保存的路徑并給出里程數(shù)據(jù)文件名。

下面開始自動(dòng)生成縱橫斷面，打開“工程應(yīng)用”菜單，在下拉選項(xiàng)中選擇“斷面法土方計(jì)算”選項(xiàng)，在該選項(xiàng)的子菜單中選擇“道路斷面”選項(xiàng)，彈出“斷面設(shè)計(jì)參數(shù)”對(duì)話框，在該對(duì)話框中選擇上面編寫好的里程文件，如果要對(duì)橫斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)，還可以選擇橫斷面設(shè)計(jì)文件，按確定按扭之后，接著又彈出“繪制縱斷面圖”對(duì)話框，對(duì)橫斷面橫向與縱向比例尺等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，結(jié)束后按確定按扭，則在屏幕繪圖區(qū)設(shè)計(jì)的位置自動(dòng)生縱斷面圖，并提示用鼠標(biāo)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(jìn)行縱橫斷面特征點(diǎn)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集時(shí),遇到的一個(gè)問題是橫斷面方向的確定。由于測(cè)量精度要求一般不高，可以使用方向架。而對(duì)于直線段，將方向架置于中樁上，方向架的一個(gè)方向?qū)?zhǔn)路線前方或后方某一中樁，則另一方向即為橫斷面的施測(cè)方向。

對(duì)于圓曲線，可在方向架上安裝一個(gè)能轉(zhuǎn)向的定向桿cc'，先將方向架安置在ZY(或YZ)點(diǎn)，用aa'桿瞄準(zhǔn)交點(diǎn)JD，即切線方向，這時(shí)與其垂直的bb'桿方向指向圓心，即是過ZY(或YZ)點(diǎn)的橫斷面方向；旋松定向桿cc'的制動(dòng)鈕，轉(zhuǎn)動(dòng)定向桿cc'瞄準(zhǔn)欲測(cè)定橫斷面方向的下一個(gè)中樁Pi,并旋緊制動(dòng)鈕。搬方向架于中樁 Pi，以bb'桿瞄準(zhǔn) ZY(或 YZ)點(diǎn)，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(duì)于下一個(gè)橫斷面的確定，可把方向架置于Pi點(diǎn)確定。

當(dāng)?shù)孛嫫鸱^大或橫斷面較寬，橫斷面上變坡點(diǎn)與中樁上方向架難以通視或看清時(shí)，此時(shí)可用全站儀極坐標(biāo)放樣的方法在橫斷面上盡可能遠(yuǎn)地放出兩點(diǎn)，然后一人站在其中一點(diǎn)上，瞄準(zhǔn)另一點(diǎn)進(jìn)行定向，指揮棱鏡手，使得反射鏡既在變坡點(diǎn)上，以在該橫斷面上。

2.2 在已知三維坐標(biāo)點(diǎn)設(shè)站

在已知三維坐標(biāo)點(diǎn)設(shè)立測(cè)站并瞄準(zhǔn)其它點(diǎn)進(jìn)行定向時(shí)，必須進(jìn)行距離和高差的檢核，；如果還可見第三個(gè)三維控制點(diǎn),則應(yīng)把其三維坐標(biāo)測(cè)量出來，并與已有的坐標(biāo)值進(jìn)行比較，在限差滿足要求后才可以進(jìn)行碎部點(diǎn)的采集。

2.3 增設(shè)測(cè)站點(diǎn)

當(dāng)斷面距離已有控制點(diǎn)太遠(yuǎn)或難以通視時(shí)，需增設(shè)三維坐標(biāo)點(diǎn)。可采用全站儀測(cè)距導(dǎo)線的形式進(jìn)行測(cè)量，需要注意的是，在增設(shè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)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(cè)站高差的中誤差為14 mm。

在增設(shè)點(diǎn)上設(shè)測(cè)站時(shí)，必須利用附近的中樁點(diǎn)進(jìn)行檢核。對(duì)平面位置可使用全站儀后方交會(huì)方法進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)高程點(diǎn)可使用光電測(cè)距三角高程測(cè)量方法進(jìn)行檢驗(yàn)，確認(rèn)合格后才可使用，否則應(yīng)查找原因并改正。

3 結(jié)論

采用此方法,能夠極大地提高測(cè)量的速度，使測(cè)量工作更加輕松，效率、精度更高。并且在成果處理時(shí)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，其所提供的縱橫斷面圖更加標(biāo)準(zhǔn)和美觀，且不存在手工繪圖時(shí)的繪圖誤差。因此，介紹的簡(jiǎn)單草圖縱橫斷面測(cè)量方法具有很強(qiáng)的工程實(shí)用性。

[1]南京工業(yè)大學(xué)測(cè)繪工程教研室.測(cè)量學(xué)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2005.

[2]武漢測(cè)繪科技大學(xué)《測(cè)量學(xué)》編寫組.測(cè)量學(xué)[M].北京:測(cè)繪出版社,1991.

[3]李青岳,陳永奇.工程測(cè)量[M].北京:測(cè)繪出版社,1995.

[4]聶讓.全站儀與高等級(jí)公路測(cè)量[M].北京:人民交通出版社,1997.