淺談用實時三維動態監測提高道路施工測量的可靠性

程良春

(凱里公路管理局)

淺談用實時三維動態監測提高道路施工測量的可靠性

程良春

(凱里公路管理局)

施工測量過程中經常進行人地坐標與建筑坐標的相互轉換。在道路施工測量時，也經常遇到線路坐標與人地坐標的相互轉換。采用實時三維動態測量能夠提高測量可靠性，加強效率，從而減少道路施工前的技術準備時間。

道路施工測量;可靠性;提高;實時三維動態測量

1 實時三維動態監測

三維坐標放樣的方法相較于經緯儀加鋼尺的方法具有較高的測量效率，因為放樣是一種慢慢逼近的過程，一般情況下一個點的放樣需要經過許多次的測量。但是因為路橋具有多變的平面位置，并且縱橫的高程也在不斷發生變化，所以上述兩種方法都不利于控制高程，所以需要對測量方法進行完善，通過測量對路橋的高程和平面位置進行控制，并對施工進行實時的三維動態監測。

實時三維動態監測主要是指在進行道路的施工過程中對開挖的路基、鋪設構造層的平面、高程等進行測量和分析，然后將其結果匯報給操作人員，讓操作人員對施工過程中存在的缺陷進行修改，從而保證施工質量和效率。實時三維動態檢測的過程主要有:先利用全站儀或者是GPS系統對施工現場的控制點的三維坐標進行測量，并利用大地坐標和平面的參數等計算出該控制點相應的線路坐標，再結合該控制點的豎曲線參數等計算出相應的點位設計高程，并對測量值和設計值的誤差進行研究分析，從而輔助施工。通過計算機可以實現數據的傳輸，耗時比較短，從而實現實時的動態監測。

2 實時三維動態監測的使用方法

2.1 程序的編寫

根據程序具有的不同功能可以分為以下4個模塊:(1)將已知的路橋線路坐標(樁號L、偏距K)變換為大地坐標(x、y)的計算模塊、(2)已知的路橋線路坐標計算出設計高程的計算模塊、(3)將已知的大地坐標變換為線路坐標的反算模塊、(4)全站儀和計算機之間的數據傳輸和通信模塊。

(1)第一種計算模塊:這種計算模塊比較簡單，只是將施工現場中的數學模型按照不同的平面曲線進行編號，平面曲線的類型主要有直線、曲線1(指由直線到圓曲線一段)、曲線2(指由圓曲線到直線一段)、圓曲線，然后按照編號編寫程序。進行計算時要根據相應的樁號判斷該區域的曲線類型和段號，然后對應相應的大地坐標和切線的方位角，最后根據前面計算的結果和相應的偏距計算出該點相應的大地坐標。

(2)第二種計算模塊:這種計算模塊的方法和第一種計算模塊的方法類似，都是先進行編號，但是曲線的類型主要有直線、豎曲線段兩種，然后編寫程序。進行計算時要根據相應的樁號判斷該區域的曲線類型和段號，然后計算出該點路對應的設計高程(Ho)，最后根據偏距和Ho計算出該點的設計高程(H)。

(3)第三種反算模塊:下圖1表示這種反算模塊的數學模型。

圖1 反算數學模型

根據上述反算模塊的數學模型可知:線路為QS、P點的大地坐標為x、y，從而計算出QS相應的線路坐標。在進行計算時要使用迭代法進行近似計算，先計算出P到Q之間的直線距離(L1)，L1為迭代計算線路坐標的樁號(Li)，根據第一種計算模塊計算出中心點Oi的坐標和切線方位角，然后以Oi作為原點建立起將切線方向作為A軸，將線路法線方向作為B軸的直角坐標系，然后根據下圖2中的方法進行轉換，將大地的坐標系假設為直角坐標系(x、y)，A假設為建筑坐標系，B假設為直角坐標系，那么就可以根據下述兩個公式將P點的大地坐標轉換為建筑坐標。

圖2 轉換坐標系

如果Ai的絕對值小于一個足夠小的正數δ，那么就可以直接認為P點的線路坐標已經計算出來，其坐標為(Li，Bi);如果Ai的絕對值大于δ，那么則要將Li加Ai得出樁號為L，然后根據L再進行重新計算，一直計算到達到要求即可。

(4)第四種通信模塊:因為不同廠家生產的全站儀具有不同的指令碼系統，所以即使是相同的廠家但是不同的型號的全站儀其指令碼也是不同的，所以在進行程序的編寫過程中必須熟悉掌握全站儀各個指令的含義。全站儀和計算機一般情況下是利用串行端口實現數據的轉換和通信，所以在編寫程序之前必須掌握串行端口的語句，并且需要計算出計算機發出相應的測量命令之后，測量的結果傳輸到緩存區的時間差，然后設計相應的等待時間，從而保證數據完全發送到緩存區，避免計算機出現接收不到數據的問題。

2.2 測試程序

編寫好程序之后要對整個程序進行測試，保證程序的結果是正確的。進行測試的數據主要有平面曲線、所有豎曲線和所有的橫坡變換段。

2.3 建立施工的測量平面和高程控制網

建立施工測量平面和高程控制網的精度要求與其他相類似的工程相同，另外還需要制定相應的測量方案，從而便于測量全站儀的三維坐標，并且要保證平面和高程的控制點位于相同位置。

2.4 測量方式的確定

路橋施工時存在較多的構筑物，并且不同種類的構筑物施工時間也不相同，因此對于測量的要求也不相同，所以為了保證測量的簡便和施工的進度和質量等，在進行測量之前要先確定不同構筑物不同部位的測量方式。本文中主要涉及了兩種測量方法，但是一般情況下橋墩、涵洞、樁等構筑物比較適合使用三維坐標放樣的測量方法，而開挖道路的路基、鋪設構造層則比較適合使用實時監控測量的方法。

(1)三維坐標法放樣測量方法

該測量方法主要有以下四個方面:第一，確定的放樣點的位置和施工人員;第二，使用全站儀進行現場放樣，并將其結果在現場進行明顯牢固的標識;第三，每個工作結束之后進行復核，復核之后要進行自檢和互檢，在保證正確的基礎上進行下一步施工;第四，施工人員的交底工作。

(2)實時三維動態監測測量方法

該測量方法主要有以下三個方面:第一，將測量監控點的坐標在監控的范圍內進行設站和定向，如果周圍沒有適合的控制點那么可以加密一級控制點，然后測量其三維坐標。第二，將測量的三維坐標的數據傳輸到計算機中，然后根據編寫好的程序計算出該控制點和構筑物位置之間的關系，從而計算出該控制點的高程、平面偏離的方向和大小等。第三，及時將數據反饋給操作人員，讓操作人員對其缺陷進行修改，從而有效的輔助施工。

3 結束語

綜上所述，施工過程中的測量是保證工程施工質量和效率的基礎，因此如果測量過程中出現錯誤那么即使施工質量完美也無法達到相應的技術要求。根據我國城市、公路、交通等的快速發展，我國對于道路施工質量的要求也變得越來越高，所以我們必須更加重視測量工作，為此，本文提出了實時三維動態測量的方法，來加強工作效率，提高道路施工測量的可靠性

［1］李志隆.試論道路設計標高確定的幾種方法［J］.科技信息，2009，(10):10 －11.

［2］李健，鄭德峰.道路施工測量的步驟和方法［J］.山西建筑，2009，(18):25 －26.

［3］楊東湖.城市道路施工測量中應注意的一些問題［J］.四川建材，2010，(2):9－10.

U416.1

C

1008－3383(2014)04－0040－02

2013－11－19

;程良春(1973－)，男，貴州黎平人，工程師，主要從事公路施工、養護及管理研究。