淺談經緯儀等測量儀器在水利工程施工中的應用

吳海濤

山東省桓臺水利建筑安裝工程總公司

淺談經緯儀等測量儀器在水利工程施工中的應用

吳海濤

山東省桓臺水利建筑安裝工程總公司

本文簡要介紹了經緯儀、全站儀、全球定位系統(GPS)在施工中的一些使用經驗和看法，對水利工程施工人員具有一定參考價值。

經緯儀；全站儀；GPS

緯儀、全站儀、全球定位系統(GPS)是水利工程測量中的幾種常用儀器。他們的造價、使用范圍和應用條件各不相同。隨著技術的發展經緯儀逐漸被全站儀、全球定位系統(GPS)所代替，但經緯儀也有它自己獨特的優點，比如造價低、操作簡單輕便的特點；另外即便是具有全站儀、GPS的單位，也經常會遇到數量不滿足需要或在旁的地方用者，施工時需要用老式儀器代替的情況。這就需要現場施工人員掌握各種儀器的使用方法，以滿足施工需要。就象軍事上，技術含量低的裝備通過合理運用在某些情況下可以替代技術含量高裝備。作為一名工程施工人員要與時俱進，既要學習掌握技術先進的新式測量儀器，也要掌握老式測量儀器的使用方法和技巧，以滿足工程施工的需要。應根據工程需要來選擇合適的測量儀器及測量方法，這樣才能提高工作效率保證施工質量。現根據施工中的一些經驗，對他們的適用情況及使用技巧進行一下初步探討。

一、經緯儀

經緯儀的主要操作步驟包括測站點對中、儀器整平、照準后視點、讀取角度、照準放樣點。經緯儀造價較低，使用輕便，常用于小型結構物或直線放樣工作。在道路、渠道等放直線中心線時比較方便。快速地對中和整平是測量人員的一項重要的基本功。經緯儀的對中主要有使用垂球對中和使用光學對中器進行對中。由于使用垂球對中易受風力等客觀條的影響，使用不方便，現在一般采用光學對中器進行對中。可采用以下步驟：①對中時可一直腳的腳尖放在測站點上，兩手各抓住一條三腳架的架腿進行移動，可快速用對中器找到測站點；②旋轉腳螺旋使光學對中器對準測站點；③伸縮三腳架使圓水準氣泡居中；④調整腳螺旋使長水準泡居中；⑤稍微松開三腳架連接螺旋，在架頭上平移儀器，使對中器對準測站點。如果需平移量超出可移動的范圍，可重復②至⑤項步驟。

通過以上操作可快速實現經緯儀的對中和整平。

對于不帶測距功能的經緯儀，可通過一人進行經緯儀觀測，兩人拉鋼尺量距離進行放樣，也即極坐標法。這種放樣方法在測站點離放樣點較遠或者地面不平整或測站點與放樣點高程相差較大時，給放樣工作帶來不便。在這種情況下可通過交會法進行放樣。交會法主要有前方交會法與后方交會法。前方交會法可采用以下步驟：

1.先在測站點立鏡，照準后視點后，旋轉計算好的角度對準放樣點，在預計的放樣點兩側各打一根控制樁，在兩控制樁中間沿經緯儀十字絲方向拉一條施工線；

2.再在后視點立鏡，照準測站點，然后再按1的步驟再拉一條施工線；

3.在兩條施工線的交匯處用垂球找出放樣點。

放樣點位的精度除角度測量本身誤差外，兩條施工線的夾角對其有很大影響，兩條施工線應盡量保持垂直，偏差不能大于30度。

前方交會法是沒有測距功能的經緯儀在施工中常用的方法，這種方法是測量人員需經常移動經緯儀，工作量較大。隨著測距經緯儀及全站儀的普及，慢慢用的少了。

在控制點不易到達或不易立鏡的情況下可采取后方交會法：在放樣點附近選一過渡點立鏡，通過觀測兩個或多個已知點(觀測點越多精度越高)，來計算過度點的坐標，然后可通過極坐標法找出放樣點。選擇過渡的點應在放樣點附近并便于量距。

采用經緯儀放樣受儀器對中、測角誤差等客觀因素的影響，測站點A與放樣點P的距離DAP同測站點A與后視點B的距離DAB比值越大時，誤差越大，因此后視點應盡量遠一點，并且DAP不小于DAB。[1]

二、全站儀

全站儀一般具有多種測量程序，同時具有數據存儲功能和參數設置功能，具有多種功能，適用面較廣。

全站儀的施工放樣主要包括以下步驟：儀器對中整平、輸入或從內存中調取測站點坐標、照準后視點、輸入或調取放樣點坐標、照準放樣點棱鏡放樣。全站儀測站點的選擇一般在施工現場的較高處及施工機械不容易破壞的地方。如果測站點所在的地方由于施工需要不能保存，則需另選一安全地帶埋設固定樁，用全站儀測出其坐標作為新的測站點。

在結構物施工放樣時，如果測站點所處的位置通視情況良好，可將全部需放樣點的坐標計算出來，將其存儲在全站儀內存中，這樣可不用通過移動測站點，完成整個結構物的放樣工作。在施工中經常遇到深基坑的基礎放樣，由于全站儀在原測站點不能通視，需要在基坑邊設置測站點。設置該測站點有兩種方式，一種是在基坑邊通視情況良好的安全地帶任選一地點埋設控制樁用全站儀測出其坐標作為測站點，然后計算出基坑內基礎各控制點的坐標進行放樣，這種放樣方法是在基坑內許多次支設棱鏡，操作起來不方便，而且需要對基礎的各放樣要素點進行計算，計算起來也比較麻煩；另一種方法是通過計算基礎中心線上基坑附近一點的坐標，通過全站儀放出該點的位置，在該處立鏡對基礎進行放樣，這樣在基坑內可通過一次支設棱鏡，通過鋼尺等工具實現基礎放樣，操作起來較方便；采用該種方法在計算基坑邊測站點坐標時需控制其距基坑邊的距離，近了立鏡不安全，遠了容易不通視。

在對橋梁的樁位等要求較為精確的放樣時，通常會遇到通過花桿加棱鏡確定放樣點，打揳上木樁后，采用三腳架加棱鏡精確放樣時，放樣點偏出木樁的情況，需要重新揳木樁，這樣操作起來很不方便也降低了工作效率。在這種情況下可采用加大木樁截面積的方法，采用10×10cm的方木或直徑10cm的原木長度約20cm底部帶尖，長了不易揳入土中，短了在土中不穩定。這樣放樣點不易偏出木樁，缺點是增加了木樁的成本，應盡量采用呆料、廢料。

另外全站儀的對邊測量功能通過測量兩個目標棱鏡之間的水平距離(dHD)和高差(dVD)在測量斷面時非常方便。[2]采用這種方式比用水準儀操作簡便，可降低測量人員的勞動量。但由于是連續測量，中間一個出現錯誤，后面的會全錯，需要閉合回起始點進行校核。

三、全球定位系統(GPS)

工程施工采用的GPS儀器，由于采用了RTK定位技術，既具有GPS的精度又具有實時性。只要是能接收GPS信號的地點，全天24小時均可使用。基站設置完成后，一個人手持流動站接收機就可進行測量和放樣。GPS放樣主要步驟包括：設置基準站、調取坐標、找出放樣點。在之前需要完成坐標系轉換和錄入坐標的工作。GPS測量可同時測定點的平面位置和高程，GPS點之間不要求相互通視，使得測量更簡便易行。由于每個點的測量都是獨立完成的，不會產生累計誤差，各放樣點精度保持一致。

在長距離的河道測量中，由于障礙物較多，各點之間經常不通視，使用全站儀測量工作量較大，由于測站點移動頻繁，容易帶來累計誤差，GPS的使用可大大提高工作效率，測量人員的勞動強度也可大大降低。但是由于GPS使用前需先設置基準站和進行坐標轉換，每次測量前需先把基準站安好并將其保護好。由于GPS技術含量較高，制約其測量精度的因素較多：如衛星軌道及衛星鐘誤差的影響、大氣折射對衛星信號傳播的影響、大面積的水域或對電磁波反射強烈的物體產生的多路徑效應、接收機鐘及天線相位中心誤差的影響等。因此GPS的使用對觀測環境有定要求，為避免影響GPS衛星信息的接收，其上空要開闊，避開其周圍有高大障礙物或較為隱蔽的地方；為防止磁場對衛星信號的干擾，測量不要在高壓線或無線發射臺附近等。[1]

另外GPS電臺的工作質量受電源的影響較大，所以對電臺的電源有以下要求：無論是外接蓄電池或外接穩壓電源其供電的電壓及電流應符合電臺供電標準；為提高通信質量，要降低電源的紋波系數以減少對射頻頻譜的影響；使用蓄電池時要及時充電，不能過量使用；蓄電池在使用一段時間后，為保證電臺的作用距離，要及時更換。[3]

因此對于占線不長、測量量不大且通視情況較好的工程，采用全站儀更為經濟和簡便。

[1] 聶讓，許金良，鄧云潮.公路施工測量手冊[M].北京：人民交通出版社，2000：139-142，326-332.

[2] 南方測繪儀器有限公司.NTS-340操作手冊[EB/OL].2014：64.

[3] 南方測繪儀器有限公司.靈銳S82-2008產品手冊[EB/OL].2008：34-35.