全站儀對邊測量功能在公路勘察設計中的應用

張磊*

（湖北省交通規(guī)劃設計院股份有限公司，湖北武漢，430050）

全站儀對邊測量功能在公路勘察設計中的應用

張磊*

（湖北省交通規(guī)劃設計院股份有限公司，湖北武漢，430050）

在地形條件復雜路段的公路工程勘測中，路基橫斷面測量一直是野外勘測工作的重頭，也是耗費大量人力最大的工作。如何在保證勘測精度的前提下，有效提高勘測工效、降低野外勞動強度，始終是公路勘測技術人員的追求。本文通過介紹全站儀自帶對邊測量功能的使用方法及原理，結合在公路工程勘察設計中的一些應用，論證了對邊測量技術應用于公路橫斷面等勘測的可靠性。

公路勘察設計；全站儀；對邊測量；橫斷面測量。

引言

在公路勘察設計中，精準的原始測量數(shù)據收集是公路工程野外勘測的主要內容，也是公路橋梁設計的必需條件和主要依據。在地形復雜的山區(qū)公路勘察工作中，路線、路基、橋涵等平、縱、橫面勘測工作始終占據著野外勘測工作的重頭，也是工作量最大的野外工作。其測量精度不僅直接影響到工程設計時的路基土石方工程數(shù)量、橋涵位置關系等，也關系到建成后路基的穩(wěn)定、橋梁涵洞的安全和功能作用的發(fā)揮程度。

1 常見的公路橫斷面測量方法

傳統(tǒng)的公路橫斷面測量方法有花桿皮尺法、水準儀法、經緯儀視距法等。這些測量方法不僅野外工作量巨大，而且還存在著許多缺點?；U皮尺法由于其精度差，測量誤差大，已經不能滿足現(xiàn)代高等級公路工程設計的需要；水準儀皮尺法作業(yè)強度大，可操作性差，不適合在地勢起伏大的地形進行測量，有一定的局限性；經緯儀視距法測量精度可以用于路基橫斷面測量，經緯儀視距法可以配合水準儀塔尺，讀取上、中、下三絲讀數(shù)，利用軟件計算從而實現(xiàn)任意站測量橫斷面，相對前兩種測量方法有一定優(yōu)勢。但不能用該方法進行重要橋涵、隧道等構造物的測量，且后期數(shù)據處理較繁瑣，內業(yè)工作量大。

全站儀目前已大量運用于公路勘察設計領域，但使用范圍和效果因而而異。對邊測量法就是一種很好的公路橫斷面測量方法，其可以在任意地點架設全站儀工作站，具有不受視線阻礙、地形起伏大的影響，野外勞動強度低、內業(yè)工作量小等優(yōu)勢。

2 全站儀對邊測量的工作原理

對邊測量法是指全站儀在任意點架設工作站P，先測量一個起始測點A，再測量任意測點B，間接求出任意測點與起始點間的水平距離S和高差的方法。

對邊測量運用了三角高程測量原理、余弦定理，使用儀器自身程序計算出兩測點間的水平距離和高差。如圖1，在A、B兩點安置棱鏡，棱鏡高相等，在任意與A、B兩點均通視的P點設置全站儀，觀測AP與BP的水平距離和高差以及水平夾角，由EDM三角高程測量原理和三角形余弦定理，可計算出兩點的水平距離和高差。AB兩點的距離計算公式為：S=

AB兩點的高差計算公式為：H=HVAP-HVBP，全站儀對邊測量就是綜合了這兩個原理由儀器自帶軟件，計算后直接在屏幕上顯示出距離和高差。

測量時可以根據需要選擇二種測量模式：放射對邊測量（顯示相對起始點的距離和高差）和相鄰對邊測量（顯示相對前一測點的距離和高差）。相鄰對邊測量是測量測點對應上一次測量點的對應距離和高差，在公路橫斷面測量時應使用放射對邊測量模式。

3 對邊測量的精度

（1）全站儀常規(guī)測量誤差主要有：1）全站儀本身固有的系統(tǒng)誤差。2）儀器對中、沉降誤差。3）儀器高度量測的誤差（目前大部分品牌全站儀無激光垂直量測，需要測量斜高）。4）棱鏡高度量測的誤差（即對中桿刻度分化誤差與傾斜誤差）。5）外界因素，包括溫度、濕度、風力、大氣折光等。

（2）對邊測量類似于導線測量，測量誤差可參照一級導線測量的技術要求，導線及導線網按精度等級劃分為三、四等和一、二、三級。

導線測量主要技術要求如下表1所示：

表1 導線測量主要技術要求

（3）有研究表明，當測量距離小于700米時，可以使用紅外三角高程測量替代三等水準測量，當測量距離小于2000米時，可以替代四等水準測量。當兩測點水平距離等于300米時，對邊測量的距離中誤差約±6mm，當距離增大至600米時，對邊測量中誤差變化不大。說明待測兩點的距離在一定范圍內對觀測圖形要求不高，在這個范圍內距離測量的精度與直接測距差不多。

（4）對邊測量的距離精度不僅與距離測量有直接關系，而且還與角度測量精度有關有關，隨著測量角度的增大，測距誤差的影響減小，而測角誤差的影響增大；測角越大，受測角誤差的影響越大；測角精度越高，對邊測量的精度越高。

（5）現(xiàn)行的《公路勘測規(guī)范》中，平面控制測量一級導線每邊測量中誤差為±14mm；公路高程控制測量最高等級為4等，每公里高差中數(shù)中誤差為±10mm；橫斷面檢測互差限差為±10cm。這說明對邊測量的精度已經滿足了《公路勘測規(guī)范》中一些工點測量的精度要求，如路基橫斷面、構造物標高等，完全可以應用于公路勘測設計。

4 全站儀對邊測量在公路勘察領域的應用

4.1 應用于公路橫斷面測量

采用對邊測量方法測量公路橫斷面的原始地面線，如圖1所示。將全站儀架設于通視條件較好的任意位置 A點，并整平水準。由于全站儀自身的記錄功能較強，因而完全可以不需要對中，從而減少了對中這道工序。之后，先照準已經施放中線的中樁位置B1點，將其作為該中樁對應路基橫斷面左、右幅起始點進行測距，由全站儀讀入內存，再照準該橫斷面線上的特征點B2點測距。此時，由全站儀中對邊測量程序自動計算出B1和B2之間的水平距離和高差，記錄距離和高差。依次沿橫斷面線測量各待測點B3、B4……，直到觀測完一個完整的斷面為止。如果測站可以觀測到下一中樁所對應的橫斷面所有待測點，則不需要重新設站安置儀器，只要重復上述步驟即可。這里要注意的是，每個中樁位置都需要先設定為超始點B1點，測距后再觀測其他待測點，從而保證每個觀測點均為所對應的中樁橫斷面方向。通過內業(yè)的數(shù)據整理，野外工地記錄的橫斷面地面線數(shù)據格式符合相對中樁法格式，即距離和高差都是相對于中樁的距離和高差，可直接用于公路設計軟件進行橫斷面設計。

圖2 公路橫斷面測量示意圖

利用全站儀對邊測量觀測中樁橫斷面時，需要記錄全站儀的高度和移動棱鏡的高度。若儀器視線受小型障礙物遮擋時，可采用升高棱鏡的方法測得兩測點的高差，同時記錄下調整后棱鏡高度，再用兩點高差加（或減）棱鏡調整高差（前點棱鏡高與起始點棱鏡高的差值），即可得出測量點位對應超始點的高差數(shù)據。

4.2 應用于公路隧道施工的變形監(jiān)測

將粘貼有反射片的鋼板預埋在鋼支撐上。完成撐砌混凝土澆筑后，進行初始數(shù)據讀取，間隔一定時間進行一次測量，讀取數(shù)據進行比較，可得出斷面周邊位移數(shù)據，測量結束后對預埋件進行保護，以便再次測量。該方法設站靈活，操作簡單，測量精度高，可以替代傳統(tǒng)的收斂計測量方法。

4.3 應用于公路勘察中其他控制因素測量

在公路勘察設計過程中，往往會有公路路線穿越、跨越既有公路、鐵路、航道等設施、構造物的地段，對邊測量可用于這方面的原始數(shù)據的測量。如被交公路路面標高、鐵路的軌道頂面標高，構造物間的寬度等等，測量出的原始數(shù)據可以應用于路線縱斷面設計中上限或下限高程控制、橋梁或通道墩臺位置的設置等，以便最大程度地勘測清楚實地情況，最小限度地減少對既有設施的影響和破壞。

5 結束語

（1）全站儀對邊測量功能可以在任意點設置測站。在植被較深的山嶺區(qū)的公路橫斷面測量工作中，對于其他橫斷面測量方法，尤其具備先進性和優(yōu)勢。同時，由于其受視線影響較小，可以在一個站點測得多個數(shù)據，避免了多次架設儀器，極大地節(jié)省了時間，提高了工作效率。

（2）全站儀對邊測量能夠滿足公路工程勘察設計的需要。在應用于公路勘察設計中的橫斷面地面線測量，河床寬度、構造物標高等方面，能夠保證測量所需精度，值得推廣使用。

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[2]測量學[M].北京:人民交通出版社,2010.

[3]黃俊卿,全站儀三角高程測量精度分析[J].現(xiàn)代測繪,2008,(3).

[4]聶讓編.全站儀與高等級公路測量.北京.人民交通出版社.1997.06.36-37.

[5]李文淵,錢紹武編.道路施工工程師手冊.北京.人民交通出版社,1996.011.569-570.

Application of Total Station 's Surrounding Measurement Function in Highway Survey and Design

ZHANG Lei*
(Hubei Transportation Planning and Design Institute Co.,Ltd.,Hubei Wuhan,430050,China)

In the highway engineering survey of the complex road sections,subgrade cross section measurement is the most important work of the field surveying,and it is also the most labor-intensive work.How to improve the survey efficiency and reduce the intensity of field labor is the pursuit of highway survey technicians.In this paper,by introducing total station with the use of measuring function method and principle,combining with some application in highway engineering survey and design,demonstrates the measuring technique is applied to highway cross section such as the reliability of the survey.

highway survey and design; Total station; Measurement of edges; Cross sectional measurement

U412

A

1672-9129(2017)04-0105-03

張磊.全站儀對邊測量功能在公路勘察設計中的應用[J].數(shù)碼設計,2017,6(4):105-107.

Cite：ZHANG Lei.Application of Total Station 's Surrounding Measurement Function in Highway Survey and Design[J].Peak Data Science,2017,6(4):105-107.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.04.027