全站儀在道路測繪中的應用研究

臧曉梅

（海陽市自然資源和規劃局，山東煙臺265100）

0 引言

在城市建設和發展的過程中，道路測繪技術是道路工程的重要組成部分。測繪工作的根本要求是保證測繪結果的真實可靠，提高測繪技術的使用效率和準確性。

全站儀的測繪技術具有多樣的功能，符合測繪工作的根本需求，是道路測繪領域的一個重大創新。

1 全站儀測繪技術和原理

在道路工程中，全站儀測繪技術占有舉足輕重的位置。全站儀主要由測距系統、測角系統、微機處理設備、電子補償設備等構成。在工程測量中，全站儀可實現道路水平角、垂直角、水平距離、高度等測量，可對道路長度、寬度、走向、厚度等進行精確控制，極大地提高了測量工作效率。所以，全站儀已被廣泛應用于道路測繪。

全站儀的正確適配和規范使用，是實現全站儀技術高效應用的關鍵。全站儀是一種應用范圍很廣的測量儀器，其包含了機械、光學、電子等多種功能，通過各種硬件設備，可以極大地提高測量精度，只需要一次安裝，就可以實現各種測量，包括多個角度和距離的測量以及數據的整合和處理。

全站儀由各種部件組成，其中以微處理器(CPU)為核心，由寄存器和運算器組成，通過特殊的操作命令，可以有效地進行測量，滿足數據的測量、傳輸、處理、存儲等多種功能。另外，全站儀配有輸入輸出裝置，是全站儀與外界的橋梁，可以擴展全站儀的功能，并與磁卡等裝置建立互動關系，從而實現數據的傳送和使用[1]。

2 全站儀的基本構造

2.1 光學系統

全站儀采用了大量的光學元件和更加成熟的光學技術，全站儀器的望遠鏡可以完成視軸、測距光波的發射和接收光軸的同軸。在望遠鏡和聚焦鏡頭之間安裝一個光棱鏡系統，通過光棱鏡系統對被測物體進行角檢測，同時利用內、外光路上的光的相位差來確定所測的測距。同軸特性使望遠鏡用一次對準就能完成對所有的基本測量如水平角、垂直、傾距等進行的測定[2]。

2.2 自動補償系統

全站儀雙軸傾角自動補償系統能實時監控縱軸的傾斜度，并能自動糾正由于縱軸傾角引起的角度偏差，或通過微處理器根據垂直軸線的傾角修正公式，自動完成垂直軸線傾角的補償。在工作過程中，全站儀表發生傾斜的時候，運算電路會實時地計算出光強偏差值，轉換為傾角位移，并將這一信息反饋到控制系統進行自動補償，以保證主軸在任何時候都能保持絕對的水平。

2.3 電子處理系統

電子處理系統由微處理器和存儲器兩大部分構成，這兩部分的處理工作和主要功能的有一定差異。微處理器全站儀的核心部件包括寄存器、運算器和控制器，其主要作用是按鍵盤的指示來啟動儀器的工作，完成對測量工作的檢查、數據的傳輸、處理、顯示和存儲，以確保整個測量工作的順利進行。全站儀存儲器的主要作用是將實時采集的測量數據儲存起來，然后將其傳輸到計算機、打印機等設備中，以便以后的處理和使用，便于道路工程決策科學的提供數據的分析（圖1 顯示了全站儀的結構）。

圖1 全站儀結構

3 全站儀測繪技術在道路測繪中的應用研究

3.1 在施工放樣環節的應用

為了保證道路工程測繪工作正常進行，應做好前期準備工作。一是測量工作人員要對測量環境有足夠的認識，對全站儀表的控制區的布置情況有全面地了解，并通過對圖紙方案及道路工程的情況綜合分析，確定測量周圍的自然環境不會對全站儀測量的結果產生干擾，如建筑物、光線的強弱、測量距離等方面。二是在實際環境中進行，需要對所測量地點的溫度、氣壓等進行預計，以保證參數結果的準確性和環境良好的情況下開展測量工作[3]。

3.2 在距離測量中的應用

其一，根據測量要求、儀器運行特性和現場測量情況，經過綜合考量，確定了光棱鏡系統的最佳參數，使儀器能夠自動運行，并能方便地進行測量。

其二，設定大氣變正值、溫度及氣壓值，在該狀態下，全站儀在工作時可以進行計算，以決定大氣的變化，并相應地調整距離，使測量過程呈現動態特性。

其三，測量完后，確定儀器和光棱鏡的高度，并在全站儀上輸入相應的數據。

其四，如果目標棱鏡的中央定位是適當的，則能夠進行測距。這些工作已經全部實現，能夠為全站儀器的正常工作提供一個有利的條件和高效的測量，并且能夠準確地反映出平距、斜距、高差等信息。全站儀的使用方式有很多種，最有代表性的是精測、跟蹤和粗測。與之相比較，精密測點的應用更廣泛，僅2.5s 即可實現，而且其測量準確率可達1mm，可適用于大部分道路工程測繪要求。其跟蹤方式是一種連續的、測距0.3s 的時間、1cm 的精確測量。在粗略方式中，測距的時間是0.7s，精確值到1cm 或1mm。

3.3 在懸高測量中的應用

在道路工程的選線測量過程中，懸高測量是不可缺少的一部分。對建筑物來說，懸高測量比較簡便，可以之間通過測量來實現。而電線、通信線路等，由于受到測量條件的制約，采用傳統的測量手段是不可行的，因此采用全站儀進行測量比較合適。在實踐中，首先根據現場的測量情況，將全站儀平穩地放置在特定的地方，比如在電線的垂直方向上，這種方法的優點是可以減少豎直度的測量誤差，確保了測量的精確值[4]。

3.4 在斷面測量中的應用

在道路工程中，土方是施工的重要環節，為了合理安排工作，必須對土方進行計算。而土方量的計算，其關鍵的先決條件是要做好斷面的測量，為工程計算提供參考，并能有效地進行土方的計算。采用全站儀能方便地進行斷面測量。在工作時，把全站儀放置在A 斷面上，然后對B 點進行定位，先把A 點的坐標確定，然后把這一段資料輸入全站儀中。

在實際道路工程中，應明確測量點與參考點的空間關系，也就是高程和水平距離。根據這一需求，進行相應的工作，在確定了A 基點的坐標后，把其坐標輸入這個運算中，x，y 為0，z 為高程。當所有A 基點的數據都輸入完畢后，就會將相應的棱鏡和儀器高度輸入，照準到B 點，然后精確地調整全站儀的方向(必須將全站儀移到斷面方向線上)，如果沒有問題，那么就把度盤設置為0，然后在這個情況下進行斷面的測量。

3.5 平面的定位和角度

在此基礎上，將全站儀置于一個點上，這里作為A 點，再對準B 點，放到B 點上，用全站儀測得B 點的坐標（見圖2）。在測量的過程中，如果測量的坐標與所給的坐標的偏差不超過規定的范圍，就必須重新建立測量站，重新測量；如果在測量范圍內，這個點就可以被認為是被測量的位置，并且要在這個位置上打上一根木樁，以便進行下一步工作。另外，為提高測量精度，必須對角度進行測量，因為全站儀一直在更新，所以功能也在不斷改進，使測量角度變得更容易，把全站儀放平，再啟動，就可以進入測角方式，讓測量工作人按實際需要進行操作[5]。

圖2 用全站儀由A 點測得B 點的坐標

3.6 利用全站儀進行高程測量

道路高程測量是道路施工中的一個關鍵環節，既可以計算出填挖深度，又可以觀察和計算路面的沉降。所以，在道路工程中，必須采用全站儀進行高程測量，從而為道路工程提供精確的數據。一般情況下，水平測量是比較常用的一種方法，但這種方法受地勢的限制，尤其是在高起伏地區。而全站儀，不受地勢的限制，只要保持兩個點的通視就能進行測量。在實際的測量中，可以采用三角形高程測量法，見圖3，即把棱鏡與刻度相等的對中棒固定，再把全站儀與棱鏡對齊，再按下測距鍵，就可以測量出高程，從而達到道路工程測量的目的。

圖3 三角形高程測量法

3.7 利用全站儀進行面積測量

無論是新修的道路，還是擴建道路，在工程中都會出現溝塘，溝塘的清理是一個關鍵的問題，必須對整個工程進行全面的清淤。這時，全站儀就能派上大用場了，只要在一定的范圍內選定適當的特征點來假設棱鏡，然后再按上述方法，按實際需要進行測量，這樣既方便又有效。

3.8 利用全站儀進行中線的恢復

中線是整個道路測繪關鍵的一部分，只要把這條中線給修補好，就可以確保整個道路工程的正常運行。在實際工程中，對中線進行恢復的方式有很多，但是由于道路工程的需要，對測量的準確性提出了更高的要求，因此全站儀在中線測量被普遍采用。全站儀利用極點坐標方法，有效的提高測量質量和效率，在全站儀極點坐標方法中定制的一套計算系統，可以實現對被測點坐標、后視點坐標等進行精確的計算。通過實踐證明，全站儀的使用不但減少了手工作業帶來的錯誤，還減少了人力、設備的消耗，由于使用了儀其測量，使其精度和工作效率得到了很大的提升。

4 道路測量全站儀測繪技術應注意的問題

其一，根據測量需要，選用適當的全站儀。在打開箱子取出全站儀之前，要根據現場的實際情況來決定。測量工作人員必須牢牢地抓住儀器的底座(不能抓著顯示器的底部，以免影響全站儀的工作)，確保儀器的位置和穩定性，為以后的測繪工作做好準備。

其二，在儀器的使用中，如果在現場受到強烈的太陽輻射，應注意覆蓋措施，這樣既可以減少現場的高溫對儀器的損害，又可以增加測量結果的精確度。

其三，在斜距測量時，需要比較高要求的精度，觀察到的垂直角度要準確，否則會影響到平距和高差之間的轉換精度。在采用垂直角度測距時，采用盤左、右兩種方式比較適宜，通過對數據進行綜合，得到平均值，這種方法可以降低測量誤差。采用這種方法，可以減少大氣折光對測量精度的影響。

其四，光學元件，對外界的干擾有比較高的敏感，容易受到外界因素的影響而不能正常工作，所以一定要保持潔凈。但由于工作環境的原因，如果受到外界的影響，不能用手去擦，而是用清潔的毛刷清潔，然后再用棉簽和酒精清潔，在清洗的時候，要先從通鏡的中央按“畫圓圈”，慢慢地將雜質從內部中央清潔，直到被污染部分恢復干凈如初的狀態。

其五，全站儀也容易受場地的濕度影響，如果是在潮濕的現場環境，應注意清理濕氣和其他雜物。測量完畢后，用柔軟的布片將儀器表面的濕氣和各種雜物清理干凈，使其干燥、潔凈，然后將其保管好。

其六，測量完畢后，對儀器進行細致的整理和保存。將鏡子蓋上，儀器上的灰塵清理干凈，然后將全站儀放在盒子的指定位置，然后關上(這個過程不能用太大的力氣，以免在震動中影響到全站儀)。

5 結語

綜上所述，全站儀在道路工程和其他工程中有著廣泛的應用。將全站儀標準化應用于道路工程，可以有效地提高測量結果的準確性，縮短整個過程所需的時間，為下一步的工作創造了有利的條件。研究全站儀測繪技術在道路工程中的應用，既能提高道路工程的質量，又能在測量工作方式上有所創新。因此，在道路測繪中，要大力推廣全站儀的測繪技術，并對其進行深入的研究，以便更好地為測量工作服務。