全站儀在工程上的運用

曹淞宇 陳宇 任高輝 豐帆 羅歡

摘要：本文將對全站儀的基本功能進行介紹分析，工程實例的介紹，以實現(xiàn)對工程測量任務的精確控制。

關鍵詞：全站儀基本功能；方位角；工程施工放樣

1.引言

20世紀下半葉是測繪科學與技術迅猛發(fā)展的時期,特別是近10余年來,它尤其獲得了許多突出的成就. 促進這一時期飛躍前進的主要因素之一就是測量儀器的驚人發(fā)展,其中比較有代表性的當屬全站儀的出現(xiàn)和使用. 作為交大土木工程的學生，掌握以后測量工作中常用的全站儀尤為必要，全站儀由光電測距儀、電子經(jīng)緯儀和微型計算機組合而成,不僅可以自動測距、測角、自動記錄和計算,而且精度高、速度快、操作簡便,既節(jié)省了人力又減輕了繁重的外業(yè)工作,因此深受廣大測繪工作者的歡迎和青睞。

2.全站儀基本功能

2.1 自動設定方位角功能

通過給定的后視點方位角,按輸入鍵全站儀可直接設定方位角. 如后視點方位角未知,可先輸入測站點A的坐標值( ) 和后視點B 的坐標值( ) ,再照準后視點,然后只需按一下功能鍵,儀器就會自動計算并設定后視點的方位角.后視點 的方位角按下式計算：

實質(zhì)上,全站儀就是利用其自身的編程和存儲功能按上述公式實現(xiàn)方位角的自動計算的。

2.2 測量三維坐標功能

將全站儀安置于測站點A 上,選定三維坐標測量模式后,首先輸入儀器i、目標高v 以及測站點的三維坐標值( ) ,然后照準另一已知點設定方位角,接著再照準目標點P 上的反射棱鏡,一按坐標測量鍵,儀器就會按以下公式利用自身內(nèi)存的計算程序自動計算并瞬時顯示出目標點P 的三維坐標值( ) .

式中 為斜距; 為天頂距; 為方位角。

2.3 三維放樣功能

將全站儀置于測站點 上,選定三維放樣模式后,首先輸入儀器高、目標高以及測站點和

放樣點的三維坐標, 并照準另一已知點設定方位角; 然后將反射棱鏡豎立在待放樣點的概略位置p處;按相應功能鍵即可自動顯示水平角偏差 、水平距離偏差 及高程偏差

.按照所顯示的偏差值,移動反射棱鏡,當儀器顯示為零時即為設計的位置。

基本原理為:儀器首先測定棱鏡所在位置p點的三維坐標,然后按坐標反算公式利用儀器自身的內(nèi)存程序反算出設計的水平角和水平距離,最后與測量的水平角和水平距離比較即可自動計算并顯示出測量值與設計值之差 、 和 。

2.4 懸高測量

圖1

如圖1所示,首先把全站儀安置于適當位置,并選定懸高測量模式后;把反射棱鏡設在欲測高度的目標點的天底(或天頂) , 輸入反射棱鏡高 ; 然后照準反射棱鏡進行測量; 再轉(zhuǎn)動望遠鏡照準目標點, 便可顯示出地面至目標點的高程 . 其計算公式如下:

式中, 為儀器至反射棱鏡的斜距和天頂距;為儀器至目標點的天頂距。

2.5 對邊測量功能

如圖2 ,在測站點 處安置全站儀后,先選定對邊測量模式,然后分別照準 點和 點的反射棱鏡進行測量,儀器就會自動計算并顯示出 、 兩點間的平距 . 需要時還可計算并顯示出 、 兩點間的高差 、斜距 及坡度 .其計算公式為

圖2

%

式中 , 為斜距; ,為豎直角; 為 與 兩方向間的水平夾角。

3.全站儀施工放樣實施

3.1 施工控制測量

在利用三維坐標法放樣墩柱各節(jié)段時,通常是直接測定該段截面相應輪廓點的平面坐標。在選擇測站點位置時,除了保證滿足放樣精度要求之外,還應考慮通視條件、放樣方便和數(shù)據(jù)準備時計算簡單等因素。

涪江三橋一、二級控制網(wǎng)中,涪江南、北兩岸控制點相距大多在1～2 km。若直接在這些點上進行測量放樣,放樣距離太遠; 同時為了滿足施工測量放樣工作的需要, 按照上述原則,在涪江三橋施工中,結(jié)合施工場地的實際情況,盡量利用地形,在原有控制網(wǎng)的基礎上進行了控制點的加密,各加密點相距約200m。

上述測站點的布置完全滿足了施工的要求,從點位布置還可以看出,這些點位基本上遠離橋梁施工的安全禁區(qū),確保了儀器和人身的安全,避免了施工干擾。

3.2恢復橋墩中心點

在大橋橋墩完成后,需要恢復橋墩中心點的準確位置。常用方法是方向交會法或距離交會法,但這兩種方法都需要在多個控制點上設站,費時費力;而用邊角聯(lián)合后方交會法,只需一兩個小時。在涪江三橋主墩中心點時,選用大橋控制網(wǎng)的3個已知點作為后視觀測點?，F(xiàn)場作業(yè)前,先將邊角聯(lián)合后方交會法程序、3個控制點點號和坐標輸入計算機中。比照主墩中心點設計坐標后即知需要的改正量,再將近似點改正至設計位置。

3.3 各橋墩中心點的聯(lián)測

為了使大橋鋼箱梁的吊裝和主跨合龍時全橋有一條統(tǒng)一的橋軸線,在橋墩施工都完成后,需對各墩中心點的位置進行聯(lián)測,求得各墩臺實際中心位置與設計位置的偏差。最后將各墩中心點的實際位置作適當調(diào)整,使其統(tǒng)一于同一直線上,以保證鋼箱梁的吊裝及主跨合龍的順利進行。

3.4三維坐標法放樣點位

在現(xiàn)場進行放樣時,按照三維坐標法的原理,其測量放樣方案是在一個測站上,以橋軸線方向為基準,以固定點為后視方向進行定向,依次在墩柱輪廓點等角點處立鏡,在測站上架設全站儀,照準相應輪廓點處的反射棱鏡,儀器立即顯示出各點的三維坐標。在一般情況下,各點能直接測量坐標。個別情況下因爬架、腳手架等桿件影響通視時,可通過棱鏡桿的長度調(diào)整,或在局部范圍內(nèi)進行偏距測量等方法解決各點的通視問題。

參考文獻：

[1] 李青岳. 工程測量學[M ]. 北京:測繪出版社, 1984

[2] 顧孝烈. 測量學[M ]. 上海:同濟大學出版社, 1990

[3] 郭宗河. 對邊測量及其精度分析.測繪工程, 1998

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。