全站儀工作原理及在某渠道工程測量中的應(yīng)用

□劉立云　□郭　萍　□龐明濤（商丘市水利科技推廣中心；山東省水工機(jī)械廠）

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全站儀工作原理及在某渠道工程測量中的應(yīng)用

□劉立云1□郭萍1□龐明濤2
（1商丘市水利科技推廣中心；2山東省水工機(jī)械廠）

人們的生產(chǎn)生活離不開水利工程，水利工程建設(shè)會受到水利工程測量工作準(zhǔn)確性的影響。全站儀作為一種新型測量儀器，因?yàn)楣δ茌^為強(qiáng)大，性能較為突出，在工程測繪、施工方面有著廣泛應(yīng)用。文章化介紹了全站儀的工作原理，在水利工程測量中的優(yōu)勢，并分析了全站儀在渠道工程測量中的應(yīng)用，實(shí)踐表明，全站儀可滿足渠道工程測量的精度要求，并顯著提高工作效率，降低野外作業(yè)的勞動強(qiáng)度。

全站儀；工作原理；優(yōu)勢；工程測量；應(yīng)用

0　引言

在水利工程質(zhì)量及數(shù)量結(jié)構(gòu)中，一個精而準(zhǔn)確的測量值是保證工程實(shí)施成功的關(guān)鍵。全站儀的功能不僅是早期只能測原始數(shù)據(jù)，計(jì)算坐標(biāo)、平距、高差、坡度等；而是有了長足進(jìn)步，計(jì)算能力越來越強(qiáng)，程序功能越來越豐富實(shí)用，操作越來越圖文并茂。因此，全站儀被廣泛地應(yīng)用到水利工程測量中。

1　全站儀

1.1全站儀基本原理

全站儀是全站型電子測速儀的簡稱，是一種集自動測距、測角、計(jì)算和數(shù)據(jù)自動記錄及傳輸功能于一體的自動化、數(shù)字化及智能化的三維坐標(biāo)測量與定位系統(tǒng)。全站儀，既是一種擁有光、機(jī)、電等三種特性的高科技新型測角測距儀器，又是一種分別擁有水平角、直角、距離、高程測量功能的測繪儀器。全站儀分為電源、測角系統(tǒng)、測距系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理、通訊接口、顯示屏、鍵盤等幾部分組成。

在水利水電工程地勢險(xiǎn)峻的施工地段或野外觀測，為了避免影響測量的不利因素，可以用全站儀的高程測量方法，在兩個高程點(diǎn)設(shè)置站點(diǎn)，直接測量出兩個高程點(diǎn)的高差。全站儀本身就具備數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能迅速對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。計(jì)算出放樣點(diǎn)的方位角與該點(diǎn)到測距點(diǎn)的距離。全站儀上半部分包含有測量的四大光電系統(tǒng)，通過I/O接口接入總線與微處理機(jī)聯(lián)系起來，其主要功能是能夠根據(jù)鍵盤指令來開展測量工作，而微處理機(jī)（CPU）則是全站儀的核心部件，見圖1。

1.2全站儀的操作

圖1　全站儀測量工程原理圖

全站儀操作程序如下：通過輸入輸出單元，輸入測站點(diǎn)坐標(biāo)、起始方向的方位角、水平角、豎直角、傾斜距離等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；通過中央處理單元實(shí)時(shí)計(jì)算、顯示和輸出所需要的點(diǎn)與點(diǎn)之間的方位角、水平距離、高差或點(diǎn)的三維坐標(biāo)等測量成果；并將測量結(jié)果再通過輸入輸出單元直接輸出到電子計(jì)算機(jī)中進(jìn)行計(jì)算、編輯和自動成圖，見圖2。同時(shí)可以根據(jù)需要自動生成等高線，測量的圖形既可以存儲在計(jì)算機(jī)中，也能夠根據(jù)需要以多種比例尺打印輸出，同時(shí)還能夠輸入到地理信息系統(tǒng)等軟件中作進(jìn)一步的加工、處理和應(yīng)用，生成數(shù)字地面模型。

圖2　全站儀操作程序圖

2　全站儀在水利工程測量中的優(yōu)勢

2.1進(jìn)行坐標(biāo)放樣

全站儀能夠?qū)σ朁c(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行檢測，再將坐標(biāo)點(diǎn)放樣到工程實(shí)地，這種方法簡單明了，在水利工程測量工作中發(fā)揮出了一定效果。

2.2進(jìn)行坐標(biāo)換算

全站儀能進(jìn)行坐標(biāo)換算，將藍(lán)圖設(shè)計(jì)坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)，全站儀換算后的軸線坐標(biāo)非常直觀、明確。

2.3具有自動設(shè)定方位角功能

全站儀具有自動設(shè)定方位角功能，在實(shí)際測量工作中可以將測站點(diǎn)的坐標(biāo)值與后視點(diǎn)的坐標(biāo)值統(tǒng)統(tǒng)輸入，再按下功能鍵，便能迅速設(shè)定方位角。

3　全站儀在渠道工程測量中的應(yīng)用

3.1渠道測量

渠道測量指的是在地面上沿著選定的中心線以及兩側(cè)，將縱橫斷面給測出來，并且繪制成圖，將設(shè)計(jì)線繪制于圖上，然后對工程量進(jìn)行計(jì)算，對概算或者預(yù)算進(jìn)行科學(xué)編制，以此來科學(xué)設(shè)計(jì)施工方案，進(jìn)行施工。

3.2全站儀在渠道工程測量中的優(yōu)勢

在渠道工程施工中，需要對較為復(fù)雜繁瑣的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量計(jì)算，工作量較大。而全站儀可以實(shí)現(xiàn)在同一測站上，角度測量、距離測量以及坐標(biāo)測量等，使用起來較為方便，效率高，存儲大，可以在儀器中提前存放工程數(shù)據(jù)，可以克服渠道施工的難題。

3.3在某渠道工程測量中的應(yīng)用

文章以某工程為例，某渠道為梯形斷面，渠道最長的約12 km，最短約500 m；渠底寬度為25 m，渠道內(nèi)一極邊坡為1：2，一級馬道（堤頂）寬5 m，外坡一級邊坡為1：2，二級邊坡為1：2.50，渠道縱比降為1/25000。

3.3.1控制測量

對于高程導(dǎo)線點(diǎn)的埋設(shè)，要嚴(yán)格依據(jù)水電測量規(guī)范，每隔200～600 m之間進(jìn)行埋設(shè)，并利用光電測距四等三角高程測量的技術(shù)，再借助全站儀觀測出各導(dǎo)線點(diǎn)高程和平面位置。

3.3.2對各個里程樁點(diǎn)和各個積斷面點(diǎn)的平面位置和高程進(jìn)行測定

將全站儀安置在導(dǎo)線點(diǎn)上，為了減少誤差，測站到各測點(diǎn)間的距離控制在500 m內(nèi)。將全站儀安裝到導(dǎo)線點(diǎn)向前、向后對渠道縱斷面樁、橫斷面點(diǎn)的平面位置和高程進(jìn)行測量。之所以在導(dǎo)線點(diǎn)安置全站儀進(jìn)行測量，是因?yàn)檫@樣最多只需要在中間設(shè)置一站，就可以測量到另一已知控制點(diǎn)并進(jìn)行校核。為保證各段渠道工程測量精度的均勻性，每一段采用已知鄰近導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)和高程為起算數(shù)據(jù)，還能避免積累誤差。

4　全站儀在渠道工程測量中需要注意的問題

4.1對向觀測、挑選適宜的觀測時(shí)間

為了消減球氣差的影響，導(dǎo)線點(diǎn)和坐標(biāo)采用對向觀測方法，觀測時(shí)間也需要重視，不宜在雨、霧、風(fēng)和陽光之下進(jìn)行，要選擇氣候條件好、目標(biāo)清晰并且成像穩(wěn)定的觀測時(shí)間觀測。另外，在測站的過程中，如果是在強(qiáng)光下，需要打傘，鏡頭不能夠?qū)?zhǔn)太陽，否則二極管會受到強(qiáng)光損壞。

4.2要注意溫度的變化

在冬季使用全站儀，要注意室內(nèi)外溫差的變化，需要提前把儀器拿出室外，等待30～60 min左右適應(yīng)外界的溫度。直接從室內(nèi)拿到室外立刻使用，會因?yàn)槭覂?nèi)比室外溫度較低，使全站儀材質(zhì)上會有變化，如果這樣進(jìn)行施測，會影響測量的精度，因?yàn)槿緝x已經(jīng)在水平的水準(zhǔn)光氣泡中出現(xiàn)偏移問題。

4.3嚴(yán)格控制邊長

影響到測量精度的主要因素是大氣折光，就需要嚴(yán)格控制距離，因?yàn)樗途嚯x的平方之間是正比關(guān)系，因此，渠道高程導(dǎo)線四等精度≤900 m。

4.4選擇符合要求的儀器和工具

因?yàn)樵趯Ω鱾€里程樁和橫斷面點(diǎn)的高程進(jìn)行測量時(shí)，采用的是單方向半測回，無法消除儀器的豎盤指標(biāo)差、棱鏡的高度誤差，所以，在測量時(shí)要嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)要求，選擇符合要求的儀器和工具進(jìn)行測量，測量前還要對其進(jìn)行認(rèn)真的檢查和核驗(yàn)。

4.5適當(dāng)縮短導(dǎo)線點(diǎn)間距離

當(dāng)測量距離和豎直角增大時(shí)，測量的高程誤差也會隨之增大，因此，在對導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)時(shí)，適當(dāng)縮短導(dǎo)線點(diǎn)之間的距離。為了提高測量精度，要在與渠道中心樁大致相同的高程面上布置導(dǎo)線點(diǎn)。

4.6要注意重要的水工建筑物樁點(diǎn)測量精度

因?yàn)橐恍┍容^重要的水工建筑物地面樁點(diǎn)或各個建筑物樁點(diǎn)的高程對建筑物的設(shè)計(jì)會有重要影響，所以在對各個里程樁和加樁高程進(jìn)行測量時(shí)，要注意這些點(diǎn)測量精度，要將渠道拐角和渠道彎點(diǎn)、始點(diǎn)以及終點(diǎn)和配套建筑物中心位置點(diǎn)的坐標(biāo)給測出來，并在圖紙上用適當(dāng)?shù)谋壤蛨D例表示渠道縱斷面。

在對渠道縱向坡度、閘、橋、涵等的縱向位置設(shè)計(jì)時(shí)，需要在測量高程時(shí)，將路線中心線上里程樁和曲線控制樁的地面高程給測量出來，為了保證測量精度，需要在兩個不同的站點(diǎn)，采用兩次測量方法進(jìn)行互相校核檢驗(yàn)。

5　結(jié)語

渠道工程是水利工程的重要組成部分，直接關(guān)系到經(jīng)濟(jì)、社會及人身安全。通過上文的敘述分析可以得知，全站儀在渠道測量中的應(yīng)用，不僅提高了工作效率，減少了外業(yè)計(jì)算、記錄和外業(yè)工作時(shí)間，而且還提升了作業(yè)精度。在具體的實(shí)踐過程中，需要對全站儀的操作方法進(jìn)行熟練掌握，加強(qiáng)對測量人員自身素質(zhì)水平與技能水平的培訓(xùn)，避免誤差。合理科學(xué)的運(yùn)用全站儀進(jìn)行測量，避免不精確的測量，延長水利工程建筑的使用壽命，使水利工程的建設(shè)能夠符合高效益、高安全和高質(zhì)量的原則。

［1］張德軍.全站儀在渠道工程測量中的應(yīng)用［J］.城市建設(shè)理論研究，2013（13）.

［2］黃茂江，閔志歡.全站儀在某灌區(qū)渠道工程測量中的應(yīng)用［J］.江西建材，2014（19）.

［3］韋勇.論全站儀在水利工程測量中的應(yīng)用［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2015（21）.

［4］苗強(qiáng)，李磊.全站儀在水利工程測量中的應(yīng)用［J］.城市建設(shè)理論研究，2013（32）.

（責(zé)任編輯：于慧慧）

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2016-02-27