建筑道路工程各類導(dǎo)線測量精度控制的方法策略

郭昶、張懂

（平?jīng)鰴C(jī)電工程學(xué)校，甘肅平?jīng)?43400）

0 引言

在道路工程和建筑工程建設(shè)區(qū)域范圍內(nèi)，需按照施工要求放樣測量出建設(shè)施工范圍內(nèi)點(diǎn)的平面位置，精確測出各點(diǎn)的準(zhǔn)確平面位置，形成測量控制網(wǎng)，然后根據(jù)控制網(wǎng)中各點(diǎn)的位置來測量推算測區(qū)范圍內(nèi)其他點(diǎn)的平面位置。所謂測量控制網(wǎng)，即根據(jù)測量基本原則，在工程測量區(qū)域范圍內(nèi)選擇若干個(gè)精度較高的點(diǎn)，精準(zhǔn)測出這些控制點(diǎn)的平面位置，由這些點(diǎn)形成一定的幾何圖形，對整個(gè)測量區(qū)域起控制作用。所謂平面控制測量，即采用嚴(yán)密的測量方法，使用較精密的水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、全站儀、水準(zhǔn)尺和棱鏡，精確測定測區(qū)內(nèi)各控制點(diǎn)的平面位置。由測區(qū)控制點(diǎn)所組成的幾何平面圖形稱為平面控制網(wǎng)，如果測區(qū)范圍總面積不超過15km2，則屬于小地區(qū)控制網(wǎng)。通常，在道路、建筑測區(qū)范圍內(nèi)建立的精度最高的統(tǒng)一的控制網(wǎng)為首級控制網(wǎng)。外業(yè)選點(diǎn)后將按先后次序測定平面各種形式導(dǎo)線的邊長和各左右轉(zhuǎn)折角，根據(jù)導(dǎo)線邊長和轉(zhuǎn)折角，利用起始控制點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)而推算求出其他各導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)，即為導(dǎo)線測量。

1 道路工程、建筑工程平面導(dǎo)線形式

目前，導(dǎo)線測量是建筑工程小地區(qū)確定小區(qū)域控制網(wǎng)最常用的方法。在導(dǎo)線測量中，因測量方法的不同，導(dǎo)線分為經(jīng)緯儀導(dǎo)線和電磁波測距導(dǎo)線。經(jīng)緯儀導(dǎo)線是指用經(jīng)緯儀觀測導(dǎo)線水平角（分左右轉(zhuǎn)折角）、用鋼尺丈量邊長的導(dǎo)線；而電磁波測距導(dǎo)線則是指用光電測距儀測定導(dǎo)線邊長，用經(jīng)緯儀觀測導(dǎo)線水平角。在施工現(xiàn)場，具有國家級別的平面控制點(diǎn)數(shù)量相對較少，分布的密度低，因測量工作中不能滿足施工測圖和放樣抄平的需要，所以應(yīng)建立直接用于測圖繪圖的控制網(wǎng)，便于測量繪制各種地形圖。該平面測圖控制點(diǎn)可用作測量工作中的測站點(diǎn)及后續(xù)各細(xì)部點(diǎn)的平面測量，所測定的各細(xì)部點(diǎn)平面位置精度較高時(shí)也可作為增設(shè)臨時(shí)測站點(diǎn)的依據(jù)。在各細(xì)部點(diǎn)測量中，按具體測量工作要求在建筑施工場地上選出各施工點(diǎn)位并將其相近相臨點(diǎn)位用直線連接形成了折線形的測量導(dǎo)線。建筑工程測量施工導(dǎo)線按照點(diǎn)位分布特點(diǎn)可分為圖根閉合測量導(dǎo)線、圖根附合測量導(dǎo)線、圖根支測量導(dǎo)線[1]。所謂圖根閉合測量導(dǎo)線是指從已知坐標(biāo)的一個(gè)圖根測量控制點(diǎn)、已知坐標(biāo)方位角的一條直線出發(fā)，按照各測量點(diǎn)位的布置特點(diǎn)和方位，途徑中間各待測圖根測量點(diǎn)，最后又重新回到了起始圖根測量控制點(diǎn)，也就是起始待測點(diǎn)和最后一個(gè)待測點(diǎn)均距圖根控制點(diǎn)較近，形成了閉合圖形導(dǎo)線。因該測量圖根閉合導(dǎo)線閉合，閉合導(dǎo)線本身幾何條件嚴(yán)密，測量計(jì)算時(shí)具有檢核條件，可檢核角度和距離丈量精度。所謂圖根附合測量導(dǎo)線是指從已知坐標(biāo)的一個(gè)圖根測量控制點(diǎn)、已知坐標(biāo)方位角的一條直線出發(fā)，按照各測量點(diǎn)位的布置特點(diǎn)和方位，途徑中間各待測圖根測量點(diǎn)，最后又附合回到了另外一個(gè)圖根測量控制點(diǎn)和另一個(gè)已知坐標(biāo)方位角的已知直線上，也就是起始待測點(diǎn)距起始圖根控制點(diǎn)較近，而最后一個(gè)待測點(diǎn)位距另外一個(gè)已知圖根控制點(diǎn)較近，形成了附合導(dǎo)線。附合導(dǎo)線因從一個(gè)已知圖根控制點(diǎn)和已知方向出發(fā)而附合到另外一個(gè)已知圖根控制點(diǎn)和已知方向，故其本身也存在嚴(yán)密的幾何條件，可檢核角度觀測精度和距離丈量精度。

2 觀測儀器的選擇

在測量前，必須先熟悉測量外業(yè)準(zhǔn)備工作才能熟練進(jìn)行后續(xù)外業(yè)測量。測量外業(yè)準(zhǔn)備工作包括熟悉地形、踏勘路線遴選測量點(diǎn)位、在測量點(diǎn)位上分別建立標(biāo)志；熟練進(jìn)行外業(yè)測量即熟練應(yīng)用全站儀測量各導(dǎo)線邊長和各導(dǎo)線轉(zhuǎn)折角，轉(zhuǎn)折角采用測回法測量時(shí)須分清左右角。要保證導(dǎo)線測量精度，外業(yè)測量工作是關(guān)鍵，分兩種情況。一是熟練操作全站儀測量導(dǎo)線水平轉(zhuǎn)折角和導(dǎo)線邊長，通過已知圖根控制點(diǎn)準(zhǔn)確推算其他各待測點(diǎn)坐標(biāo)。二是熟練應(yīng)用全站儀放樣各待測點(diǎn)點(diǎn)位，然后測量各導(dǎo)線水平角和邊長，閉合圖形導(dǎo)線測內(nèi)角，附合圖形導(dǎo)線測左右角，應(yīng)用其本身幾何條件計(jì)算角度閉合差和坐標(biāo)增量閉合差來檢核角度觀測精度和距離丈量精度。全站儀種類繁多，目前出現(xiàn)的多功能全站儀防爆、防水、帶內(nèi)存、可儲存，應(yīng)該說全站儀進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。世界上第一臺全站儀是德國芬奈蔡司廠于1968年研制生產(chǎn)而成，可快速進(jìn)行電子測角，同時(shí)應(yīng)用光電迅速測距，并將一系列數(shù)據(jù)進(jìn)行微處理，此全能儀器將建筑、道路的測量工作由原來的手動(dòng)測量計(jì)算設(shè)計(jì)發(fā)展形成了自動(dòng)化、電子化、數(shù)字化于一體，即外業(yè)、內(nèi)業(yè)一體化連續(xù)進(jìn)行，將設(shè)想終于變成了現(xiàn)實(shí)，省時(shí)省力省費(fèi)用。國外全站儀的品種有徠卡、尼康、索佳、拓普康等，造價(jià)高，英文界面，使用受限。我國從20世紀(jì)80年代開始自主研發(fā)全站儀，精度高，使用簡便，距離測量基本達(dá)到2mm+2PPM，角度測量基本達(dá)到1、“±2”，品種多，規(guī)格型號全，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化同步發(fā)展，所以，我國全站儀不管是質(zhì)量、技術(shù)還是售后服務(wù)都同步于國外儀器，比如具有代表性的有北京光學(xué)儀器、蘇州光學(xué)儀器、南方測繪儀器等[2]。

3 觀測方法與要點(diǎn)

測量圖根導(dǎo)線前，測圖的基礎(chǔ)是正確布設(shè)和觀測其控制網(wǎng)，故選點(diǎn)很重要。選點(diǎn)時(shí)的注意事項(xiàng)羅列起來有下面幾點(diǎn)：第一，各相鄰待測點(diǎn)位之間距離適中，相互通視良好、導(dǎo)線測量地面地勢平坦，有利于觀測水平角和丈量水平距離；第二，各待測點(diǎn)點(diǎn)位應(yīng)選在視野開闊的地方，便于各導(dǎo)線點(diǎn)位之間進(jìn)行碎部測量，所選觀測地面土質(zhì)堅(jiān)實(shí)，便于安置儀器和保存標(biāo)志；各待測點(diǎn)點(diǎn)位數(shù)量不能太少，密度足夠，點(diǎn)位分布均勻，有利于控制整個(gè)測區(qū)；第三，各一系列待測導(dǎo)線點(diǎn)之間的線段長度應(yīng)基本相等或相差較小，其導(dǎo)線邊長的平均值應(yīng)符合測量數(shù)據(jù)要求技術(shù)指標(biāo)和規(guī)定，所測邊長的相對誤差不能超限。目前國內(nèi)外導(dǎo)線測量多采用全站儀進(jìn)行觀測放樣，采用全站儀進(jìn)行對中、整平、觀測水平角、觀測導(dǎo)線邊長，速度非?？臁⒕雀?、方便快捷。具體測量要點(diǎn)有：第一，先看圖，看看實(shí)際地形特點(diǎn)，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，大概確定出點(diǎn)所在位置區(qū)域，構(gòu)思測量測繪步驟、方法、思路，想好測與算的關(guān)聯(lián)與次序[3]。第二，做好測前各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，架立全站儀并嚴(yán)格對中整平，認(rèn)真仔細(xì)將相應(yīng)測量數(shù)據(jù)輸入全站儀，快速放樣出各點(diǎn)位。第三，對中誤差不能超限，調(diào)整架腿長度整平，最后用腳螺旋嚴(yán)格整平，操作中不能出錯(cuò)，計(jì)算中每一步須非常仔細(xì)，要求精度高，如果測量中出錯(cuò)或計(jì)算精度較低就會(huì)給將來的工程設(shè)計(jì)和后續(xù)施工造成重大損失，所以應(yīng)以嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài)度和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木袢ネ瓿蓽y量中的每一步，并嚴(yán)格按照測量規(guī)范的要求去觀測和記錄。

4 精度控制

道路工程、建筑工程導(dǎo)線測量精度控制的具體措施方法包括兩個(gè)方面，即外業(yè)觀測控制精度和內(nèi)業(yè)計(jì)算精準(zhǔn)。外業(yè)觀測控制精度即首先要熟練操作各種全站儀，在操作中摸索操作規(guī)律。先對中后整平，對中誤差為1mm，整平時(shí)須抽動(dòng)調(diào)節(jié)架腿長度，水準(zhǔn)管氣泡居中時(shí)需調(diào)節(jié)腳螺旋，緩慢而均勻。整個(gè)對中整平的過程不超過一分鐘，速度快精度高。在建筑、道路施工過程中，需放樣定出各施工點(diǎn)位的平面位置，其方法較多，具體可根據(jù)建筑施工方案和施工要求來確定，根據(jù)地形、點(diǎn)位布置特點(diǎn)、儀器可選擇適用有效的測設(shè)方法，其中最操作方便和常用的方法是極坐標(biāo)法，如用經(jīng)緯儀放樣，需快速計(jì)算放樣角度和距離，如用全站儀，則需輸入測站點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行建站，然后輸入后視點(diǎn)坐標(biāo)并照準(zhǔn)后視點(diǎn)，接著輸入放樣點(diǎn)坐標(biāo)按儀器顯示指導(dǎo)精準(zhǔn)放樣點(diǎn)位。應(yīng)用極坐標(biāo)法放樣應(yīng)熟記相應(yīng)角度、距離計(jì)算公式，測量中將角度、距離數(shù)據(jù)按計(jì)算步驟代到對應(yīng)公式里面可快速檢核各點(diǎn)位相對誤差和精度，也可推算出施工場地內(nèi)各放樣點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到點(diǎn)位精確坐標(biāo)值，數(shù)據(jù)計(jì)算準(zhǔn)確，應(yīng)用廣泛，方便快捷。分析公式也可以看出容易引起誤差的原因所在和誤差數(shù)據(jù)大小，進(jìn)而在測量的同時(shí)便會(huì)更加注意并盡量減小和避免。只有這樣設(shè)計(jì)出的導(dǎo)線點(diǎn)放樣方案才能有效用于工程點(diǎn)位放樣，根據(jù)需放樣的距離、角度、方位等精確匹配出點(diǎn)位坐標(biāo)及測角測距關(guān)系值，點(diǎn)位放樣精度和數(shù)據(jù)計(jì)算精度更準(zhǔn)確有效，以更好地服務(wù)于工程實(shí)際。內(nèi)業(yè)計(jì)算中，為避免出錯(cuò)，要求熟練快速進(jìn)行內(nèi)業(yè)計(jì)算，熟記每一步計(jì)算步驟，熟記每一個(gè)公式，即熟練計(jì)算角度閉合差并將角度閉合差進(jìn)行調(diào)整，應(yīng)用調(diào)整后的各轉(zhuǎn)折角或內(nèi)角推算坐標(biāo)方位角，為后續(xù)計(jì)算坐標(biāo)增量奠定基礎(chǔ)[4]。依據(jù)邊長和坐標(biāo)方位角應(yīng)用公式計(jì)算坐標(biāo)增量，接著計(jì)算坐標(biāo)增量閉合差，計(jì)算邊長相對誤差，不超限時(shí)調(diào)整坐標(biāo)增量閉合差，根據(jù)調(diào)整后的坐標(biāo)增量來推算各點(diǎn)的坐標(biāo)，進(jìn)行最后校核。假設(shè)選點(diǎn)出現(xiàn)問題，后續(xù)將無法進(jìn)行外業(yè)觀測和內(nèi)業(yè)計(jì)算，所以精準(zhǔn)確定施工平面點(diǎn)位是建筑工程各類導(dǎo)線測量精度控制的基礎(chǔ)，進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)精度分析是后續(xù)坐標(biāo)推算的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

圖根導(dǎo)線測量中，道路工程、建筑工程的測量要求根據(jù)在建工程的重要性和用途不同而不同，一般民用建筑對建筑工程的測量精度要求都不是很高，而相對道路工程來說精度要求會(huì)略有增加，但不論哪類工程，選點(diǎn)和外業(yè)觀測等前期工作是關(guān)鍵，然后處理外業(yè)數(shù)據(jù)并檢核成果，內(nèi)業(yè)計(jì)算需要熟練仔細(xì)的操作，最后匯總數(shù)據(jù)填進(jìn)表格，表格中應(yīng)一目了然反映出外業(yè)數(shù)據(jù)精度，即角度閉合差和坐標(biāo)增量閉合差，只有角度閉合差和坐標(biāo)增量閉合差不超限才能進(jìn)行后續(xù)內(nèi)業(yè)計(jì)算并準(zhǔn)確推算各點(diǎn)坐標(biāo)。