四川拓圖偉業(yè)測(cè)繪科技有限公司
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閱讀：1049發(fā)布時(shí)間：2021-9-23
摘要：本文主要利用全站儀自身的功能，結(jié)合道路測(cè)量的特點(diǎn)提出了全站儀自由設(shè)站法道路定測(cè)及其具體測(cè)設(shè)方法，并對(duì)其精度進(jìn)行了分析。
一、引言
道路定測(cè)是道路勘測(cè)的重要階段，主要解決線路平面、縱斷、橫斷三者的合理配置，通常的定測(cè)方法為：在平面和高程控制的基礎(chǔ)上依次進(jìn)行中線測(cè)量、縱斷面測(cè)量和橫斷面測(cè)量，所用儀器一般為經(jīng)緯儀、鋼尺、水準(zhǔn)儀。隨著科技進(jìn)步，全站儀已在道路測(cè)量領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但大多數(shù)使用者僅僅把它作為普通經(jīng)緯儀、測(cè)距儀來(lái)使用，還沒(méi)有*利用和開(kāi)發(fā)全站儀的功能，來(lái)提高測(cè)量效率，解決實(shí)際問(wèn)題。而用全站儀自由設(shè)站法進(jìn)行道路定測(cè)，可在任意點(diǎn)設(shè)站安置儀器，利用坐標(biāo)變換原理，進(jìn)行中線測(cè)量和縱、橫斷面測(cè)量，不僅能發(fā)揮全站儀自身的優(yōu)勢(shì)，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：
二、道路中線測(cè)量
在常規(guī)的道路中線測(cè)量中，直線部分的測(cè)設(shè)通常用支距法和極坐標(biāo)法直接標(biāo)定。而對(duì)于曲線測(cè)設(shè)則是先在測(cè)設(shè)交點(diǎn)的基礎(chǔ)上測(cè)設(shè)主點(diǎn)(即起點(diǎn)、終點(diǎn)和中點(diǎn))，再進(jìn)行詳細(xì)測(cè)設(shè)，曲線的詳細(xì)測(cè)設(shè)方法有偏角法、切線支距法、弦線支距法、弦線偏距法等。在本文中，中線測(cè)量的控制點(diǎn)一般采用GPS定位或全站儀測(cè)設(shè)，并將各點(diǎn)信息傳輸至PC-E500計(jì)算機(jī)中，給每個(gè)控制點(diǎn)統(tǒng)一編號(hào)。這些點(diǎn)在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)形式為：點(diǎn)的類型、編號(hào)、X、Y、H、坐標(biāo)原點(diǎn)點(diǎn)號(hào)、備注。
1. 方向線的測(cè)設(shè)
方向線是直線，它的測(cè)設(shè)只要確定直線上兩個(gè)點(diǎn)即可。一般有兩種方法：一種是根據(jù)紙上定線的結(jié)果利用極坐標(biāo)法選一控制點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)。再選另一已知點(diǎn)構(gòu)成已知方向并把量取的極角θ及極徑ρ輸入PC-Ε500計(jì)算機(jī)，在所選原點(diǎn)安置全站儀，并使之處于聯(lián)機(jī)狀態(tài)，并使水平角置零，照準(zhǔn)已知方向，轉(zhuǎn)動(dòng)全站儀，當(dāng)撥角達(dá)到極角大小時(shí)有蜂鳴聲，制動(dòng)照準(zhǔn)部，在此方向點(diǎn)前后移動(dòng)棱鏡，直到有蜂鳴聲，此時(shí)棱鏡所在點(diǎn)即為要測(cè)定的點(diǎn)，再輸入量取的另一點(diǎn)的極徑和極角，用同樣的辦法測(cè)設(shè)另一點(diǎn)，這樣就由兩點(diǎn)確定了一條方向線。另一種方法是在紙上定線后延長(zhǎng)方向線確定交點(diǎn)的紙上位置，同樣可以以其一控制點(diǎn)為原點(diǎn)，量取極角θ和極徑ρ，并輸入計(jì)算機(jī)，同前一種方法，在實(shí)地把交點(diǎn)標(biāo)定出來(lái)，相鄰兩交點(diǎn)的連線即為方向線。在測(cè)設(shè)方向線的同時(shí)，根據(jù)兩方向線上的坐標(biāo)解算出轉(zhuǎn)角α和交點(diǎn)坐標(biāo)并傳輸?shù)絇C-E500計(jì)算機(jī)中存貯。
2. 圓曲線的測(cè)設(shè)
用全站儀進(jìn)行圓曲線測(cè)設(shè)時(shí)，主點(diǎn)和加密點(diǎn)同時(shí)一次測(cè)定，首先輸入選定的圓曲線半徑R和測(cè)出的轉(zhuǎn)角α以及加密樁距，選擇圓曲線測(cè)設(shè)模塊中的計(jì)算功能，計(jì)算機(jī)則顯示出主點(diǎn)測(cè)設(shè)要素及以交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)、以方向線為已知方向的極坐標(biāo)。測(cè)設(shè)時(shí)在交點(diǎn)安置全站儀，輸入測(cè)站點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)、坐標(biāo)及照準(zhǔn)方向的點(diǎn)的坐標(biāo)，選擇測(cè)設(shè)功能模塊計(jì)算機(jī)就顯示出以測(cè)站點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，照準(zhǔn)方向?yàn)榛痉较虻闹鼽c(diǎn)和加密點(diǎn)的極坐標(biāo)。再利用全站儀的測(cè)設(shè)功能采用極坐標(biāo)法標(biāo)定出圓曲線的起點(diǎn)、中點(diǎn)、終點(diǎn)及各加密點(diǎn)。
3. 直線部分加密點(diǎn)的測(cè)設(shè)
在圓曲線測(cè)設(shè)完畢后，圓曲線的起點(diǎn)和終點(diǎn)已經(jīng)標(biāo)定，選擇測(cè)設(shè)功能，測(cè)設(shè)時(shí)在交點(diǎn)安置全站儀， 輸入曲線起點(diǎn)點(diǎn)號(hào)、坐標(biāo)、前一圓曲線終點(diǎn)或交點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)、坐標(biāo)及測(cè)站點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)、坐標(biāo)，則可顯示出加密點(diǎn)的極坐標(biāo)。從圓曲線的起點(diǎn)開(kāi)始，用極坐標(biāo)法測(cè)定各加密點(diǎn)。如果該圓曲線起點(diǎn)不可得，則從前一曲線終點(diǎn)或交點(diǎn)開(kāi)始即可。
對(duì)于帶有緩和曲線的圓曲線和長(zhǎng)大曲線，則根據(jù)其特點(diǎn)，只要選擇恰當(dāng)?shù)目刂泣c(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)則可以用與測(cè)設(shè)圓曲線同樣的方法進(jìn)行測(cè)設(shè)。
4. 困難地段圓曲線的測(cè)設(shè)
(1) 交點(diǎn)不能安置儀器。如果曲線的交點(diǎn)不能安置儀器，這時(shí)則選擇以測(cè)設(shè)直線時(shí)的控制點(diǎn)或其他已知點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能，把以交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的各點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為以該控制點(diǎn)為原點(diǎn)的坐標(biāo)，此時(shí)可在該控制點(diǎn)安置全站儀，用極坐標(biāo)法測(cè)設(shè)其他各點(diǎn)。
(2) 不能通視。如果在測(cè)設(shè)加密點(diǎn)時(shí)不能通視，則選另一控制點(diǎn)作為原點(diǎn)，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，用極坐標(biāo)法測(cè)設(shè)其余點(diǎn)。
5. 里程計(jì)算
公路中線的測(cè)設(shè)除了標(biāo)定公路中樁位置外，還要進(jìn)行里程計(jì)算，里程計(jì)算又分直線和曲線兩部分，對(duì)于直線部分只要輸入線型、路線起點(diǎn)點(diǎn)號(hào)或前一曲線終點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)和該點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)即可顯示該樁點(diǎn)里程。對(duì)于曲線部分，只要輸入線型、曲線半徑R、轉(zhuǎn)角α和圓曲線起點(diǎn)點(diǎn)號(hào)以及該點(diǎn)點(diǎn)號(hào)即可顯示該點(diǎn)里程。最后，把各樁點(diǎn)的里程輸出到計(jì)算機(jī)中存貯。
三、縱、橫斷面測(cè)量
1. 縱斷面測(cè)量
因?yàn)槿緝x可以測(cè)高差，故在標(biāo)定各個(gè)中樁點(diǎn)時(shí)，可以測(cè)得每個(gè)樁點(diǎn)的高程，在具體操作時(shí)首先輸入測(cè)站點(diǎn)的高程、儀器高、棱鏡中心高度，在各樁點(diǎn)立鏡時(shí)，全站儀則顯示各樁點(diǎn)的高程，并把每個(gè)樁點(diǎn)的高程值傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中存貯，其中棱鏡高可用專門的對(duì)中桿直接量得，而儀器高的測(cè)量就要求精確一些，起碼要與對(duì)中桿測(cè)得的棱鏡高精度相匹配，并在測(cè)量中保持棱鏡高不變，如果測(cè)站搬遷或改變棱鏡高時(shí)，則要重新輸入這些數(shù)據(jù)。
2. 橫斷面測(cè)量
在測(cè)各中樁點(diǎn)高程的同時(shí)，在路線的垂直方向，即中樁的兩側(cè)選擇適當(dāng)?shù)淖兤曼c(diǎn)，立棱鏡測(cè)其高程、平面坐標(biāo)并連同該中樁點(diǎn)的高程一起傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中存貯。這樣，縱橫斷面的測(cè)量數(shù)據(jù)全部存貯到計(jì)算機(jī)中，應(yīng)用專門的繪圖軟件可以繪出縱、橫斷面圖。
四、精度分析
在測(cè)量工作中，選擇某種測(cè)量方法時(shí)，不但要考慮其工作效率，更重要的是看其精度是否可靠，是否能滿足工程需要，同時(shí)也應(yīng)遵循由高級(jí)到低級(jí)，先控制后碎部的原則。在一般的道路定測(cè)中先布設(shè)控制導(dǎo)線，然后分別進(jìn)行交點(diǎn)、主點(diǎn)測(cè)設(shè)，最后進(jìn)行中樁點(diǎn)加密。在斷面測(cè)量中，*行基平測(cè)量，再進(jìn)行中平測(cè)量。在全站儀自由設(shè)站法中采用一次性同時(shí)測(cè)設(shè)，用控制點(diǎn)直接控制中樁點(diǎn)，減少了中間一級(jí)控制，把其精度提高了一級(jí)。下面就不同的情況進(jìn)行分析。
1. 中樁的平面點(diǎn)位精度分析
用自由設(shè)站法測(cè)設(shè)中線時(shí)，中樁點(diǎn)的位置是由極角θ和極徑ρ來(lái)確定。
① ρ引起的縱向誤差。設(shè)全站儀的測(cè)距精度為±（2 mm+2×10-6*D），如果取全站儀的測(cè)程為4 km，則：Mρ＝0.002+2×10-6×4×103＝1.0 cm，按規(guī)范要求限差為Mρ＝(D/2000+0.1 m)=210 cm，顯然測(cè)量誤差小于限差。
②θ引起的橫向誤差。設(shè)全站儀的測(cè)角中誤差為2″,則橫向誤差Mθ＝Dsinα＝D(α/ρ)＝4.0 cm，也小于限差要求10 cm。
則綜合誤差
2. 中樁點(diǎn)高程精度分析
利用全站儀測(cè)高程，是根據(jù)三角高程測(cè)量原理進(jìn)行的，即：
h=L×sinα+i-v+f
其中，L為斜距，α為豎直角，i為鏡中心高，v為儀器高，f為大氣折光及地球曲率半徑改正。根據(jù)誤差傳播定律可得：
在測(cè)量中視線的傾角一般不超過(guò)30°，α取15°，ML取1 cm，Mα取2″，Mf取2 mm，Mi取3 mm，Mv取2 mm。則計(jì)算可得Mh=3.7 cm,是完滿足精度要求的。
五、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，該方法不論從其工作效率還是精度方面都是可取的，在實(shí)踐中證明是可行的。目前PC-E500計(jì)算機(jī)及便攜機(jī)的應(yīng)用已比較普及，全站儀與PC-E500計(jì)算機(jī)及便攜機(jī)的通訊接口及開(kāi)發(fā)也日趨*，因此按大多數(shù)工程單位的儀器裝備及技術(shù)力量，是*可以采用此方法進(jìn)行道路定測(cè)的。
信息標(biāo)題：全站儀自由設(shè)站法道路定測(cè)
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