全站仪在公路测量中的应用分析

2015-10-31陈晓晖

建材与装饰 2015年29期

关键词：测角棱镜全站仪

陈晓晖

（广西　南宁　530023）

全站仪在公路测量中的应用分析

陈晓晖

（广西南宁530023）

随着经济的发展，我国公路建设也以突飞猛进的速度不断发展，近年来，国家在公路测量上的投入不断加大，公路测量问题已经引起了社会的广泛关注。全站仪作为新兴的高科技测量仪器在公路测量工程中起着越来越大的作用，而且比之传统的测量仪器有着无与伦比的优势，其适用性、优越性远远高于原有测量仪器。全站仪功能多样，操作便捷，测量准确，而且精度高，能完成距离、角度、高度、坐标等物理量的测量，而且有数据储存、处理的功能。

全站仪；公路测量；应用；分析

1　前言

新建或者改建公路之前，测量工作必须充足准确。经纬仪、水准仪和钢尺是传统公路测量过程中常用三种仪器。根据不同的设计过程，公路测量又可以分为外业勘测和内业设计两个部分。其中全站仪就是一种集合了经纬仪、测距仪、水准仪和数据记录模块为一体的外业勘测仪器。比之以往的公路设计文件，现在的公路设计过程中要求设计者编制路线逐桩坐标等文件，但是传统仪器测量路线逐桩坐标的方法不但麻烦而且精确度不高，全站仪的出现使得这些问题迎刃而解。全站仪具有光电测距、电子测角和数据处理的功能，是集合了经纬仪、测距仪、数据模块于一体的高科技仪器[1]。全站仪不仅集合了传统测量仪器的各种功能，而且在数据的采集处理储存方面有着传统测量仪器难以比拟的优势。全站仪的使用是对传统公路测量方法的一次革命性改革，合理的使用全站仪，采用新型的测量方法，不仅能够提高测量效率，缩短工期，而且能够减少经济投入，节约资源。比较常用的全站仪有徕卡系列、拓普康系列等。笔者根据多年经验，首先简述全站仪的特点，然后具体阐述全站仪的测量方法和使用方法。

2　全站仪的特点

全站仪在公路测量工程中的优势不言而喻，不仅速度快，效率高，功能齐全，而且适用范围广，使用简便、可靠。下面就具体阐述全站仪的优势和功能[2]。

2.1全站仪功能更加齐全，精确度更高

全站仪集合了经纬仪、水准仪和钢尺的功能，能够测量距离和角度，而且在数据采集处理的过程中优势明显。全站仪的精度指标可以分为两种：测距标准差（md）、测角标准差（mp）。其中测距的原理是光电原理，按照国家颁布的《光电测距仪检定规程》，全站仪可以根据测距精度的不同分为不同的等级，全站仪的分类如表1所示。

表1　全站仪分类等级

表1为全站仪在测量距离过程中的分类，根据误差的不同可以分为三级，分别是Ⅰ级仪器、Ⅱ级仪器、Ⅲ级仪器。全站仪测角原理是电子测角原理，按照不同的标准，测角的标准差可以分为：±0.5"、±1"、±1.5"、±2"、±3"、±5"、±6"、±10"、±20"等九种不同精度类型。

2.2全站仪放样速度快，精度高，而且可以降低控制点的密度

全站仪可以利用专用的放样程序卡进行自动放样，测量人员只要将相应的放样点和控制点输入即可。全站仪可以直接根据程序卡中的程序准确的进行放样，然后依靠内部的CPU自动计算出相应的元素，简单方便可靠，效率高[3]。全站仪有精确测角的功能，所以在进行测量中的圆曲线放样时，全站仪的优势非常明显，一般能够提高2～3倍的效率，大大缩短测量时间。全站仪在放样精度上面也是远远高于传统的测量方法，测量过程中使用中杆点位放样的方法能将误差保证在0.01m以内，完全满足测量的精度要求。全站仪测程要远远大于经纬仪和钢尺结合使用的测距方法，降低控制点的数量，减小控制点的密度，提高测量效率。

3　全站仪应用使用方法

3.1利用全站仪进行高程测量

我国的公路测量过程中，高程测量是十分重要的，特别是在一些高差起伏极大，地形复杂的地区，高程测量的意义更是重大。传统的水准测量高差法不仅效率低，精度低，而且受到地形的限制，而全站仪测量高程的方法简单有效，只要在两点之间可以通视就可以根据三角高程的原理准确测量两点之间的高差。其工作原理如图1～2所示。

图1　

图2　

如图1所示，首先要保持全站仪和所需要测量的点可以通视，然后只要将全站仪对准置放好的棱镜，其中棱镜的位置就是所要测试的点，最后按下测量距离的按键，就可以准确的测量出全站仪和所要测量的点（棱镜）之间的高差⊿。如图2所示，已知其中一个测量地点的高程为H。首先测量出全站仪和两点和全站仪的高差，分别记作⊿h1和⊿h2，进而得出两点之间的高差就为：⊿HB=|⊿h1-⊿h2|。测量过程中保持中杆高度不变，又已知一点的高程为H，那么另一点的高程为HB=|H+⊿h1-⊿h2|。利用这种测量方法，可以测量出任意一点的高程。

3.2利用全站仪进行面积测量

利用全站仪测量面积的工作原理：首先利用全站仪收集地界址点的坐标，然后执行全站仪内部固化的程序，利用不同的公式计算出面积。全站仪测量面积的方法分为两种：①测量地界坐标，然后调用公式计算面积；②测量出平面上不在一条直线上的三个或者多个点的坐标，直接计算这些点围成的面积，并且显示在液晶屏幕上。全站仪测量面积的方法如图3所示。

图3　全站仪测量面积

如图3所示，要测量1、2、3、4个点所围成的四边形的面积，首先要在0点安置一台全站仪，将全站仪设置成面积测试模式，然后在1、2、3、4四个点处分别放置棱镜，保持0点和1、2、3、4四个点的通视，当同时测量出四个点的坐标时，全站仪就可以调用相应的面积公式测量出4个点所围成的四边形的面积。

3.3利用全站仪测绘路线地形图

公路外业勘测阶段，要求勘测人员进行路线地形图的测绘，这是公路设计的基础和前提。全站仪能够根据采集的三维坐标数据，借助计算机绘图软件，简单精确的测绘出公路的线路地形图。文章所述的路线地形图可以概括为：一步测量法。一步测量法首先在一个测量站上测量出导线的坐标数据，然后逐步依次测量碎部点。具体的原理如图4所示。

图4　一步测量法示例图

图4中A、B、C、D为已知点，1、2为沿途布设点，a、b为碎部点。测量的时候，首先将全站仪安置在B点，后视测量A点，然后测量点1的水平角、竖直角、距离。根据相应的数据调用相应的程序，计算出1点的坐标和高程。同理，计算出碎部点a、b的坐标和高程。下一步将全站仪搬运到点1重复上面步骤，测量出2的坐标以及1点附近的碎部点，进而可以利用A、B、a、b、1、2等点的坐标绘制路线地形图。一步测量法效率高，测量的工作量相对较少，测量精确度高。之所以叫一步测量法那是因为这种测量方法只要按照一个顺序逐步测量就行，测量过程中“行走”的路程少一半。

4　全站仪在公路测量中的具体应用

全站仪在公路测量之前首先要进行仪器设置，比如设置大气改正值和棱镜常数，前者要根据温度和气压以及海拔进行设置，后者根据不同的棱镜和参数进行设置。然后再设置有关参数和条件模式，如测量最小单位或者对比度的设置。利用全站仪进行距离测量、角度测量和坐标测量。距离测量过程中，全站仪对准目标棱镜时，可以直接测量出平距或者斜距，而且可以选择精测距、粗测距、跟踪测距等不同的测量模式；角度测量可以分为水平角测量和垂直角测量，前者分为逆时针和顺时针切换、方向归零、任意角度的设置，后者分为垂直角和坡度百分比两种模式。坐标测量可以直接测量坐标，也可以利用最小二乘法测量坐标。测量人员可以直接用全站仪测量两点之间的高差，只要知道某一点的高程，可以简单的测量出未知点的高程。设置好全站仪，了解到要测量的物理量以后就可以进行放样，放样可以分为设站、定向和放样三个步骤。最后，全站仪还有数据采集、处理、存储、记录、显示等功能。全站仪内部具有强大的中央处理器，还具有软件画图、打印等功能。