□刘立云　□郭　萍　□庞明涛（商丘市水利科技推广中心；山东省水工机械厂）



全站仪工作原理及在某渠道工程测量中的应用

□刘立云1□郭萍1□庞明涛2
（1商丘市水利科技推广中心；2山东省水工机械厂）

人们的生产生活离不开水利工程，水利工程建设会受到水利工程测量工作准确性的影响。全站仪作为一种新型测量仪器，因为功能较为强大，性能较为突出，在工程测绘、施工方面有着广泛应用。文章化介绍了全站仪的工作原理，在水利工程测量中的优势，并分析了全站仪在渠道工程测量中的应用，实践表明，全站仪可满足渠道工程测量的精度要求，并显著提高工作效率，降低野外作业的劳动强度。

全站仪；工作原理；优势；工程测量；应用

0　引言

在水利工程质量及数量结构中，一个精而准确的测量值是保证工程实施成功的关键。全站仪的功能不仅是早期只能测原始数据，计算坐标、平距、高差、坡度等；而是有了长足进步，计算能力越来越强，程序功能越来越丰富实用，操作越来越图文并茂。因此，全站仪被广泛地应用到水利工程测量中。

1　全站仪

1.1全站仪基本原理

全站仪是全站型电子测速仪的简称，是一种集自动测距、测角、计算和数据自动记录及传输功能于一体的自动化、数字化及智能化的三维坐标测量与定位系统。全站仪，既是一种拥有光、机、电等三种特性的高科技新型测角测距仪器，又是一种分别拥有水平角、直角、距离、高程测量功能的测绘仪器。全站仪分为电源、测角系统、测距系统、数据处理、通讯接口、显示屏、键盘等几部分组成。

在水利水电工程地势险峻的施工地段或野外观测，为了避免影响测量的不利因素，可以用全站仪的高程测量方法，在两个高程点设置站点，直接测量出两个高程点的高差。全站仪本身就具备数据处理系统，能迅速对空间数据进行处理。计算出放样点的方位角与该点到测距点的距离。全站仪上半部分包含有测量的四大光电系统，通过I/O接口接入总线与微处理机联系起来，其主要功能是能够根据键盘指令来开展测量工作，而微处理机（CPU）则是全站仪的核心部件，见图1。

1.2全站仪的操作

图1　全站仪测量工程原理图

全站仪操作程序如下：通过输入输出单元，输入测站点坐标、起始方向的方位角、水平角、竖直角、倾斜距离等基础数据；通过中央处理单元实时计算、显示和输出所需要的点与点之间的方位角、水平距离、高差或点的三维坐标等测量成果；并将测量结果再通过输入输出单元直接输出到电子计算机中进行计算、编辑和自动成图，见图2。同时可以根据需要自动生成等高线，测量的图形既可以存储在计算机中，也能够根据需要以多种比例尺打印输出，同时还能够输入到地理信息系统等软件中作进一步的加工、处理和应用，生成数字地面模型。

图2　全站仪操作程序图

2　全站仪在水利工程测量中的优势

2.1进行坐标放样

全站仪能够对视点坐标进行检测，再将坐标点放样到工程实地，这种方法简单明了，在水利工程测量工作中发挥出了一定效果。

2.2进行坐标换算

全站仪能进行坐标换算，将蓝图设计坐标点进行平移、旋转，全站仪换算后的轴线坐标非常直观、明确。

2.3具有自动设定方位角功能

全站仪具有自动设定方位角功能，在实际测量工作中可以将测站点的坐标值与后视点的坐标值统统输入，再按下功能键，便能迅速设定方位角。

3　全站仪在渠道工程测量中的应用

3.1渠道测量

渠道测量指的是在地面上沿着选定的中心线以及两侧，将纵横断面给测出来，并且绘制成图，将设计线绘制于图上，然后对工程量进行计算，对概算或者预算进行科学编制，以此来科学设计施工方案，进行施工。

3.2全站仪在渠道工程测量中的优势

在渠道工程施工中，需要对较为复杂繁琐的数据进行测量计算，工作量较大。而全站仪可以实现在同一测站上，角度测量、距离测量以及坐标测量等，使用起来较为方便，效率高，存储大，可以在仪器中提前存放工程数据，可以克服渠道施工的难题。

3.3在某渠道工程测量中的应用

文章以某工程为例，某渠道为梯形断面，渠道最长的约12 km，最短约500 m；渠底宽度为25 m，渠道内一极边坡为1：2，一级马道（堤顶）宽5 m，外坡一级边坡为1：2，二级边坡为1：2.50，渠道纵比降为1/25000。

3.3.1控制测量

对于高程导线点的埋设，要严格依据水电测量规范，每隔200～600 m之间进行埋设，并利用光电测距四等三角高程测量的技术，再借助全站仪观测出各导线点高程和平面位置。

3.3.2对各个里程桩点和各个积断面点的平面位置和高程进行测定

将全站仪安置在导线点上，为了减少误差，测站到各测点间的距离控制在500 m内。将全站仪安装到导线点向前、向后对渠道纵断面桩、横断面点的平面位置和高程进行测量。之所以在导线点安置全站仪进行测量，是因为这样最多只需要在中间设置一站，就可以测量到另一已知控制点并进行校核。为保证各段渠道工程测量精度的均匀性，每一段采用已知邻近导线点坐标和高程为起算数据，还能避免积累误差。

4　全站仪在渠道工程测量中需要注意的问题

4.1对向观测、挑选适宜的观测时间

为了消减球气差的影响，导线点和坐标采用对向观测方法，观测时间也需要重视，不宜在雨、雾、风和阳光之下进行，要选择气候条件好、目标清晰并且成像稳定的观测时间观测。另外，在测站的过程中，如果是在强光下，需要打伞，镜头不能够对准太阳，否则二极管会受到强光损坏。

4.2要注意温度的变化

在冬季使用全站仪，要注意室内外温差的变化，需要提前把仪器拿出室外，等待30～60 min左右适应外界的温度。直接从室内拿到室外立刻使用，会因为室内比室外温度较低，使全站仪材质上会有变化，如果这样进行施测，会影响测量的精度，因为全站仪已经在水平的水准光气泡中出现偏移问题。

4.3严格控制边长

影响到测量精度的主要因素是大气折光，就需要严格控制距离，因为它和距离的平方之间是正比关系，因此，渠道高程导线四等精度≤900 m。

4.4选择符合要求的仪器和工具

因为在对各个里程桩和横断面点的高程进行测量时，采用的是单方向半测回，无法消除仪器的竖盘指标差、棱镜的高度误差，所以，在测量时要严格依据相关要求，选择符合要求的仪器和工具进行测量，测量前还要对其进行认真的检查和核验。

4.5适当缩短导线点间距离

当测量距离和竖直角增大时，测量的高程误差也会随之增大，因此，在对导线点进行布设时，适当缩短导线点之间的距离。为了提高测量精度，要在与渠道中心桩大致相同的高程面上布置导线点。

4.6要注意重要的水工建筑物桩点测量精度

因为一些比较重要的水工建筑物地面桩点或各个建筑物桩点的高程对建筑物的设计会有重要影响，所以在对各个里程桩和加桩高程进行测量时，要注意这些点测量精度，要将渠道拐角和渠道弯点、始点以及终点和配套建筑物中心位置点的坐标给测出来，并在图纸上用适当的比例和图例表示渠道纵断面。

在对渠道纵向坡度、闸、桥、涵等的纵向位置设计时，需要在测量高程时，将路线中心线上里程桩和曲线控制桩的地面高程给测量出来，为了保证测量精度，需要在两个不同的站点，采用两次测量方法进行互相校核检验。

5　结语

渠道工程是水利工程的重要组成部分，直接关系到经济、社会及人身安全。通过上文的叙述分析可以得知，全站仪在渠道测量中的应用，不仅提高了工作效率，减少了外业计算、记录和外业工作时间，而且还提升了作业精度。在具体的实践过程中，需要对全站仪的操作方法进行熟练掌握，加强对测量人员自身素质水平与技能水平的培训，避免误差。合理科学的运用全站仪进行测量，避免不精确的测量，延长水利工程建筑的使用寿命，使水利工程的建设能够符合高效益、高安全和高质量的原则。

［1］张德军.全站仪在渠道工程测量中的应用［J］.城市建设理论研究，2013（13）.

［2］黄茂江，闵志欢.全站仪在某灌区渠道工程测量中的应用［J］.江西建材，2014（19）.

［3］韦勇.论全站仪在水利工程测量中的应用［J］.建筑工程技术与设计，2015（21）.

［4］苗强，李磊.全站仪在水利工程测量中的应用［J］.城市建设理论研究，2013（32）.

（责任编辑：于慧慧）

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2016-02-27