全站仪在工程上的运用

曹淞宇 陈宇 任高辉 丰帆 罗欢

摘要：本文将对全站仪的基本功能进行介绍分析，工程实例的介绍，以实现对工程测量任务的精确控制。

关键词：全站仪基本功能；方位角；工程施工放样

1.引言

20世纪下半叶是测绘科学与技术迅猛发展的时期,特别是近10余年来,它尤其获得了许多突出的成就. 促进这一时期飞跃前进的主要因素之一就是测量仪器的惊人发展,其中比较有代表性的当属全站仪的出现和使用. 作为交大土木工程的学生，掌握以后测量工作中常用的全站仪尤为必要，全站仪由光电测距仪、电子经纬仪和微型计算机组合而成,不仅可以自动测距、测角、自动记录和计算,而且精度高、速度快、操作简便,既节省了人力又减轻了繁重的外业工作,因此深受广大测绘工作者的欢迎和青睐。

2.全站仪基本功能

2.1 自动设定方位角功能

通过给定的后视点方位角,按输入键全站仪可直接设定方位角. 如后视点方位角未知,可先输入测站点A的坐标值( ) 和后视点B 的坐标值( ) ,再照准后视点,然后只需按一下功能键,仪器就会自动计算并设定后视点的方位角.后视点 的方位角按下式计算：

实质上,全站仪就是利用其自身的编程和存储功能按上述公式实现方位角的自动计算的。

2.2 测量三维坐标功能

将全站仪安置于测站点A 上,选定三维坐标测量模式后,首先输入仪器i、目标高v 以及测站点的三维坐标值( ) ,然后照准另一已知点设定方位角,接着再照准目标点P 上的反射棱镜,一按坐标测量键,仪器就会按以下公式利用自身内存的计算程序自动计算并瞬时显示出目标点P 的三维坐标值( ) .

式中 为斜距; 为天顶距; 为方位角。

2.3 三维放样功能

将全站仪置于测站点 上,选定三维放样模式后,首先输入仪器高、目标高以及测站点和

放样点的三维坐标, 并照准另一已知点设定方位角; 然后将反射棱镜竖立在待放样点的概略位置p处;按相应功能键即可自动显示水平角偏差 、水平距离偏差 及高程偏差

.按照所显示的偏差值,移动反射棱镜,当仪器显示为零时即为设计的位置。

基本原理为:仪器首先测定棱镜所在位置p点的三维坐标,然后按坐标反算公式利用仪器自身的内存程序反算出设计的水平角和水平距离,最后与测量的水平角和水平距离比较即可自动计算并显示出测量值与设计值之差 、 和 。

2.4 悬高测量

图1

如图1所示,首先把全站仪安置于适当位置,并选定悬高测量模式后;把反射棱镜设在欲测高度的目标点的天底(或天顶) , 输入反射棱镜高 ; 然后照准反射棱镜进行测量; 再转动望远镜照准目标点, 便可显示出地面至目标点的高程 . 其计算公式如下:

式中, 为仪器至反射棱镜的斜距和天顶距;为仪器至目标点的天顶距。

2.5 对边测量功能

如图2 ,在测站点 处安置全站仪后,先选定对边测量模式,然后分别照准 点和 点的反射棱镜进行测量,仪器就会自动计算并显示出 、 两点间的平距 . 需要时还可计算并显示出 、 两点间的高差 、斜距 及坡度 .其计算公式为

图2

%

式中 , 为斜距; ,为竖直角; 为 与 两方向间的水平夹角。

3.全站仪施工放样实施

3.1 施工控制测量

在利用三维坐标法放样墩柱各节段时,通常是直接测定该段截面相应轮廓点的平面坐标。在选择测站点位置时,除了保证满足放样精度要求之外,还应考虑通视条件、放样方便和数据准备时计算简单等因素。

涪江三桥一、二级控制网中,涪江南、北两岸控制点相距大多在1～2 km。若直接在这些点上进行测量放样,放样距离太远; 同时为了满足施工测量放样工作的需要, 按照上述原则,在涪江三桥施工中,结合施工场地的实际情况,尽量利用地形,在原有控制网的基础上进行了控制点的加密,各加密点相距约200m。

上述测站点的布置完全满足了施工的要求,从点位布置还可以看出,这些点位基本上远离桥梁施工的安全禁区,确保了仪器和人身的安全,避免了施工干扰。

3.2恢复桥墩中心点

在大桥桥墩完成后,需要恢复桥墩中心点的准确位置。常用方法是方向交会法或距离交会法,但这两种方法都需要在多个控制点上设站,费时费力;而用边角联合后方交会法,只需一两个小时。在涪江三桥主墩中心点时,选用大桥控制网的3个已知点作为后视观测点。现场作业前,先将边角联合后方交会法程序、3个控制点点号和坐标输入计算机中。比照主墩中心点设计坐标后即知需要的改正量,再将近似点改正至设计位置。

3.3 各桥墩中心点的联测

为了使大桥钢箱梁的吊装和主跨合龙时全桥有一条统一的桥轴线,在桥墩施工都完成后,需对各墩中心点的位置进行联测,求得各墩台实际中心位置与设计位置的偏差。最后将各墩中心点的实际位置作适当调整,使其统一于同一直线上,以保证钢箱梁的吊装及主跨合龙的顺利进行。

3.4三维坐标法放样点位

在现场进行放样时,按照三维坐标法的原理,其测量放样方案是在一个测站上,以桥轴线方向为基准,以固定点为后视方向进行定向,依次在墩柱轮廓点等角点处立镜,在测站上架设全站仪,照准相应轮廓点处的反射棱镜,仪器立即显示出各点的三维坐标。在一般情况下,各点能直接测量坐标。个别情况下因爬架、脚手架等杆件影响通视时,可通过棱镜杆的长度调整,或在局部范围内进行偏距测量等方法解决各点的通视问题。

参考文献：

[1] 李青岳. 工程测量学[M ]. 北京:测绘出版社, 1984

[2] 顾孝烈. 测量学[M ]. 上海:同济大学出版社, 1990

[3] 郭宗河. 对边测量及其精度分析.测绘工程, 1998

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。