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全站儀在建筑工程測(cè)量中的運(yùn)用
全站儀在建筑工程測(cè)量中的運(yùn)用
摘要：文章結(jié)合一些工作中的實(shí)例闡述了全站儀在建筑軸放樣、三角高程測(cè)量具體運(yùn)用，并提出了在運(yùn)用過程中應(yīng)注意的問題。
關(guān)鍵詞: 全站儀 建筑軸線放樣 三角高程測(cè)量
1 前言
隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的發(fā)展及其在測(cè)繪領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，集電子測(cè)角、電子測(cè)距、數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)的全站儀已經(jīng)取代了常規(guī)的光學(xué)經(jīng)緯儀和s3光學(xué)水準(zhǔn)儀。各測(cè)繪儀器廠商生產(chǎn)出各種型號(hào)的全站儀，出現(xiàn)了大內(nèi)存、多功能、防水型、防爆型、電腦型等，全站儀正朝著功能全、效率高、全自動(dòng)、易操作、體積小、重量輕的方向發(fā)展，使野外測(cè)繪作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度逐漸地減輕，工作效率得到不斷提高，測(cè)繪技術(shù)水平也相應(yīng)地得到了提升，從根本上更新了測(cè)量的觀念和理論。
傳統(tǒng)的測(cè)量方式正逐步被不斷涌現(xiàn)的新儀器、新技術(shù)、新方法所取代。目前在建筑工程測(cè)量經(jīng)常采用的儀器就是全站儀，筆者將結(jié)合工程實(shí)例來講述全站儀在建筑工程的測(cè)量中的運(yùn)用。
2 建筑軸線放樣
在建筑工程中，主軸線是各項(xiàng)工作展開的重要施工依據(jù)。針對(duì)深圳萬科第五園五期12號(hào)樓基礎(chǔ)施工階段，現(xiàn)場(chǎng)地形復(fù)雜，通視障礙較多，導(dǎo)致測(cè)量施工的難度和強(qiáng)度增加。運(yùn)用傳統(tǒng)的方法對(duì)其主軸線測(cè)設(shè)較為困難，更重要的是12號(hào)樓為半預(yù)制半現(xiàn)澆裝配式結(jié)構(gòu)，對(duì)主軸線測(cè)設(shè)精度要求較高。于是我們采用全站儀器對(duì)主軸線放樣。具體方法如下：
1）如圖1所示，P1,P2,P3均為在坐標(biāo)放樣中測(cè)設(shè)出的坐標(biāo)點(diǎn)。將全站儀架設(shè)在P1點(diǎn)上，將儀器對(duì)中，整平；
2）因?yàn)槿緝x以北方﹑東方向?yàn)檎较颍薯毚_定原點(diǎn)位置。在測(cè)量模式第一頁菜單下按〔坐標(biāo)〕進(jìn)入﹝坐標(biāo)測(cè)量﹞屏幕。選取“測(cè)站坐標(biāo)”后按〔編輯〕輸入測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)P1(N0:0.000,E0:0.000,Z0:任意值)儀器高和目標(biāo)高值可以適用儀器默認(rèn)值，原因是軸線測(cè)設(shè)是在二維空間中進(jìn)行的；
3）后視站點(diǎn)的選取，軸網(wǎng)圖2中能作為后視點(diǎn)的有P1,P3點(diǎn)，但是一般選離測(cè)站點(diǎn)較遠(yuǎn)的一點(diǎn)作為后視點(diǎn)；
4）后視站點(diǎn)的坐標(biāo)輸入，P3（N:85.170,E;32.345,Z:任意值），這樣就在二維空間中建立了X-Y坐標(biāo)系，如圖2所示;
5)司鏡員將棱鏡架在P3點(diǎn)處整平，全站儀對(duì)準(zhǔn)棱鏡中心，進(jìn)行后視定向。若觀測(cè)結(jié)果為（N:85.170，E:32.345，Z:任意值）可以進(jìn)行軸線測(cè)設(shè)；
6)欲在墊層A上放出7軸線和G軸線，首先通過軸網(wǎng)圖2計(jì)算出P1點(diǎn)到7號(hào)軸線的垂直距離25.665m；P1點(diǎn)到G軸線的垂直距離3.150m;
7)司鏡員在墊層A上，大概估測(cè)下7軸線的位置，在墊層上用紅藍(lán)鉛筆畫出兩條相較的直線，將棱鏡架設(shè)在兩直線相較的交點(diǎn)上，整平并將棱鏡鏡頭對(duì)準(zhǔn)全站儀；
8）用全站儀照準(zhǔn)棱鏡，點(diǎn)擊〔觀測(cè)〕按鈕，結(jié)果為(N:25673,E:任意值，Z:任意值)。如下圖2所示
圖2 儀器顯示
N=25.673m，而所需的目標(biāo)值為：N′=25.665m理論目標(biāo)測(cè)量值與實(shí)際測(cè)量值之差:△= N′- N=25.665-25.673=-0.008m
9) △=-0.008m＜0，棱鏡向大致平行于X軸，向X軸負(fù)方向移動(dòng)8㎜，此處可以用卷尺量；若△＞0，棱鏡就要向X軸正方向移動(dòng)△的絕對(duì)值；
10）將棱鏡移至到新點(diǎn)之后，整平鏡架，用全站儀觀測(cè)N值，當(dāng)△值在±3㎜范圍內(nèi)可以定下7軸線上一點(diǎn)Q1；
11）重復(fù)(7)-(10)工作，定出7軸線上的另一點(diǎn)Q2，連接Q1和Q2兩點(diǎn)彈線，這樣就定出了7軸線在墊層A上的位置；
12）進(jìn)行G軸線的放樣，其放樣方法與7軸線基本相同，不同點(diǎn)是在進(jìn)行（8）工作時(shí)，測(cè)量結(jié)果只須E=3.150m;
13）用此方法進(jìn)行軸線放樣應(yīng)注意：定坐標(biāo)原點(diǎn),將全站儀架設(shè)在圖2中P1點(diǎn)上，對(duì)中整平，進(jìn)入站點(diǎn)坐標(biāo)的輸入:P1(N0:0.000,E0:0.000,Z:0.000或任意值)定后視點(diǎn)坐標(biāo)是整個(gè)工作成功的關(guān)鍵所在，因?yàn)楹笠朁c(diǎn)坐標(biāo)輸入決定者X軸與Y軸的正放向。例如：若后視點(diǎn)定為P3，后視點(diǎn)坐標(biāo)輸入P3（N:85.170,E:32.345,Z:任意值）那么坐標(biāo)系如下圖3-1所示
圖3-1 X-Y坐標(biāo)系
若后視點(diǎn)坐標(biāo)輸入為P3(N:32.345,E:85.170,Z:任意值)那么坐標(biāo)系如下圖3-2
：
圖3-2 Y-X坐標(biāo)系
由上面例子可見定后視點(diǎn)以及后視點(diǎn)坐標(biāo)輸入是此工法關(guān)鍵所在。
3 用新方法進(jìn)行高程測(cè)量
在工程的施工過程中，常常涉及到高程測(cè)量。傳統(tǒng)的測(cè)量方法是水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量。兩種方法雖然各有特色，
第一文庫網(wǎng) 但都存在著不足。水準(zhǔn)測(cè)量是一種直接測(cè)高法，測(cè)定高差的精度是較高的，但水準(zhǔn)測(cè)量受地形起伏的限制，外業(yè)工作量大，施測(cè)速度較慢。三角高程測(cè)量是一種間接測(cè)高法，它不受地形起伏的限制，且施測(cè)速度較快，在大比例地形圖測(cè)繪、線型工程、管網(wǎng)工程等工程測(cè)量中廣泛應(yīng)用。但精度較低，且每次測(cè)量都得量取儀器高、棱鏡高，麻煩而且增加了誤差來源。隨著全站儀的廣泛使用，使用對(duì)中桿配合全站儀測(cè)量高程的方法越來越普及，使用傳統(tǒng)的三角高程測(cè)量方法已經(jīng)顯示出了它的局限性。經(jīng)過長期摸索，總結(jié)出一種新的方法進(jìn)行三角高程測(cè)量。這種方法既結(jié)合了水準(zhǔn)測(cè)量的任一置站的特點(diǎn)，又減少了三角高程的誤差來源，同時(shí)每次測(cè)量時(shí)還不必量取儀器高、棱鏡高。使三角高程測(cè)量精度進(jìn)一步提高，施測(cè)速度更快。3.1利用新方法高程測(cè)量
萬科第五園公路二合同段地處平原微丘，雖地勢(shì)較平坦，但一些GPS高程
控制點(diǎn)離路線較遠(yuǎn)，高差較大，這些都加大水準(zhǔn)點(diǎn)復(fù)測(cè)以及施工過程中的水準(zhǔn)點(diǎn)加密的工作量。由于施工工期緊、測(cè)量人員有限，采用新的全站儀測(cè)量高程，提高了施測(cè)速度及精度，滿足了工程進(jìn)度的需要。
基本原理：
Ha=Ho＋D1×tgа1＋i－t ①
Hb=Ho＋D1×tgа2＋i－t ②
D2 D1
圖4 新三角高程測(cè)量示意圖
把全站儀架設(shè)在任意點(diǎn)Ho，把棱鏡跟蹤桿的高度定死后架設(shè)在已知高程水準(zhǔn)點(diǎn)A之上。根據(jù)三角高程的基本原理：全站儀的視線高為：
W=Ha＋t－D1×tgа1=Ho+i
再把棱鏡桿架設(shè)到未知高程點(diǎn)B，由于儀器架設(shè)完畢后i值不變。棱鏡桿架設(shè)到B點(diǎn)后不改變高度，t值也不變。
Hb=Ho＋D2×tgа2＋i－t ③
= Ha－D1×tgа1－i＋t + D2×tgа2+i－t
= Ha－D1×tgа1 ＋ D2×tgа2
所以 Hb= Ha－D1×tgа1＋D2×tgа2 ④
1）由此可知Ho對(duì)B點(diǎn)高程沒有關(guān)系，影響B(tài)點(diǎn)高程測(cè)量精度的只有D1、D2和а1、а2及棱鏡頭的瞄準(zhǔn)誤差。全站儀的測(cè)距精度可達(dá)到Md=±1.33，距離不會(huì)有問題。考慮地球曲率對(duì)距離的影響，全站儀曲率改正設(shè)為：0.142。在瞄準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)，我們?cè)诶忡R頭的砧板上，貼上2mm寬黑色反光條，在對(duì)準(zhǔn)A點(diǎn)時(shí)與B點(diǎn)時(shí)瞄準(zhǔn)同一個(gè)位置，抵消跟蹤桿的高差，在天氣晴好時(shí)，前后視距距離可以達(dá)300—800m 。
2）可以得出的數(shù)據(jù)：（1）算得待測(cè)點(diǎn)高程：Hb=Ha－V1+ V2；
（2）儀器視線高程：W=Ha－V1；
（3）將數(shù)據(jù)W輸入坐標(biāo)測(cè)量的測(cè)站高程，將儀器
高和棱鏡高設(shè)為0，進(jìn)入坐標(biāo)測(cè)量界面，則測(cè)得的高
程將直接顯示在坐標(biāo)測(cè)量的Z值中，移動(dòng)跟蹤桿得到
待測(cè)各點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)。
3.2工程實(shí)例
現(xiàn)在以深圳市萬科第五園四期展示樓為例，利用新方法高程測(cè)量。
如圖5所示，已知A號(hào)點(diǎn)高程HA=83.30m,欲測(cè)量出B號(hào)點(diǎn)高程HB；
圖5控制點(diǎn)高程及坐標(biāo)
1）儀器架設(shè)在任一點(diǎn)，和已知高程點(diǎn)通視，觀測(cè)瞄準(zhǔn)棱鏡頭橫向刻畫線，并測(cè)距顯示高差： V1=D1×tgа1=-3.496（全站儀直接顯示讀數(shù)，保留“+”、“－”號(hào)）；
2）將棱鏡桿架設(shè)到待測(cè)高程點(diǎn)位，測(cè)得： V2=D2×tgа2=1.65（全站儀
直接顯示讀數(shù)，保留“+”、“－”號(hào)）；
3）移動(dòng)棱鏡桿測(cè)得其它待測(cè)點(diǎn)V2，計(jì)算出高程；
4）算得待測(cè)點(diǎn)高程：Hb=Ha－V1+ V2=83.30-（-3.496）+1.65=88.446m
另外可計(jì)算出儀器視線高W
W=Ha－V1=86.796m
將數(shù)據(jù)W輸入坐標(biāo)測(cè)量的測(cè)站高程，并將儀器高和棱鏡高設(shè)置為0，進(jìn)入坐標(biāo)測(cè)量界面，則測(cè)得的高程將直接顯示在坐標(biāo)測(cè)量的Z值中，移動(dòng)棱鏡得到待測(cè)
各點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)。
3.3運(yùn)用三角高程測(cè)量新方法的優(yōu)點(diǎn)
通過分析可以看出，這種三角高程新方法有如下優(yōu)點(diǎn)：
1)觀測(cè)過程中不需要量測(cè)儀器和棱鏡的高度，減少了誤差來源，提高了精度。
2)觀測(cè)過程中全站儀居中安置，盡量讓前、后視相等，從而可以有效地減弱或消除地球曲率和大氣折光對(duì)高差測(cè)量的影響，又進(jìn)一步提高了精度。
3)該方法既有幾何水準(zhǔn)測(cè)量任意置站的特點(diǎn)，又同時(shí)不受觀測(cè)地形的限制，特別適合在丘陵、山區(qū)測(cè)繪。在一定條件下可以代替三、四等幾何水準(zhǔn)測(cè)量，提高了外業(yè)作業(yè)效率。
4)若用工程中常采用的全站儀(標(biāo)稱精度：測(cè)角為±2 ，測(cè)距為±(2±2 ppm×10 ×D)mm，在一定條件下，按照儀器的操作規(guī)范進(jìn)行操作很容易使高差測(cè)量精度達(dá)到三、四等幾何水準(zhǔn)測(cè)量精度的要求。
4 結(jié)語
“工欲善其事,必先利其器”，全站儀還有很多功能例如：后方交會(huì)測(cè)量、點(diǎn)投影、懸高測(cè)量與放樣、偏心測(cè)量、面積測(cè)量、體積測(cè)量、對(duì)邊測(cè)量等等�？梢娙緝x的功能是十分龐大的，合理地運(yùn)用這些功能可以給工作帶來巨大的幫助。本人在深圳萬科第五園實(shí)習(xí)時(shí)發(fā)現(xiàn)很多高檔的全站儀被當(dāng)作經(jīng)緯儀用來放軸線，造成資源浪費(fèi)。我覺得在實(shí)際運(yùn)用中我們擺脫舊的測(cè)量觀念的束縛，不斷的創(chuàng)新，改進(jìn)施工工藝，這樣才能把全站儀的功能發(fā)揮到極限。
參考文獻(xiàn)
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