摘 要：本文介紹了全站儀測量的基本原理,提出了一種基于全站儀高效橫斷面測量方法和軟件系統,能夠大幅度提高山區高速公路橫斷面數據采集速度,并且完全實現全數字化作業。
關鍵詞：道路橫斷面;全站儀;數據處理
Abstract: This paper introduces the total station instrument measuring principle, puts forward a kind of measurement method and software system based on total station instrument efficient cross section, which can greatly improve data acquisition speed of the mountainous area highway cross section, and realize full digital operation.
Key words: road cross section; total station instrument; data processing
中圖分類號：TU2 文獻標識碼： A文章編號：2095-2104(2012)
采用全站儀對邊測量法測量道路橫斷面,外業可以不受地形條件的限制,一站測量多個斷面,在遇到障礙物時,可以任意設站,非常靈活地避開障礙物,變坡點坐標數據自動存儲于全站儀中。內業階段利用儀器自帶的數據傳輸軟件完成數據下載,然后根據不同專業的斷面,分別使用Excel和編寫的斷面整理程序,可以輕松地將數據轉換成道路設計軟件所要求的橫斷面地面線文件。
道路橫斷面測量是道路工程在勘測設計階段初測和定測過程中的一項重要工作。因為,一方面,設計人員要利用橫斷面數據計算和平衡土石方量;另一方面,設計人員要知道橫斷面的形狀和內容才能合理地設計道路路基、邊坡以及其他附屬結構物。傳統的橫斷面測量方法有水準儀皮尺法、橫斷面儀法、經緯儀視距法等;隨著測繪儀器的更新換代,橫斷面測量方法也有所改進。例如,可利用全站儀作為測量橫斷面的工具。利用全站儀可大大提高橫斷面測量的外業效率,但是外業采集的數據不及時處理,則測量工作要受到影響,可見斷面數據處理的效率,處理方法是關鍵,本文將介紹一種利用全站儀測量道路橫斷面的方法和處理橫斷面測量數據的技巧,從而提高工作效率和經濟效益。
1 路線橫斷面坐標系和坐標的計算
道路橫斷面測量是測定各里程樁兩側垂直于中線的各地形變化點高程及偏離中線的距離。根據這一原則很容易將全站儀測得的X,Y換算成到各里程樁的距離,而Z坐標即為地面點的高程。建立橫斷面坐標系,即建立以里程樁為坐標原點,以里程樁切線方向為X′軸,法線方向為Y′軸的臨時坐標系統,全站儀在該坐標系中測得的X′值即為偏離Y′軸(橫斷面的方向)的值,測得的Y′值即為離X′軸的距離(即至中線的垂直距離),橫斷面坐標系如圖1所示。
橫斷面坐標系與測量坐標系的關系如圖2所示,將測量坐標系中的任意一點P(Xp,Yp)轉化成橫斷面坐標系中的坐標:
其中,X0′,Y0′分別為斷面中線里程樁在測量坐標系中的坐標值;α為測量坐標系X軸與斷面坐標系X′軸的夾角,即里程樁切線的方向值。
2 全站儀橫斷面的測量
由于在測量橫斷面時道路的中平測量和基平測量已經完成,到道路橫斷面測量時需要測量垂直于中線方向上的地面起伏,是相對于中樁的關系,基于此,道路的橫斷面測量變得相當的簡單。在這里介紹幾種在橫斷面測量中比較適用的方法,以便大家參考和借鑒。
2.1選取視野開闊的已知點P1為測站點,另一個已知點P2為后視點,按極坐標法測量橫斷面點。
2.2 假設里程樁的三維坐標點(X, Y,Z),此時按橫斷面坐標
系,該點的坐標x′為該中樁的里程,y′=0,z′=z。
2.3 測量橫斷面的地形變化點,此時按橫斷面坐標系,如果該點在橫斷面方向上,則x′為測量橫斷面的里程,否則說明該點偏離橫斷面的方向,如果超出允許范圍,則由操作員指揮跑尺員調整位置,y值為變化點離里程樁的距離,正則為右側,負則為左側。同理測完其余點。
3 實際應用
3.1 工程概況
某項目一般海拔高程在1000 m～1500 m左右,沿線均為剝蝕山地和黃土梁峁。設計路線基本穿山而過,地貌起伏較大,屬于典型山地、高山地地貌。測量難度較大,時間短,任務緊。
3.2 橫斷面測量
全站儀測量橫斷面時儀器應安置在線路中線斷面點(中樁)或在橫斷面方向上的某處。無論是直線地段還是曲線地段,均可選用偏角法、自由測站坐標反算等方法確定橫斷面方向,不再贅述。橫斷面測繪密度一般直線地段每隔20m、曲線地段每隔10m測一條,零點斷面、線路縱橫地形明顯變化、曲線控制樁等應加測,橋隧等重點工程地段及不良地質地段應適當加密,具體操作應按勘測規范要求,結合線路現場實際情況確定。
設置全站儀于中樁O點,如圖3所示,后視另一線路中線點歸零,轉動照準部水平度盤讀數為90°或270°即為A處橫斷面方向。為方便測量沿橫斷面方向選擇一合適的地點B。在B點架站,量取儀高i,按測量所需設置用戶模板、棱鏡常數等,瞄準A點,通過全站儀鍵盤上按鍵,選擇標準測量模式開始測量、記錄數據。依次測量地形變化較大的地形點1, 2, 3等處即完成一個斷面測量。在道路勘測過程中,只要提交數據,設計人員根據自己的要求生成不同的橫斷面樣式。
4 橫斷面數據的處理
在本項目中橫斷面的數據根據專業的不同,需要提供兩個格式的橫斷面數據。如橋梁專業和隧道專業需要的橫斷面數據格式為第一種。其格式如上所示,第一種橫斷面數據格式為:
里程樁 高程
面向大里程方向中樁左面的第一個地形變化點距離中樁的距離
高程 第二個 高程…
面向大里程方向中樁右面的第一個地形變化點距離中樁的距離 高程 第二個 高程…
這種格式的數據在使用上面的方法測量時,其成果的y值為對應的距離,正則為左面,負則為右面。這樣數據處理出來不會出現混亂。使用Office自帶的Excel可以十分方便的實現數據的處理,從而盡量的減少數據的人工處理,保證數據的正確。而路基專業的則需要的是第二種格式的橫斷面數據(即緯地格式數據):
里程樁
地形點數目 相對中樁距離 相對中樁高差 相對上一點
距離 相對上一點 高差…
地形點數目 相對中樁距離 相對中樁高差 相對上一點
距離 相對上一點高差…
同樣第一行數據為在設計線路上面向大里程放樣左側,第二行為右側。由于需要的是相對上一點的距離差和高差,在測量中儀器存儲的為點位信息。因此數據的處理變得十分困難。為此我們在CAD的基礎上進行了二次開發,編寫一個LSP文件實現了數據的自動獲取。
其使用的方法為:
4.1 在CASS中輸入命令: appload,加載LSP文件到啟動組中。在電腦的合適位置使用Excel新建一個后綴為“. csv”的文件。
4.2 重新打開CASS,將測量的數據使用“野外測點代碼”展到CASS里面,在命令行中輸入命令: xzw,j然后輸入0,打開建好的CSV格式的文件。
4.3 在命令行中輸入命令: dmz,l依次選擇中樁點,點名,左側
的地形點。
4.4 在選擇的過程中,軟件會自動計算左側的地形點數目和重復情況,然后選擇右面的點。依次選擇,完成橫斷面數據的提取,結果即為設計需要的緯地格式數據。
在程序的編寫過程中,由于注意到內業測量的習慣問題,該程序具有一定程度的糾錯性,其主要可以做到以下幾點:a.數據的間斷性操作。數據輸出的文件可以選擇原有文件,也可以建立新的文件。b.數據選擇重復操作。對于重復選擇的數據,程序自動統計并只記錄其中的一個,避免數據不必要的錯誤。c.數據的有序性。在操作的過程中,橫斷面信息點的選取可以是隨意的,軟件會自動按位置排序,具有一定的人性化設計。
5 結語
通過作者在多條道路勘測中的實際應用,證明它是一種高效的橫斷面測量方法,實現了橫斷面點位數據采集、傳輸到后處理全程的自動化和數字化,大大減輕了勘測的勞動強度,保證了橫斷面測量成果的質量,提高了工作效率。
參考文獻:
[1]李健,鄭德峰.道路施工測量的步驟和方法[ J].山西建筑, 2009, 35(18): 362-363.
