测绘仪器

摘要：本文主要利用全站仪自身的功能，结合道路测量的特点提出了全站仪自由设站法道路定测及其具体测设方法，并对其精度进行了分析。

一、引言

道路定测是道路勘测的重要阶段，主要解决线路平面、纵断、横断三者的合理配置，通常的定测方法为：在平面和高程控制的基础上依次进行中线测量、纵断面测量和横断面测量，所用仪器一般为经纬仪、钢尺、水准仪。随着科技进步，全站仪已在道路测量领域得到了广泛应用，但大多数使用者仅仅把它作为普通经纬仪、测距仪来使用，还没有完全利用和开发全站仪的功能，来提高测量效率，解决实际问题。而用全站仪自由设站法进行道路定测，可在任意点设站安置仪器，利用坐标变换原理，进行中线测量和纵、横断面测量，不仅能发挥全站仪自身的优势，还具有以下优点：

1. 一是用导线点直接测设加密点，去掉中间的由交点控制主点、再由主点控制加密点的步骤，这样减少了误差的传递和累积，提高了精度；
2. 二是避免由于虚交点和不通视带来的测设困难，提高工作效率。全站仪是集测角、测距、测高差于一体的测量工具，并可以与计算机双向通讯。本文就采用全站仪自由设站法在道路定测阶段进行平、纵、横同时施测及解决困难地段的定测问题作一探讨。

二、道路中线测量

在常规的道路中线测量中，直线部分的测设通常用支距法和极坐标法直接标定。而对于曲线测设则是先在测设交点的基础上测设主点(即起点、终点和中点)，再进行详细测设，曲线的详细测设方法有偏角法、切线支距法、弦线支距法、弦线偏距法等。在本文中，中线测量的控制点一般采用GPS定位或全站仪测设，并将各点信息传输至PC-E500计算机中，给每个控制点统一编号。这些点在计算机中的存储形式为：点的类型、编号、X、Y、H、坐标原点点号、备注。

1. 方向线的测设

方向线是直线，它的测设只要确定直线上两个点即可。一般有两种方法：一种是根据纸上定线的结果利用极坐标法选一控制点作为坐标原点。再选另一已知点构成已知方向并把量取的极角θ及极径ρ输入PC-Ε500计算机，在所选原点安置全站仪，并使之处于联机状态，并使水平角置零，照准已知方向，转动全站仪，当拨角达到极角大小时有蜂鸣声，制动照准部，在此方向点前后移动棱镜，直到有蜂鸣声，此时棱镜所在点即为要测定的点，再输入量取的另一点的极径和极角，用同样的办法测设另一点，这样就由两点确定了一条方向线。另一种方法是在纸上定线后延长方向线确定交点的纸上位置，同样可以以其一控制点为原点，量取极角θ和极径ρ，并输入计算机，同前一种方法，在实地把交点标定出来，相邻两交点的连线即为方向线。在测设方向线的同时，根据两方向线上的坐标解算出转角α和交点坐标并传输到PC-E500计算机中存贮。

2. 圆曲线的测设

用全站仪进行圆曲线测设时，主点和加密点同时一次测定，首先输入选定的圆曲线半径R和测出的转角α以及加密桩距，选择圆曲线测设模块中的计算功能，计算机则显示出主点测设要素及以交点为坐标原点、以方向线为已知方向的极坐标。测设时在交点安置全站仪，输入测站点的点号、坐标及照准方向的点的坐标，选择测设功能模块计算机就显示出以测站点为坐标原点，照准方向为基本方向的主点和加密点的极坐标。再利用全站仪的测设功能采用极坐标法标定出圆曲线的起点、中点、终点及各加密点。

3. 直线部分加密点的测设

在圆曲线测设完毕后，圆曲线的起点和终点已经标定，选择测设功能，测设时在交点安置全站仪， 输入曲线起点点号、坐标、前一圆曲线终点或交点的点号、坐标及测站点的点号、坐标，则可显示出加密点的极坐标。从圆曲线的起点开始，用极坐标法测定各加密点。如果该圆曲线起点不可得，则从前一曲线终点或交点开始即可。

对于带有缓和曲线的圆曲线和长大曲线，则根据其特点，只要选择恰当的控制点作为坐标原点则可以用与测设圆曲线同样的方法进行测设。

4. 困难地段圆曲线的测设

(1) 交点不能安置仪器。如果曲线的交点不能安置仪器，这时则选择以测设直线时的控制点或其他已知点作为坐标原点，利用坐标转换功能，把以交点为坐标原点的各点坐标转换为以该控制点为原点的坐标，此时可在该控制点安置全站仪，用极坐标法测设其他各点。

(2) 不能通视。如果在测设加密点时不能通视，则选另一控制点作为原点，通过坐标转换，用极坐标法测设其余点。

5. 里程计算

公路中线的测设除了标定公路中桩位置外，还要进行里程计算，里程计算又分直线和曲线两部分，对于直线部分只要输入线型、路线起点点号或前一曲线终点的点号和该点的点号即可显示该桩点里程。对于曲线部分，只要输入线型、曲线半径R、转角α和圆曲线起点点号以及该点点号即可显示该点里程。最后，把各桩点的里程输出到计算机中存贮。

三、纵、横断面测量

1. 纵断面测量

因为全站仪可以测高差，故在标定各个中桩点时，可以测得每个桩点的高程，在具体操作时首先输入测站点的高程、仪器高、棱镜中心高度，在各桩点立镜时，全站仪则显示各桩点的高程，并把每个桩点的高程值传输到计算机中存贮，其中棱镜高可用专门的对中杆直接量得，而仪器高的测量就要求精确一些，起码要与对中杆测得的棱镜高精度相匹配，并在测量中保持棱镜高不变，如果测站搬迁或改变棱镜高时，则要重新输入这些数据。

2. 横断面测量

在测各中桩点高程的同时，在路线的垂直方向，即中桩的两侧选择适当的变坡点，立棱镜测其高程、平面坐标并连同该中桩点的高程一起传输到计算机中存贮。这样，纵横断面的测量数据全部存贮到计算机中，应用专门的绘图软件可以绘出纵、横断面图。

四、精度分析

在测量工作中，选择某种测量方法时，不但要考虑其工作效率，更重要的是看其精度是否可靠，是否能满足工程需要，同时也应遵循由高级到低级，先控制后碎部的原则。在一般的道路定测中先布设控制导线，然后分别进行交点、主点测设，最后进行中桩点加密。在断面测量中，先进行基平测量，再进行中平测量。在全站仪自由设站法中采用一次性同时测设，用控制点直接控制中桩点，减少了中间一级控制，把其精度提高了一级。下面就不同的情况进行分析。

1. 中桩的平面点位精度分析

用自由设站法测设中线时，中桩点的位置是由极角θ和极径ρ来确定。

① ρ引起的纵向误差。设全站仪的测距精度为±（2 mm+2×10-6*D），如果取全站仪的最大测程为4 km，则：Mρ＝0.002+2×10-6×4×103＝1.0 cm，按规范要求限差为Mρ＝(D/2000+0.1 m)=210 cm，显然测量误差小于限差。

②θ引起的横向误差。设全站仪的测角中误差为2″,则横向误差Mθ＝Dsinα＝D(α/ρ)＝4.0 cm，也小于限差要求10 cm。

则综合误差

2. 中桩点高程精度分析

利用全站仪测高程，是根据三角高程测量原理进行的，即：

h=L×sinα+i-v+f

其中，L为斜距，α为竖直角，i为镜中心高，v为仪器高，f为大气折光及地球曲率半径改正。根据误差传播定律可得：

在测量中视线的倾角一般不超过30°，α取15°，ML取1 cm，Mα取2″，Mf取2 mm，Mi取3 mm，Mv取2 mm。则计算可得Mh=3.7 cm,是完全能满足精度要求的。

五、结束语

综上所述，该方法不论从其工作效率还是精度方面都是可取的，在实践中证明是可行的。目前PC-E500计算机及便携机的应用已比较普及，全站仪与PC-E500计算机及便携机的通讯接口及开发也日趋完善，因此按大多数工程单位的仪器装备及技术力量，是完全可以采用此方法进行道路定测的。
 

信息标题：全站仪自由设站法道路定测

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