96164部队 浙江 金华 321006
【摘 要】随着我国科技不断地进步及市场经济的崛起，作为基础设施的公路交通事业在日常生活中日益重要，公路里程不断增加，当然公路工程施工也应采用科学的放样方法，全站型电子速测仪观测数据实现了全自动读数、记录和计算，代替了常规的测绘仪器如经纬仪、测距仪、水准仪等，如何利用将全站仪应用于道路放样中也成为一个热点。本文探讨了全站仪的工作原理和全站仪在道路放样中的应用。
【关键词】全站仪；放样；应用
1前言
全站仪，英文为“General Total Station”。它是集合了光学、计算机科学，电子科学技术为一体代替了如测距仪、经纬仪、水准仪等常规仪器同时兼具测角和测距功能的全自动数据记录和计算的新一代测量仪器，因此在广泛应用于工程测量中，引起了测绘技术发生新的变革。现代完整的全站仪包括测距仪、电子经纬仪和计算机，所以又可称为智能型全站仪。全站仪的水平度盘和竖直度盘及其读数装置是分别采用两个相同的光栅度盘（或编码盘）和读数传感器进行角度测量的。同时，全站仪在经纬仪的基础上利用光电效应原理增加电子测距功能，使得全站仪在测距方面摒弃了光学经纬受地形和环境限制的测量精度低，工作量大的缺点，全站仪在增加了数据存储和计算结果自动储存功能之后，使得测量数据转换和输出、测量结果显示更加快速，实现了测量和处理过程的一体化，极大的节省工作时间、提升工作效率。
2全站仪的工作原理
2.1测角原理
全站仪测角就是在光学圆盘上刻制多道同心圆环，每一个同心圆环称为一个码道，为确定各个码区再度盘上的绝对位置，将码道由内向外安码区赋予二进制代码代码，且每个代码表示不同的方向值。利用全站仪通过测量不同方向的码区进行计算得到所测角的大小。
2.2 测距原理
全站仪测距是利用仪器发出的光波，通过测定出光波在测线两端点间往返传播的时间 t 来测量距离 S。公式：S = Ct/2
3道路放样
施工放样即施工放线，是在工程中，按照已知施工要求及设计方案，在实地通过测量仪器及专业的方法将设计图纸上建筑物的平面位置、高程测设出来［1］。根据仪器的放样方法来进行分类分别用PTK法和全站仪放样法。
道路放样同样是通过测量仪器和方法将设计方案上的道路的平面位置和高程在实地标定出来，成为道路施工的标准和依据。之后在施工过程中，通过测量道路工程中构造物的几何尺寸，以实现道路从设计方案转变为工程实物。
路面、路基、隧道、桥涵以及排水构造物都属于交通土木工程的工程构造物。各个工程构造物在施工前的放样准备都各不相同。在桥涵施工前，需要利用全站仪进行放样来确定墩台位置以及基坑开挖的施工位点；在确定路基开始施工之前，需要通过全站仪测量放样分别确定全路线中线桩的位置以及公路用地界桩的位置。同时要确定坡顶和坡脚、路堑和路堤以及边沟等其他公路构造物的施工位置；同样在隧道开始确定施工之前，需要全站仪来测量整个隧道的定向和定位。综上所述，在确认施工之前，需要利用全站仪进行测量放样来进行对工程构造物的尺寸以及外形进行检测，以保证能及时发现偏差用以修正，以保证设计方案能得到确切的体现；同样在在工程竣工后，要通过测量得到的数据与对工程进行比对以确认工程质量检查来进行工程验收。大量已施工成功的工程证明，如何精确地控制工程的施工质量和尽可能的节约成本与准确的施工放样是分不开的。因此，贯穿各个工程的施工全部过程的施工放样是所有工程施工的重中之重。
在公路建设中，应用全站仪进行施工放样，主要是测设道路中线桩、桥涵中心桩和桥涵轴线控制桩，而全站仪对于所测设点的平面位置，主要依据控制点坐标和测设点的坐标，进行现场放样，因此计算道路中线桩点坐标、桥涵中心和轴线控制桩坐标是全站仪施工放样的关键。
4全站仪在道路放样中的应用
4.1中线测量
中线测量就是在实地上根据导线控制点以及中线控制桩将设计方案上的道路中线体现出来，所以又称为中桩放样或者恢复中线。随着特别是高速公路以及高等级公路里程的增加，测量精度的要求也越来越高。因此利用全站仪可以通过极坐标放样精确测量中线的全站仪称为重要的仪器。而极坐标法就是通过坐标计算导线点与中线点的关系而进行放样。
如图1所示，一条路线包含大部分直线段、一段圆曲线段和部分缓和曲线路段组合，每一个路段我们都可将其取名为曲线元。而曲线元的端点即曲线元之间的连接点。假设可以确定某个曲线元的曲率半径以及长度，则可以确定该曲线元的具体形状和大小尺寸。而且当给出起点的切线坐标方位角和曲线元起点的直角坐标和，则曲线元在直角坐标。
图1 包含直线段、缓曲线段和圆曲线段的道路中线
测定线路交点（JD）的（线路统一）坐标：
（1）图上定出交点；
（2）根据已经布设于道路沿线的控制点，在全站仪上选取“点的放样”功能，测量出实地上的交点；
（3）通过对实地情况的了解对交点位置进行有效的调整；
（4）同样根据已经布设于道路沿线的控制点，在全站仪上选取“坐标测量”功能，测量出实地上线路已经统一后的交点的坐标。
假设已经测出了通过交点的两条确定直线上的4个点的点坐标，可按测量公式计算出交点的确切坐标。就可以确定从直线段、缓曲线段和圆曲线等中线系的确切位置。在经过利用全站仪进行路线勘测后，道路的交点JD的坐标（XJDYJD）、道路的直线段的坐标方位角（A）、各个交点的转角（a）、圆曲线段的圆曲线半径（R）、缓和曲线段的长度（Ls）都可以求出，之后可以根据每个桩点的里程桩号，计算出整个道路的中线的桩点坐标（X，Y）。
4.2中桩（线路统一）坐标的计算
4.2.1直线段中桩
直线段中桩的计算方法：坐标计算由交点坐标和桩号里程，按“坐标正算”公式，可计算出各中桩的坐标。
各个桩点的计算公式（坐标Xi，Yi）
Xi= X0+ Di?cosA
Yi= Y0+ Di?sinA
式中，X0，Y0分别是为直线段的起点的坐标；Di为各个桩点与直线段起点的距离；A为直线段的坐标方位角。
4.2.2曲线段中桩
1）计算出曲线上各中桩在切线支距法坐标系中的坐标。
2）根据“坐标平移与旋转”公式，将切线支距法坐标转换成线路统一坐标。
4.3利用全站仪计算曲线段上各点的坐标
4.3.1曲线上坐标计算
曲线上的坐标计算分为两部分，一个是圆曲线段，二是缓合曲线段。
U0=l0/2R，
P= l0/24R- l04/2688R3
M= l0/2- l03/240R2
式中，lo是缓合曲线的长度；l为起点到曲线上各点的弧长；
计算参数，得到缓合曲线段的坐标。
4.3.2计算圆曲线段的坐标
首先要设定一些参数，这些参数可以是通过设计得出，也可以是利用全站仪实地测量得到。
Xi=Rsin（li/R），
Yi=[1-cos（li/R）]
式中，R为圆曲线段的半径；li为路段的起点到各点的弧长。
4.3.3全站仪的放样方法
（1）在ZY（ZH）点稳定放置全站仪，利用跟踪测量方法在JD方向上进行建站）。
（2）在全站仪上输入测站点ZY（ZH的）坐标（0，0）及ZY（ZH）到JD方向（0°00′00″）。
（3）在放样点上立镜，调整棱镜的方向，直到全站仪显示的坐标正好等于所计算出点的坐标。
（4）在这个点上打桩，并利用小钉在点上做记号，相当于即在曲线点上放样。
（5）利用一样的方法在其它点上放样，直到终点YZ（HZ）为止。
4.4利用全站仪计算道路圆曲线段的中桩坐标
要得到圆曲线段的中桩坐标，首先要计算出圆曲线段的偏角θ和弦长d，公式如下：
θ=l2R?180°π
d= 2R?sinθ
式中，l为圆曲线起点到桩点的弧长；R为圆曲线段的曲率半径。
得到偏角θ和弦长d后，可以通过下列公式计算得出圆曲线中桩坐标Xi，Yi：
Xi= X0+ d?cos（A+θ）
Yi= Y0+ d?sin（A+θ）
式中，X0，Y0为圆曲线段起点的坐标；A为圆曲线起点的切线方位角。在以上公式中，当曲线为左转角时，应先利用θ= -θ进行转化后再进行计算。
5结语
综合所述，在科技日新月异发展的今天，使得路桥建设也的得到了蓬勃发展，无论是从设计理论，还是施工技术都取得了长足的进步，因此，作为路桥施工单位，必须要进行技术创新和新方法的技术推广应用。在当前各种工程的测量工作中，传统仪器已慢慢被现代测量仪器如全站仪所替代。而在工程测量中，在采用全站仪进行坐标测量已经成为主流，通过全站仪可以将控制和碎部同时进行，同时也可以先测碎部后做控制，极大的提升了作业灵活性[4]。因此工程技术人员必须掌握在工程测量中熟练的使用全站仪来进行坐标测量。同时如何利用全站仪进行坐标放样也成为工程的重中之重。所以在科技日益发展的今天，一个工程技术人员必须学习有关全站仪的大量知识。
参考文献：
[1]聂让，许金良，邓云潮.公路施工测量手册[M].北京：人民交通出版社，2000.（7）47- 59，
[2]王明.使用全站仪进行坐标放样[N].中翰信息，2003（4）.79-81
[3]秦岩宾.全站仪在公路测量中的应用［J］.山西建筑，2004（8）133- 135.
[4]张虹，张晓艳．全站仪在公路测量中的应用[J].河南科技，2005（5）．276-278
论文作者:朱强,赵常舟
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第9期
论文发表时间:2016/8/16
标签：坐标论文; 曲线论文; 全站仪论文; 测量论文; 中线论文; 道路论文; 线段论文; 《低碳地产》2015年第9期论文;