【关键词】工程测量技术发展；“3S”技术；fx4500PA配合全站仪的工程测量技术应用；
引言
苏黎世高等工业大学马西斯教授指出：“一切不属于地球测量，不属于国家地图集的陆地测量，和不属于法定测量的应用测量都属于工程测量”。工程测量通常是指在工程建设的勘测设计、施工和管理阶段中运用的各种测量理论、方法和技术的总称。传统工程测量技术的服务领域包括建筑、水利、交通、矿山等部门，其基本内容有测图和放样两部分。随着传统测绘技术向数字化测绘技术转化，我国工程测量的发展可以概括为“四化”和“十六字”，所谓“四化”是：工程测量内外业作业的一体化，数据获取及其处理的自动化，测量过程控制和系统行为的智能化，测量成果和产品的数字化。“十六字”是：连续、动态、遥测、实时、精确、可靠、快速、简便。我从事市政工程的施工及管理工作20年，见证了新昆明的建设与发展，深知工程测量对于项目建设顺利实施的重要性，并见证了工程测量技术的发展。下面就工程测量技术发展的概况、现代测绘技术的分类、工程实践中fx4500PA配合全站仪进行市政道路测量放样等方面浅析市政道路工程测量的技术应用。
一、工程测量技术发展的概况
任何一项工程从开始到结束都离不开测量工作，自从有了人类以后，工程测量工作就伴随着人类活动的始终。工程测量无疑是一门应用技术。我们知道，一项技术的发展，或者是源于相关技术的推动，或者是借助应用需求的牵引，更可能是这两者共同作用的结果。工程测量技术的发展进一步证明了这一点。一方面，相关技术的发展有力地推动了工程测量技术的进步。我们可以列出二十世纪以来对工程测量技术影响最大的几项技术，首要的应该是电子技术与计算机技术，其次是激光技术、卫星定位测量技术、遥感技术、计算机辅助设计（5.1）技术、地理信息系统（067）技术、数据库技术、计算技术、无线通讯技术等。由此导致了包括电子测距仪、全站仪、各种激光测绘仪器、机助制图系统、数字水准仪、电子测距三角高程测量、数字摄影测量技术、工程测量优化设计与平差处理技术、空间数据管理技术等在内的一大批至今依然发挥着重要作用的测绘技术设备和方法的出现。另一方面，越来越多的复杂工程设施的建造和大型精密机器设备的安装，对测绘提出了许多新的要求，促进了专门的精密工程测量仪器设备和方法的发展。
传统的工程测量工作主要是采取机械和几何的方法解决。近年来，我国的工程测量工作与技术发展日新月异，各种测量知识和仪器在工程测量中发挥了巨大作用，使得工程测量工作更加科学化、自动化。传统的机械和几何方法逐渐被光学、电子方法所代替。
工程测量所需的地形图，其传统测绘方法是普通手工方法测图，即在测站点上把周围的地物地貌特征点的位置和高程按比例缩绘到图纸上，并用规定符号表示。自从有了摄影测量，人们就用摄影测量方法测图，即把地表用摄影手段形成影像经过处理绘制成地形图，也可用遥感的手段测制地形图。这无论是从测绘手段、技术处理、测绘精度还是保存方面都得到了改善，同时也减轻了工程测量工作者的劳动强度。
电子计算机的应用，可以使工程控制网优化设计、平差计算工作方便而迅速地进行，由军事测量技术发展而来的全球卫星定位系统（GPS），为工程测量技术的发展开创了新的前景。在施工阶段，可以用经纬仪、水准仪放样平面点位、高程；用激光铅垂仪、激光平面仪和激光准直仪进行投点、放线为测量工作创造了方便条件；用全站仪进行点、线、高程的放样，使工程测量工作的效率和精度大大提高，并且可以随时进行调整。许多先进的地面测量仪器，为工程测量提供了先进的技术工具和手段，如：光电测距仪、精密测距仪、电子经纬仪、全站仪、电子水准仪、数字水准仪、激光准直仪、激光扫平仪等，为工程测量向现代化、自动化、数字化方向发展创造了有利的条件，改变了传统的工程控制网布网、地形测量、道路测量和施工测量等的作业方法。三角网已被三边网、边角网、测距导线网所替代；光电测距三角高程测量代替三、四等水准测量；具有自动跟踪和连续显示功能的测距仪用于施工放样测量；无需棱镜的测距仪解决了难以攀登和无法到达的测量点的测距工作；电子速测仪为细部测量提供了理想的仪器；精密测距仪的应用代替了传统的基线丈量等。
总之，随着科学技术的发展，各种先进仪器、设备在工程测量中的应用，使工程测量工作效率和测量精度大幅提高，同时减轻了工程测量工作者的劳动强度。各种先进仪器为工程测量技术的发展开创了新的前景。
二、现代测绘技术的分类
（一）“3S”技术
1、GPS技术（全球卫星定位技术）
GPS是利用卫星导航技术，进行测时与测距的先进技术，具有功能多、测量时间短、使用简单、保密性强等优点，在工程测量中具有全天侯、高精度、高效率、功能多等特点。RTK（实时动态）测量技术是在GPS技术基础上发展起来的，具有不需要布设控制点，在规定的基准控制点测量情况下，就可以使用测图软件一次形成电子地图，又可以根据数据和成果在施工地点快速放样，减少人力物力。GPS技术在工程测量的应用主要包括以下方面：①GPS实时动态桩位放样，测量精度可将桩位误差控制到厘米级；②利用GPS技术放样平台，可在保证测量精度的前提下缩短野外作业时间；③GPS偏心检查，在精确测量工程桩位分布的基础上，GPS技术可一物两用，进行桩位偏心检查，提高工程测量的管理效率；④GPS能够与传统测绘仪器有效配合，控制点布控时可通过GPS静态测量弯曲来确保高程、距离精度，在结合全站仪、经纬仪等传统仪器实现近距离位移。
2、GIS技术（地理信息技术）
GIS又称“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”，是利用数据库技术和技术机图形以及相关数据形成的计算机系统，是公共地理定位的基础，逐步实现数据标准化、系统集成化、数据多维化、系统智能化、应用社会化和网络平台化发展。由于GIS技术的多科学集成性，它能够就地球上存在的物体和已发生事件进行成图分析，将地球或某区域的资源、环境情况通过扫描矢量化、全数字摄影测量等手段获取及时、准确和标准化的数字信息。GIS在工程测量中的应用优势在于其庞大的数据库管理与图形显示输出能力，数据库存储信息可根据测量需求及时通过软件处理进行成图操作，这对于提高工程测量成图效果、加速工程设计进度具有重要意义。
3、RS技术（遥感技术）
测量中的遥感是利用遥感器从空中来探测地面物体性质，它根据不同物体对光谱产生不同响应的原理，识别地面上各类地物。RS技术由于大面积的同步观测、时效性、数据的综合性和可比性，得到快速普及，多光谱航空摄影和高分辨率的遥感卫星将成为对地观测获取基础地理信息的重要手段。各种中小比例地形图都可以利用遥感影像获取，为应用于工程测量领域的城市基本地形图、地籍图以及各种大、中、小比例地形图的快速更新提供了十分便利的方法和手段。
（二）数字摄影技术测量技术
数字摄影测量是基于数字影像与摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法，是在GPS、GIS、RS和3S集成技术中的应用，对数码摄影测量和地形测量更加普及和深化，全数字摄影工作站的出现，加上GPS技术在摄影测量中的应用，使得摄影测量向自动化、数字化方向迈进。近景摄影测量软件由普通数码相机拍摄的照片组，可自动化快速生成高精度可量测的区域三维数字表面模型，目前可广泛应用于水利水电、地质、交通、房产、规划等领域。
（三）数字化测图
使用全站仪，在野外数据采集采用编码和绘制草图，利用各类记录器或微型计算机记录，数据输入计算机进行数据处理和图形编辑，绘图仪输出成图，可绘制成不同比例地形图或专业图，也可进入数据库，如dgj系统、cass系统、rpms系统等。利用全站仪和便携机相结合，在野外采集数据，无需编码，测量数据直接进入电子平板绘图，现场修改编辑显示，最后由绘图仪输出成果。
以上为现代测绘技术的分类及基本原理。随着科学技术的发展，各种先进仪器、设备在工程测量中各个阶段的应用，使工程测量工作效率和测量精度大幅提高。但在市政道路工程施工测量阶段，由于城市中手机、无线网络等电子设备干扰较多，GPS、GPS-RTK在使用中信号会受到干扰，无形中会降低工作效率，所以目前比较经济、实用、快捷、普及、精度满足要求的测量方法是fx4500PA、fx5800计算器配合全站仪进行市政道路测量放样的工程测量技术应用比较广泛。下面就工程实践中CASIO-fx4500PA配合索佳SET510全站仪进行市政道路测量放样的方法在市政道路工程测量中的技术运用，供城市道路施工测量人员参考。
三、工程实践中CASIO-fx4500PA配合索佳SET510全站仪进行市政道路测量放样的方法
（一）坐标系统及导线
我国常用的坐标系统：①WGS-84坐标系，是目前GPS所采用的坐标系，GPS所发布的星历参数就是基于此坐标系，它是一个地心坐标系。坐标原点位于地球的质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极（CPT）方向，X轴指向BIH1984.0的零度子午面和CPT赤道的交点，Y轴与X轴和Z轴构成右手系；②1954年北京坐标系（简称BJ-54）和1980年国家大地坐标系(GDZ80)。BJ-54是我国目前广泛采用的大地测量坐标系，是一种参心（参考椭球的中心）坐标系，我国地形图上的平面坐标位置都是以这个数据为基准推算的，另外我国当前使用的参心大地坐标系还有GDZ80和新BJZ54等；③地方坐标，或我们自己为了测量方便临时建立的独立坐标系。
一般在道路开工建设前，设计单位技术交底或在施工设计图里面会明确所采用的坐标系，并给出3w控制坐标。施工测量人员根据控制坐标建立布设导线，根据实际情况构成附合导线、闭合导线或支导线，并与控制点进行联测。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆联测一方面可以获得必要的起始数据——起始坐标、方位角；另一方面可对观测的数据进行校核。理论与实践证明，用全站仪观测高程，如果采取往返观测，竖直角观测精度ma≤±2〞测距精度不低于（5+5×10-6D）㎜，边长控制在2km之内，即可达到四等水准的限差要求。因此，在导线测量时通常都是观测3W坐标，将高程的观测结果作为线路高程的控制，以代替路线纵断面测量中的基平测量。
（二）导线坐标计算
1、坐标方位角的计算
坐标方位角右角推算方位角的一般公式为:α前=α后+180°-β右
坐标方位角左角推算方位角的一般公式为:α前=α后+β左-180°
必须注意的是推算出的方位角如果≥360°，则应减去360°，若出现负值时，则应加上360°。
2、坐标正算
根据已知点坐标，已知边长和坐标方位角，计算未知点坐标。如图，设A为已知点、B为未知点，当A点坐标xA、yA、边长DAB和坐标方位角αAB均为已知时，则可求得B点的坐标xB、yB。
xB=xA+DAB·cosαAB
yB= yA+DAB·sinαAB
图中△XAB和△YAB为坐标增量，它和坐标方位角均带有方向性，可能为正数或者为负数，根据它们所处的象限进行判断。
3、坐标反算
由两个已知点的坐标反算坐标方位角和边长。设A、B为两已知点，其坐标分别为xA、yA和xB、yB，则可得：
tgαAB=△YAB/△XAB
DAB=△YAB/ sinαAB=△XAB/ cosαAB或边长DAB=√△X2AB+△Y2AB
要注意的是αAB可在四个象限之内，它由△XAB和△YAB的正负号确定，计算时要按下列关系区别：
①当△XAB＞0且△YAB≥0时：αAB=arctg(△YAB/△XAB)
②当△XAB=0且△YAB＞0时：αAB=90°
③当△XAB=0且△YAB＜0时：αAB=270°
④当△XAB＜0时： αAB=180°+ arctg(△YAB/△XAB)
⑤当△XAB＞0且△YAB＜0时：αAB=360°+ arctg(△YAB/△XAB)
以上坐标方位角的计算、坐标正算及坐标反算，手工计算比较麻烦，而且容易出错，可以通过fx4500PA编程语言进行推算和判断。
（三）通过fx4500PA编程语言进行坐标方位角的计算、坐标正算及坐标反算的推算和判断
1、根据坐标方位角一般公式、坐标正算、坐标反算公式及判断条件通过fx4500PA编程语言在fx4500PA计算器中编入计算程序：
①输入文件名FWJ（方位角），开始进行编写计算程序
L1 A:B:Lb1 0:{XY}:D=Pol(X-A,Y-B)▲Y-B＞0→F=W▲∥→F=360+W▲△Goto0
此计算程序用于已知两点坐标，求距离和方位角。
②输入文件名XY（坐标），编写计算程序
LI A:B: Lb1 0:{DF}:X=A+DcosF▲Y=B+DsinF▲Goto0
L2 XY
此计算程序用于已知仪站点的坐标、未知点的距离和方位角，求未知点的XY坐标。
2、完成fx4500PA计算器中的编入计算程序，在配合索佳SET510全站仪进行测量放样
假设架仪点的X=6263.996、Y=1771.229，已知点的X=6355.358、Y=1943.139，即已知两点坐标，进入fx4500PA计算程序FWJ，顺序输入A、B数值（架仪点的X、Y）和已知点的X、Y数值，则可得到两点间的距离D=194.679和两点连线的方位角F=W：62°0′41.32″。
如果选择进入fx4500PA计算程序XY，正好和FWJ计算程序的已知条件相反，即已知仪站点坐标、仪站点到已知点的距离D和F(方位角)，顺序输入已知数值，则可求出已知点的X、Y的坐标值。
将全站仪置于架仪点（已知坐标），将目镜照准后视点，后视点为已知点，把此方向的仪器读数调为此方向的方位角，则求待定点时，读数直接拨方位角，否则要计算差值。
通过以上两个fx4500PA小计算程序，可以看出fx4500PA编程简化了坐标方位角一般公式、坐标正算、坐标反算公式及判断条件，并且FWJ和XY两个计算程序是fx4500PA配合全站仪进行道路中桩放样和测设道路上任意点的基本原理。
（四）道路中线逐桩坐标计算及任意点测设放样
利用以上两个FWJ和XY计算程序配合全站仪进行道路的放样和任意点测设，第一步要计算出道路中线任意中桩坐标，再根据待定点（任意点）距离道路中桩的垂直距离推算出其坐标，就可以确定其位置。
道路平面设计一般会加入圆曲线，根据道路等级要求、道路所处地段等因素还会增设缓和曲线。带有缓和曲线的曲线测设方法一般有以下几种：①切线支距法、②偏角法、③极坐标法。
以极坐标法为例：设定一个直角坐标系（如图），以ZH或HZ点为坐标原点，以其切线方向为x轴，并且正向朝向交点JD，自x轴正向顺时针旋转90°为y轴正向。这时，缓和曲线上各点坐标可按缓和曲线参数方程式计算xP=L-(L5/40R2L2S)；yP=L3/6RLS
圆曲线上各点坐标可按公式xP=Rsin∮+q；yP=R(1-cos∮)+p进行计算，但当曲线位于x轴正向左侧时，yP为负值。
转点ZD的坐标为xZD=ScosαZH.ZD;yZD= SsinαZH.ZD
直线ZD-ZH和ZD-P的方位角为αZD .ZH=αZH.ZD±180°
αZD .P=tg-1[(yP- yZD)/( xP-xZD)]
D=√（xZD- xP）2+（yZD- yP）2
同样各种方法手工计算，非常繁琐、容易出错，通过fx4500PA编程语言ZB（坐标计算）程序进行推算和判断，可以比较快捷的现场计算出道路中线任意里程桩号的坐标及以道路中桩为基础的任意点坐标。
工程实践中，一般设计施工图纸会给出道路的曲线要素、偏角、起点坐标、交点桩号及坐标等道路平面控制点的相关数据，通过fx4500PA编程语言ZB（坐标计算）程序，只要顺序输入已知的道路平面控制点相关数据就可以计算出道路中线任意里程桩号的坐标及以道路中桩为基础的任意点坐标。之后，将全站仪置于导线点上，按照前面所述的“第（三）点第2点——完成fx4500PA计算器中的编入计算程序，在配合索佳SET510全站仪进行测量放样”就可以快捷的完成道路中线任意里程桩号的坐标及以道路中桩为基础的任意点坐标的放样工作。
四、结束语
任何一项工程从开始到结束都离不开测量工作，工程测量无疑是一门应用技术。随着传统测绘技术向数字化测绘技术转化，各种现代测绘技术根据其特点应用于工程的各个领域。在市政道路工程施工测量阶段，由于受成本、测量精度及技术特点等因素的影响，所以目前比较经济、实用、快捷、普及、精度满足要求的测量方法是fx4500PA、fx5800等微型计算器配合全站仪进行市政道路测量放样的工程测量技术应用比较广泛。但随着科学技术的发展及城市道路建设的加快，各种先进技术、仪器、设备在市政道路工程测量中的应用将会越来越多。
参考文献：
[1]吴贵才.工程测量学.中国矿业大学出版社.2011
[2]钟考顺，聂让.测量学.人民交通出版社.2001
[3]黄文彬.工程测量技术.黄河水利出版社.2009
[4]卡西欧fx-4500PA型计算器用户说明书
[5]索佳SET510电子全站仪使用说明书
论文作者:李俊轩
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年22期
论文发表时间:2019/12/12
标签：测量论文; 坐标论文; 工程论文; 技术论文; 方位角论文; 坐标系论文; 道路论文; 《工程管理前沿》2019年22期论文;