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全站儀在建筑工程測量中的運用
全站儀在建筑工程測量中的運用
摘要：文章結合一些工作中的實例闡述了全站儀在建筑軸放樣、三角高程測量具體運用，并提出了在運用過程中應注意的問題。
關鍵詞: 全站儀 建筑軸線放樣 三角高程測量
1 前言
隨著電子技術和計算機技術日新月異的發展及其在測繪領域的廣泛應用，集電子測角、電子測距、數據采集與存儲的全站儀已經取代了常規的光學經緯儀和s3光學水準儀。各測繪儀器廠商生產出各種型號的全站儀，出現了大內存、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、易操作、體積小、重量輕的方向發展，使野外測繪作業的勞動強度逐漸地減輕，工作效率得到不斷提高，測繪技術水平也相應地得到了提升，從根本上更新了測量的觀念和理論。
傳統的測量方式正逐步被不斷涌現的新儀器、新技術、新方法所取代。目前在建筑工程測量經常采用的儀器就是全站儀，筆者將結合工程實例來講述全站儀在建筑工程的測量中的運用。
2 建筑軸線放樣
在建筑工程中，主軸線是各項工作展開的重要施工依據。針對深圳萬科第五園五期12號樓基礎施工階段，現場地形復雜，通視障礙較多，導致測量施工的難度和強度增加。運用傳統的方法對其主軸線測設較為困難，更重要的是12號樓為半預制半現澆裝配式結構，對主軸線測設精度要求較高。于是我們采用全站儀器對主軸線放樣。具體方法如下：
1）如圖1所示，P1,P2,P3均為在坐標放樣中測設出的坐標點。將全站儀架設在P1點上，將儀器對中，整平；
2）因為全站儀以北方﹑東方向為正方向，故須確定原點位置。在測量模式第一頁菜單下按〔坐標〕進入﹝坐標測量﹞屏幕。選取“測站坐標”后按〔編輯〕輸入測站點坐標P1(N0:0.000,E0:0.000,Z0:任意值)儀器高和目標高值可以適用儀器默認值，原因是軸線測設是在二維空間中進行的；
3）后視站點的選取，軸網圖2中能作為后視點的有P1,P3點，但是一般選離測站點較遠的一點作為后視點；
4）后視站點的坐標輸入，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坐標系，如圖2所示;
5)司鏡員將棱鏡架在P3點處整平，全站儀對準棱鏡中心，進行后視定向。若觀測結果為（N:85.170，E:32.345，Z:任意值）可以進行軸線測設；
6)欲在墊層A上放出7軸線和G軸線，首先通過軸網圖2計算出P1點到7號軸線的垂直距離25.665m；P1點到G軸線的垂直距離3.150m;
7)司鏡員在墊層A上，大概估測下7軸線的位置，在墊層上用紅藍鉛筆畫出兩條相較的直線，將棱鏡架設在兩直線相較的交點上，整平并將棱鏡鏡頭對準全站儀；
8）用全站儀照準棱鏡，點擊〔觀測〕按鈕，結果為(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，而所需的目標值為：N′=25.665m理論目標測量值與實際測量值之差:△= N′- N=25.665-25.673=-0.008m
9) △=-0.008m＜0，棱鏡向大致平行于X軸，向X軸負方向移動8㎜，此處可以用卷尺量；若△＞0，棱鏡就要向X軸正方向移動△的絕對值；
10）將棱鏡移至到新點之后，整平鏡架，用全站儀觀測N值，當△值在±3㎜范圍內可以定下7軸線上一點Q1；
11）重復(7)-(10)工作，定出7軸線上的另一點Q2，連接Q1和Q2兩點彈線，這樣就定出了7軸線在墊層A上的位置；
12）進行G軸線的放樣，其放樣方法與7軸線基本相同，不同點是在進行（8）工作時，測量結果只須E=3.150m;
13）用此方法進行軸線放樣應注意：定坐標原點,將全站儀架設在圖2中P1點上，對中整平，進入站點坐標的輸入:P1(N0:0.000,E0:0.000,Z:0.000或任意值)定后視點坐標是整個工作成功的關鍵所在，因為后視點坐標輸入決定者X軸與Y軸的正放向。例如：若后視點定為P3，后視點坐標輸入P3（N:85.170,E:32.345,Z:任意值）那么坐標系如下圖3-1所示
圖3-1 X-Y坐標系
若后視點坐標輸入為P3(N:32.345,E:85.170,Z:任意值)那么坐標系如下圖3-2
：
圖3-2 Y-X坐標系
由上面例子可見定后視點以及后視點坐標輸入是此工法關鍵所在。
3 用新方法進行高程測量
在工程的施工過程中，常常涉及到高程測量。傳統的測量方法是水準測量、三角高程測量。兩種方法雖然各有特色，
第一文庫網 但都存在著不足。水準測量是一種直接測高法，測定高差的精度是較高的，但水準測量受地形起伏的限制，外業工作量大，施測速度較慢。三角高程測量是一種間接測高法，它不受地形起伏的限制，且施測速度較快，在大比例地形圖測繪、線型工程、管網工程等工程測量中廣泛應用。但精度較低，且每次測量都得量取儀器高、棱鏡高，麻煩而且增加了誤差來源。隨著全站儀的廣泛使用，使用對中桿配合全站儀測量高程的方法越來越普及，使用傳統的三角高程測量方法已經顯示出了它的局限性。經過長期摸索，總結出一種新的方法進行三角高程測量。這種方法既結合了水準測量的任一置站的特點，又減少了三角高程的誤差來源，同時每次測量時還不必量取儀器高、棱鏡高。使三角高程測量精度進一步提高，施測速度更快。3.1利用新方法高程測量
萬科第五園公路二合同段地處平原微丘，雖地勢較平坦，但一些GPS高程
控制點離路線較遠，高差較大，這些都加大水準點復測以及施工過程中的水準點加密的工作量。由于施工工期緊、測量人員有限，采用新的全站儀測量高程，提高了施測速度及精度，滿足了工程進度的需要。
基本原理：
Ha=Ho＋D1×tgа1＋i－t ①
Hb=Ho＋D1×tgа2＋i－t ②
D2 D1
圖4 新三角高程測量示意圖
把全站儀架設在任意點Ho，把棱鏡跟蹤桿的高度定死后架設在已知高程水準點A之上。根據三角高程的基本原理：全站儀的視線高為：
W=Ha＋t－D1×tgа1=Ho+i
再把棱鏡桿架設到未知高程點B，由于儀器架設完畢后i值不變。棱鏡桿架設到B點后不改變高度，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B點高程沒有關系，影響B點高程測量精度的只有D1、D2和а1、а2及棱鏡頭的瞄準誤差。全站儀的測距精度可達到Md=±1.33，距離不會有問題�？紤]地球曲率對距離的影響，全站儀曲率改正設為：0.142。在瞄準目標時，我們在棱鏡頭的砧板上，貼上2mm寬黑色反光條，在對準A點時與B點時瞄準同一個位置，抵消跟蹤桿的高差，在天氣晴好時，前后視距距離可以達300—800m 。
2）可以得出的數據：（1）算得待測點高程：Hb=Ha－V1+ V2；
（2）儀器視線高程：W=Ha－V1；
（3）將數據W輸入坐標測量的測站高程，將儀器
高和棱鏡高設為0，進入坐標測量界面，則測得的高
程將直接顯示在坐標測量的Z值中，移動跟蹤桿得到
待測各點的高程數據。
3.2工程實例
現在以深圳市萬科第五園四期展示樓為例，利用新方法高程測量。
如圖5所示，已知A號點高程HA=83.30m,欲測量出B號點高程HB；
圖5控制點高程及坐標
1）儀器架設在任一點，和已知高程點通視，觀測瞄準棱鏡頭橫向刻畫線，并測距顯示高差： V1=D1×tgа1=-3.496（全站儀直接顯示讀數，保留“+”、“－”號）；
2）將棱鏡桿架設到待測高程點位，測得： V2=D2×tgа2=1.65（全站儀
直接顯示讀數，保留“+”、“－”號）；
3）移動棱鏡桿測得其它待測點V2，計算出高程；
4）算得待測點高程：Hb=Ha－V1+ V2=83.30-（-3.496）+1.65=88.446m
另外可計算出儀器視線高W
W=Ha－V1=86.796m
將數據W輸入坐標測量的測站高程，并將儀器高和棱鏡高設置為0，進入坐標測量界面，則測得的高程將直接顯示在坐標測量的Z值中，移動棱鏡得到待測
各點的高程數據。
3.3運用三角高程測量新方法的優點
通過分析可以看出，這種三角高程新方法有如下優點：
1)觀測過程中不需要量測儀器和棱鏡的高度，減少了誤差來源，提高了精度。
2)觀測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高差測量的影響，又進一步提高了精度。
3)該方法既有幾何水準測量任意置站的特點，又同時不受觀測地形的限制，特別適合在丘陵、山區測繪。在一定條件下可以代替三、四等幾何水準測量，提高了外業作業效率。
4)若用工程中常采用的全站儀(標稱精度：測角為±2 ，測距為±(2±2 ppm×10 ×D)mm，在一定條件下，按照儀器的操作規范進行操作很容易使高差測量精度達到三、四等幾何水準測量精度的要求。
4 結語
“工欲善其事,必先利其器”，全站儀還有很多功能例如：后方交會測量、點投影、懸高測量與放樣、偏心測量、面積測量、體積測量、對邊測量等等。可見全站儀的功能是十分龐大的，合理地運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習時發現很多高檔的全站儀被當作經緯儀用來放軸線，造成資源浪費。我覺得在實際運用中我們擺脫舊的測量觀念的束縛，不斷的創新，改進施工工藝，這樣才能把全站儀的功能發揮到極限。
參考文獻
[1]索佳 SOKKIA SET610 電子全站儀使用說明書．
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[3]何習平．全站儀中間法與水準測量的精度比較[J]．水電自動化與大壩監測，2004，28(4)：37—39．
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