全站仪的应用及测量在施工中的放样

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1、精选优质文档-倾情为你奉上清华大学毕业论文全站仪的应用及测量在施工中的放样所属系别： 勘测工程系 姓 名： * 指导老师： * 完成日期： 2012年5月14日 全站仪的应用及测量在施工中的放样摘要：在国家特大及大中型项目建设中，工程测量是一项极其重要的基础性工作。测量施工的任何一次失误，都可能导致工程施工出现较大偏差，从而引起工程局部返工甚至报废，并延误工期，给工程带来巨大损失。因此，在施工过程中，如何控制好工程测量的施工质量，是一项非常值得研究的管理课题。本文通过对道路工程线路中线和路基边桩关系的分析，总结出一种更精确、更快捷、更方便的放样方法极坐标法；此外，全站仪在工程测量中的应用极广也

2、是必不可少的，所以本文也将介绍下全站仪的应用。关键词：全站仪，工程，测量，质量，控制，实践，分析Abstract：Yuyao City seawall Danger to river reclamation in four engineering background, about the GPS-RTK application of knowledge and then this project construction, the text of the different stages of construction projects in sub-chapter, respectivel

3、y, about the various stagesmeasure the application of knowledge. I will start with the overview and construction of this project deployment, and then describe in detail the various stages of survey work.Key words：GPSRTK；total station；road engineering survey；application comparison 目 录1引言32 传统阶段13 坐标放

4、样阶段1 3.1 全站仪的概念及应用 3.2 全站仪的结构、精度及测量原理4 测量放样在施工中的应用24.1 放样前准备24.2 极坐标法放点35道路工程路基边桩放样方法35.1路基边桩放样法的改进35.2传统的路基边桩放样方法的局限性45.3施工坐标系45.4断面方向的方位角45.5路基边桩放样46施工放样中产生的误差这样处理46.1在放样工作中进行现场平差56.2避免误差的有效方法57在放样后做好复测工作57.1设计图纸的复核57.2建筑物定位的复测67.3水准点高程的复测67.4原始观测记录的复核68极坐标法放样的优点及应用6总结7参考文献8致 谢9专心-专注-专业1引言道路工程施工中，

5、尤其是深路堑、施工，为了保证线路各部结构符合设计和规范要求，更好地掌握和控制工程施工数量，技术人员需要不断地检查、监控线路中线和开挖（填筑）边线，内、外业工作量极大。近年来，工程施工大多采用项目法管理，人员精简，每个技术人员除了本职的技术工作外，还要参与大量的管理工作。因此，如何使技术人员从繁重的测量放样工作中解脱出来，成了项目法管理实施中的一大课题。2 传统阶段在传统的工程放样方法中，必须求出图中的放样点或线相对于控制网或原有的相互关系，即求出其间的角度及间距和高程，这些数据称为放样数据。工业建筑物的总图设计，是根据生产的工艺流程要求和建筑场的地形情况进行的，主要建筑物的轴线往往不能与测量坐

6、标系的坐标轴平行，如果设计建筑物的坐标计算在测量坐标系中进行，则计算工作较为复杂。因此，建筑设计人员往往根据现场情况选定独立坐标系，使独立坐标系的坐标轴与主要建筑物的轴线方法相一致。这样，再通过旋转换算，把建筑坐标换算成测量坐标。3 坐标放样阶段 随着光电测距仪的发展，出现了一种测滤头，可以直接安置到传统经纬仪的上面，这样装置曾戏称“半站仪”。从而实现了同时测角和量距的任务，再结合计算器就可即时计算出所测设点的坐标，出现了坐标放样法。坐标放样法克服了传统方法中的求取放样数据的麻烦工序，直接获取放样点的坐标就可以放样出设计点。下面是结合CASIOf4800计算器的里程偏距反算程序，说明圆曲线的放

7、样步骤：首先将仪器置于控制点上；然后测出前视点坐标，把测出的坐标输入计算器中，反算出该点距线路中线的偏距和该点在中线上的正投影点的里程值；最后根据所要放样点对中线的偏距并结合现场情况，确定前视点需要左右移动的距离，再次安置前视点，直至精确放出前视点。 3.1 全站仪的概念及应用在计算机普及和发展的同时，电子经纬仪即全站仪（Total Station）迅速发展取代了传统的光学经纬仪。计算机的普及使用为放样数据的求取精度和求取工序、速度作出了极大的贡献，全站仪则在具体的放样工作中简化了放样工作程序，特别是1992年以来，新颖的电脑智能型全站仪投入世界测绘仪器市场，如南方系列、索佳SET系列、拓普康

8、GTS700系列、尼康DTM700系列、徕卡TPS1000系列等，使操作更加方便快捷、测量精度更高、内存量更大、结构造型更精美合理。全站仪的应用范围已不仅局限于测绘工程、建筑工程、交通与水利工程、地籍与房地产测量，而且在大型工业生产设备和构件的安装调试、船体设计施工、大桥水坝的变形观测、地质灾害监测及体育竞技等领域中都得到了广泛应用，本文主要就全站仪在各个工程建设中的应用做逐一分析。 全站仪的应用具有以下特点： 一、 在地形测量过程中，可以将控制测量和地形测量同时进行。 二、 在施工放样测量中，可以将设计好的管线、道路、工程建筑的位置测设到地面上，实现三维坐标快速施工放样。 三、 在变形观测中

9、，可以对建筑物的变形、地质灾害等进行实时动态监测。 四、 在控制测量中，导线测量、前方交会、后方交会、等程序功能，操作简单、速度快、精度高；其他程序测量功能方便、实用且应用广泛。 五、 在同一测站点，可以完成全部测量的基本内容，包括角度测量、距离测量、高差测量，实现数据的存储和传输。 六、 通过传输设备，可以将全站仪与计算机、绘图机相连，形成内外一体的测绘系统，从而大大提高地形图测绘的质量和效率。 3.2 全站仪的结构、精度及测量原理第一节 全站仪的基本组成全站仪由电子测角、电子测距、电子补偿、微机处理装置四大部分组成，它本身就是一个带有特殊功能的计算机控制系统，其微机处理装置由微处理器、存储

10、器、输入部分和输出部分组成。 从总体上看，全站仪的组成可以分为两大部分： 一、为采集数据而设置的专用设备，主要有电子测角系统、电子测距系统、数据存储系统、自动补偿设备等。 二、测量过程的控制设备，主要用于有序地实现上述每一专用设备的功能，包括与测量数据相连接的外围设备及进行计算、产生指令的微处理机等。 只有上述两大部分有机结合才能真正地体现“全站”功能，既要自动完成数据采集，又要自动处理数据和控制整个测量过程。 第二节 全站仪的基本机构 全站仪按其结构可以分为组合式与整体式两种。 一、组合式全站仪 组合式全站仪由测距头、光学经纬仪及电子计算部分拼装组合而成。其优点是能通过不同的构件进行多样组合

11、，当个别构件损坏时，可以用其他构件代替，具有很强的灵活性。早期的全站仪都采用这种结构。 二、整体式全站仪 整体式全站仪是在一个机器外壳内含有电子测距、测角、补偿、记录、计算、存储等部分。将发射、接受、瞄准光学系统设计成同轴，公用一个望远镜，角度和距离测量只需一次瞄准，测量结果能自动显示并能与外围设备双向通讯。其优点是体积小、结构紧凑、操作方便、精度高、近期的全站仪都采用整体式结构。 第三节 全站仪的精度全站仪是集光电测距、电子测角、电子补偿、微机数据处理为一体的综合性测量仪器，其主要精度指标是测距精度mD和测角精度mB。如SET500全站仪的标称精度为：测角标精度mB=5；测距标精度mD=(3

12、mm+2ppmD)(1ppm=110-6)在全站仪的精度等级设计中，对测距和测角精度的匹配采用“等影响”原则，即 mBp=mDD 式中，取D=12km,p=206 265,则有表1-1所示的对应关系。 表3-1 mB与mD的关系 mb()md(D=1km)(mm)md(D=2km)(mm)14.82.4 1.57.33.6 524.212.1 1048.524.2 国家计量检定规程（JJG100-94）将全站仪的准确度等级分划为四个等级，见表3-2。 表3-2 全站仪的准确度等级 准确度等级（mm）测角标准差mb()测距标准差（md ）mb 1md 5 1mb 2md 5 2mb 65md 1

13、0 6mb 10md 10 注：md为每公里测距标准差。 、级仪器为精密型全站仪，主要用于高等级控制测量及变形观测等；、级仪器主要用于道路和建筑场地的施工测量、电子平板数据采集、地籍测量和房地产测量等。第四节 全站仪的测量原理 测角原理：电子测角的度盘主要有编码度盘、光栅度盘、动态度盘三种形式。因此，电子测角也就有编码测角、光栅测角、动态测角等形式。利用编码度盘进行测角是电子经纬仪中采用最早、较为普遍的电子测角方法。它是以二进制为基础，将光学度盘分成若干区域，每一区域用一个二进制编码来表示。 全站仪的测距原理：电子测距即电磁波测距，它是以电磁波作为载波，传输光信号来测量距离的一种方法。它的基本

14、原理是利用仪器发出的光波（光速C已知），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: S=Ct/2式中乘以1/2是因为光波经历了两倍的路程。 按这种原理设计制成的仪器叫做电磁波测距仪。根据测定时间的方式不同，又分为脉冲式测距仪和相位式测距仪。脉冲式测距仪是直接测定光波传播的时间，由于这种方式受到脉冲的宽度和电子计数器时间分辨率限制，所以测距精度不高，一般为15m。相位式光电测距仪是利用测相电路直接测定光波从起点出发经终点反射回到起点时因往返时间差引起的相位差来计算距离，该法测距精度较高，一般可达520mm。目前短程测距仪大都采用相位法计时测距。通常是开机后将观测时的温度和气压输入

15、全站仪，仪器自动对距离进行温度和气压改正。测定气温通常使用通风干湿温度计，测定气压通常使用空盒气压表。气压表所用单位有mb（102Pa）和mmHg（133.322Pa）两种，而1mb0.mmHg。气温读数至1度，气压读数至1mmHg。 全站仪的补偿器原理：全站仪三轴的关系同光学经纬仪一样，包括垂直轴(竖轴)、水平轴（横轴）和视准轴，由于三轴的关系不正确引起的测角误差简称仪器的 三轴误差 一、视准轴误差 视准轴误差c是由于视准轴和横轴之间不垂直所引起的误差，又称照准误差。其主要原因是由于安装和调整不当，望远镜的十字丝偏离了正确的位置，它是一个定值。此外，外界温度的变化也会引起视准轴的变化，而且这

16、个变化是一个不定值。若令c为视准轴误差c对水平方向观测读数的影响，则有： c=ccosa显然，c与视准轴误差c成正比，且随着目标点的垂直高度a的增大而增大。 二、 水平轴误差 水平轴误差i是由于水平轴和垂直轴之间不垂直所引起的倾斜误差，又称为水平轴倾斜误差。其主要原因是由于安装或调整不完善，支撑水平轴的二支架不等高和水平轴两端的直径不等而引起的。由于仪器存在着横轴误差，当仪器整平后垂直轴垂直水平轴也不水平，这就会对水平方向引起观测误差。若令i为横轴倾斜误差i对水平方向观测读数的影响，则有： i=itana 显然，i的大小不仅与i角的大小成正比，而且与目标点的垂直角a有关。 三、 垂直轴误差 垂

17、直轴误差v是由于仪器的垂直轴偏离铅垂位置所引起的误差，又称为垂直轴倾斜误差。其主要原因是仪器整平不完善、垂直轴晃动、土质疏松引起脚架下沉或因振动、温度和风力等因素的影响而引起脚架移动等。若令v为垂直轴倾斜误差v对水平方向观测读数的影响，则有： v=vcosbtana 显然，垂直轴倾斜误差对水平方向值的影响不仅与垂直轴倾斜角v有关，而且还随照准目标的垂直角度和观测目标的方位不同而不同。 在测量工作中，以上三种误差同时存在，前两种误差采用盘左、盘右读数取平均的方法可消除，而垂直轴的倾斜误差对水平角和垂直角的影响不能消除。 全站仪的放样原理：一、在大致位置立棱镜，测出当前位置的坐标。二、将当前坐标与

18、待放样点的坐标相比较，得距离差值 dD 和角度差 dHR 或纵向差值X和横向差值Y 。 三、根据显示的 dD 、dHR 或X 、Y ，逐渐找到放样点的位置。下面简述南方全站仪的放样步骤： A.放样准备 1.选择、录入放样数据文件。 2.选择、录入坐标数据文件。可进行测站坐标数据及后视坐标数据的调用。 3.置测站点。 4.置后视点、确定方位角。 5.输入所需的放样坐标，开始放样。 B.实施放样 实施放样有两种方法可供选择，都可快速进行放样。 1.通过点号调用内存中的坐标值。 2.直接键入坐标值。 4 测量放样在施工中的应用测量放样前，应从合法、有效途径获取施工区已有的平面和高程控制成果资料。根据

19、现场控制点标志是否稳定完好等情况，对已有的控制点资料进行分析，确定是否全部或部分对控制点进行检测。已有控制点不能满足精度要求应重新布设控制，已有的控制点密度不能满足放样需要时应根据现有的控制点进行加密。必须按正式设计图纸、文件、修改通知进行测量放样，不得凭口头通知和未经批准的图纸放样。根据规范规定和设计的精度要求并结合人员及仪器设备情况制定测量放样方案。其内容应包括：控制点的检测与加密、放样依据、放样方法及精度估算、放样程序、人员及设备配置等。4.1 放样前准备阅读设计图纸，校算建筑物轮廓控制点数据和标注尺寸，记录审图结果。选定测量放样方法并计算放样数据或编写测量放样计算程序、绘制放样草图并由

20、第二者独立校核准备仪器和工具，使用的仪器必须在有效的检定周期内。给仪器充电，检查仪器常规设置：如单位、坐标方式、补偿方式、棱镜类型、棱镜常数、温度、气压等。使用有内存的全站仪时，可以提前将控制点（包括拟用的测站点、检查点）和放样点的坐标数据输入仪器内存并检查。4.2 极坐标法放点在控制点上架设全站仪并对中整平，初始化后检查仪器设置：气温、气压、棱镜常数；输入（调入）测站点的三维坐标，量取并输入仪器高，输入（调入）后视点坐标，照准后视点进行后视。如果后视点上有棱镜，输入棱镜高，可以马上测量后视点的坐标和高程并与已知数据检核。瞄准另一控制点，检查方位角或坐标；在另一已知高程点上竖棱镜或尺子检查仪器

21、的视线高。利用仪器自身计算功能进行计算时，记录员也应进行相应的对算以检核输入数据的正确性。在各待定测站点上架设脚架和棱镜，量取、记录并输入棱镜高，测量、记录待定点的坐标和高程。以上步骤为测站点的测量。在测站点上按步骤1安置全站仪，照准另一立镜测站点检查坐标和高程，记录员根据测站点和拟放样点坐标反算出测站点至放样点的距离和方位角。测量放样负责人逐一将标注数据与记录结果比对，同时检查点位间的几何尺寸关系及与有关结构边线的相对关系尺寸并记录，以验证标注数据和所放样点位无误。填写测量放样交样单。 5道路工程路基边桩放样方法道路工程线路平面总是由直线和曲线所组成。曲线按其半径的不同分为圆曲线和缓和曲线。

22、在我国，道路工程大多采用螺旋线作为缓和曲线。本文通过对按这种线型设计的线路中线与路基边桩关系的分析，寻求一种更精确、更快捷、更方便的边桩放样方法，由于测量仪器等的限制，以前放样路基边桩大多采用如下的方法：首先用切线支距法或偏角法等定出线路中线里程桩；其次是在每个里程桩上置镜拨其断面方向（即法线方向）放样出路基边桩；然后抄平、移桩。这种放样方法最大的弊病在于放样误差会不断累积，尤其是长大曲线，曲线的闭合差往往会很大，因此施工时不得不采用分段的方法进行测设。此外，工序繁琐，外业工作量大，需要人员多，而且对施工现场干扰很大。显然，这种路基边桩放样方法不但与现代施工“快而准”的要求很不相符，而且一定程

23、度上制约了已广泛应用于施工现场的先进仪器设备，如半站型电子速测仪和全站仪等功能的发挥。5.1路基边桩放样法的改进道路工程施工中，尤其是深路堑、高路堤施工，为了保证线路各部结构符合设计和规范要求，更好地掌握和控制工程施工数量，技术人员需要不断地检查、监控线路中线和开挖（填筑）边线，内、外业工作量极大。近年来，工程施工大多采用项目法管理，人员精简，每个技术人员除了本职的技术工作外，还要参与大量的管理工作。因此，如何使技术人员从繁重的测量放样工作中解脱出来，成了项目法管理实施中的一大课题。道路工程线路平面总是由直线和曲线所组成。曲线按其半径的不同分为圆曲线和缓和曲线。在我国，道路工程大多采用螺旋线作

24、为缓和曲线。下面本文主要通过对按这种线型设计的线路中线与路基边桩关系的分析，来阐述一种更精确、更快捷、更方便的边桩放样方法，使技术人员既可以有效、有力地控制施工现场，又可以更多地参与项目管理工作。5.2传统的路基边桩放样方法的局限性由于测量仪器等的限制，以前放样路基边桩大多采用如下的方法：首先用切线支距法或偏角法等定出线路中线里程桩；其次是在每个里程桩上置镜拨其断面方向（即法线方向）放样出路基边桩；然后抄平、移桩。这种放样方法最大的弊病在于放样误差往往会很大，因此施工时不得不采用分段的方法进行测设。此外，工序繁项，外业工作量在，需要人员多，而且对施工现场干扰很大。显然，这种路基边桩放样方法不但

25、与现代施工“快而准”的要求很不相符，而且一定程度上制纸了已广泛应用于施工现场的先进仪器设备，如半站型电子赖测仪等选先进仪器设备，如半让型电子速测仪和全站仪等功能的发挥5.3施工坐标系为实用方便，以曲线直缓点（ZH点）为原点，过ZH点的缓和曲线切线为X轴正方向，ZH点上缓和曲经的半么为Y轴正方向建立施工坐标系（即曲线坐标系）。在实际应用中，可利用坐标系（平移、旋转）得到特定的施工坐标系。5.4断面方向的方位角按线路的级成对其进行分段图解，根据曲线的基本性质和三角形的角度定理，可以得出断面方向的方位角的计算公式。5.5路基边桩放样利用后观点、测站占及路基边桩点的坐标反算出放样数据（极角i和极距Si

26、 ），然后进行现场放样6施工放样中产生的误差这样处理施工放样的成果通常是即刻(或数小时后)交付使用，往往不能等待再去检查成果的正确性。这就要求放样作业人员在作业中处处要有自我校核条件，以便及时发现错误，及时纠正。尽量避免误差出现6.1在放样工作中进行现场平差一般工程放样的平差工作都是在现场进行的，因此，常将这类在现场消除测量误差的方法统称为现场平差。如在测放一个方向线时，采用正、倒镜定点，而后在现场取两方向线的中点作为最后方向值等方法。在所有建筑领域中，对测量放样的精度要求具有严密性和松散性两个方面的特性。严密性指工程建筑物必须保持其构件严密的相互关系，即在放样中具有较大误差时，则会有损于工程

27、质量。松散性指松散的建筑部位，彼此间联系松驰。这类工程部位，虽在设计图纸上有三维尺寸的规定，但在施工时，可予以不同程度的伸缩，因其放样后果对工程建设的影响远比严密性的部位要宽松得多。6.2避免误差的有效方法在放样工作中采取适当的措施，使严密区段保证严密性，以满足建筑标准要求，而将由于控制测量所带来的误差平摊于工程部位松散的区段中， 使它对工程质量不产生任何影响，从而达到现场平差的目的。它和一般平差任务不同之处是：误差并未消除，不过是将其挤放于一个对工程质量不产生影响的区段，而将其“吸收”罢了。可采用以下平差手段达到这一目的：第一，对严密部位，一般采用本身主轴线为基本控制去进行放样。即不论控制网

28、布设的精度如何，一旦利用其测设主轴线后，该工程部位就以该轴线为基础了，这样就保证了建筑物的相对严密性;第二，所有轴线的测设，应在主轴线的基准上进行，以避免再由控制网测设，而将控制网本身的测设误差带入严密区段;第三，在施工过程中，所有轴线的测设定位，应具有一次性，切忌反复变更造成轴系的混乱。7在放样后做好复测工作测量复测(检查测量)是保证建筑工程质量必不可少的一项工作。复测的目的是检查建筑物(构筑物)平面位置和高程数据是否符合设计要求。以往发生的施工测量事故，大都是忽视复测工作所造成的。7.1设计图纸的复核施工测量人员要对设计图纸上的尺寸进行全面的校核，校对总平面上的建筑物坐标和相关数据，检查平

29、面图和基础图的轴线位置、标高尺寸和符号等是否相符，分段长度是否等于各段长度的总和。矩形建筑物的两对边尺寸是否一致，局部尺寸变更后，是否给其他尺寸带来影响。7.2建筑物定位的复测建筑物定位后，要根据定位控制桩或龙门桩，复测建筑物角点坐标、平面几何尺寸、标高与设计图纸上的数据是否吻合，是否满足工程精度要求，建筑物的方向是否正确，有无颠倒现象，有没有因现场运输车辆将桩碰动，造成位置偏移等现象，发现问题要及时纠正。7.3水准点高程的复测施工现场引进水准点后，要进行复测并应往返观测两次。测设0 水准点时，一定要校核好图纸上每个数据，防止用错高程而造成整栋建筑物高程降低或升高的严重后果。7.4原始观测记录

30、的复核对外业实测记录，应换另外一名测量员进行全面复核。可用加法还原检查法，利用校对公式或采取其他方法查原始计算项目，发现错误及时解决。8极坐标法放样的优点及应用路基边桩的传统放样方法与改进的放样方法，其工作流程如图所示。从图中可以很明显地看出改进的放样方法在外业方面的优点。此外，改进的放样方法很大程度上减少了测量放样对现场施工的干扰。从内业精度上分析，极坐标测高曲线的测高元素（极角和极距），对于在同一个测站上所测设的各点，除后视定向误差（即导线点本身的误差、仪器安置误差、后视瞄准等综合影响的反映）外，各测点拨角和量距误差都是独立的。也就是说，同一个测站所测设各点误差不积累、不传递补，即点与点之

31、间的误差是独立的。此外，极坐标法可以在导线点上直拉放样线路中线点和路基边桩点。较之传统的放样方法减少了测设线路主要控制桩的误差、护桩的误差、恢复桩的误差、中桩测设误差等的影响。目前，已经通过诸多工程施工的实际应用，已经充分证实了该种方法的优越性总结大力促进工程测量技术方法与手段的更新换代，积极推动新技术的推广与应用，充分利用GPS技术、GIS技术、数字化测绘技术、摄影测量技术、RS技术、“3S”集成技术及地面测量先进技术设备，把传统的手工测量向电子化、数字化、自动化方向发展；同时加强相关学科的研究，不断拓宽工程测量服务新领域，开创工程测量发展新局面，为推动我国工程测量科技进步而努力奋斗。参考文

32、献【1】RTK-GPS在高速公路工程放样的应用，覃昌佩，广西测绘2004.2【2】HD5800一体化蓝牙RTK-GPS在水电地质测绘的应用，李桂炎，中海达GPS报2004-4【3】测绘学，武汉测绘学院测量学编写组【4】施工测量与放样，李佩林，山东测绘2005.2【5】测绘，李桂炎，中海达GPS报2004-4【6】测绘学，武汉测绘学院测量学编写组【7】刘培文 公路是公路测量技术北京 人民交通出版社2003【8】李仕东工程测量北京 人民交通出版社 2002【9】宁津生测绘科学北京 人民交通出版社 2001致 谢在论文完成之际，我要特别感谢我的指导师傅王建山的热情关怀和悉心指导。在我撰写论文的过程中，王师傅倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的选题、构思和资料的搜集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了王师傅悉心细致的教诲和无私的帮助特别是他那广博的知识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不够的工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，同时还得到许多在工作过程中许多同事的支持和帮助，在此一并致以诚挚的谢意。感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位老师表示衷心地感谢。