全站儀工作原理及在某渠道工程測量中的應(yīng)用

□劉立云　□郭　萍　□龐明濤（商丘市水利科技推廣中心；山東省水工機械廠）

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全站儀工作原理及在某渠道工程測量中的應(yīng)用

□劉立云1□郭萍1□龐明濤2
（1商丘市水利科技推廣中心；2山東省水工機械廠）

人們的生產(chǎn)生活離不開水利工程，水利工程建設(shè)會受到水利工程測量工作準確性的影響。全站儀作為一種新型測量儀器，因為功能較為強大，性能較為突出，在工程測繪、施工方面有著廣泛應(yīng)用。文章化介紹了全站儀的工作原理，在水利工程測量中的優(yōu)勢，并分析了全站儀在渠道工程測量中的應(yīng)用，實踐表明，全站儀可滿足渠道工程測量的精度要求，并顯著提高工作效率，降低野外作業(yè)的勞動強度。

全站儀；工作原理；優(yōu)勢；工程測量；應(yīng)用

0　引言

在水利工程質(zhì)量及數(shù)量結(jié)構(gòu)中，一個精而準確的測量值是保證工程實施成功的關(guān)鍵。全站儀的功能不僅是早期只能測原始數(shù)據(jù)，計算坐標、平距、高差、坡度等；而是有了長足進步，計算能力越來越強，程序功能越來越豐富實用，操作越來越圖文并茂。因此，全站儀被廣泛地應(yīng)用到水利工程測量中。

1　全站儀

1.1全站儀基本原理

全站儀是全站型電子測速儀的簡稱，是一種集自動測距、測角、計算和數(shù)據(jù)自動記錄及傳輸功能于一體的自動化、數(shù)字化及智能化的三維坐標測量與定位系統(tǒng)。全站儀，既是一種擁有光、機、電等三種特性的高科技新型測角測距儀器，又是一種分別擁有水平角、直角、距離、高程測量功能的測繪儀器。全站儀分為電源、測角系統(tǒng)、測距系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理、通訊接口、顯示屏、鍵盤等幾部分組成。

在水利水電工程地勢險峻的施工地段或野外觀測，為了避免影響測量的不利因素，可以用全站儀的高程測量方法，在兩個高程點設(shè)置站點，直接測量出兩個高程點的高差。全站儀本身就具備數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能迅速對空間數(shù)據(jù)進行處理。計算出放樣點的方位角與該點到測距點的距離。全站儀上半部分包含有測量的四大光電系統(tǒng)，通過I/O接口接入總線與微處理機聯(lián)系起來，其主要功能是能夠根據(jù)鍵盤指令來開展測量工作，而微處理機（CPU）則是全站儀的核心部件，見圖1。

1.2全站儀的操作

圖1　全站儀測量工程原理圖

全站儀操作程序如下：通過輸入輸出單元，輸入測站點坐標、起始方向的方位角、水平角、豎直角、傾斜距離等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；通過中央處理單元實時計算、顯示和輸出所需要的點與點之間的方位角、水平距離、高差或點的三維坐標等測量成果；并將測量結(jié)果再通過輸入輸出單元直接輸出到電子計算機中進行計算、編輯和自動成圖，見圖2。同時可以根據(jù)需要自動生成等高線，測量的圖形既可以存儲在計算機中，也能夠根據(jù)需要以多種比例尺打印輸出，同時還能夠輸入到地理信息系統(tǒng)等軟件中作進一步的加工、處理和應(yīng)用，生成數(shù)字地面模型。

圖2　全站儀操作程序圖

2　全站儀在水利工程測量中的優(yōu)勢

2.1進行坐標放樣

全站儀能夠?qū)σ朁c坐標進行檢測，再將坐標點放樣到工程實地，這種方法簡單明了，在水利工程測量工作中發(fā)揮出了一定效果。

2.2進行坐標換算

全站儀能進行坐標換算，將藍圖設(shè)計坐標點進行平移、旋轉(zhuǎn)，全站儀換算后的軸線坐標非常直觀、明確。

2.3具有自動設(shè)定方位角功能

全站儀具有自動設(shè)定方位角功能，在實際測量工作中可以將測站點的坐標值與后視點的坐標值統(tǒng)統(tǒng)輸入，再按下功能鍵，便能迅速設(shè)定方位角。

3　全站儀在渠道工程測量中的應(yīng)用

3.1渠道測量

渠道測量指的是在地面上沿著選定的中心線以及兩側(cè)，將縱橫斷面給測出來，并且繪制成圖，將設(shè)計線繪制于圖上，然后對工程量進行計算，對概算或者預(yù)算進行科學(xué)編制，以此來科學(xué)設(shè)計施工方案，進行施工。

3.2全站儀在渠道工程測量中的優(yōu)勢

在渠道工程施工中，需要對較為復(fù)雜繁瑣的數(shù)據(jù)進行測量計算，工作量較大。而全站儀可以實現(xiàn)在同一測站上，角度測量、距離測量以及坐標測量等，使用起來較為方便，效率高，存儲大，可以在儀器中提前存放工程數(shù)據(jù)，可以克服渠道施工的難題。

3.3在某渠道工程測量中的應(yīng)用

文章以某工程為例，某渠道為梯形斷面，渠道最長的約12 km，最短約500 m；渠底寬度為25 m，渠道內(nèi)一極邊坡為1：2，一級馬道（堤頂）寬5 m，外坡一級邊坡為1：2，二級邊坡為1：2.50，渠道縱比降為1/25000。

3.3.1控制測量

對于高程導(dǎo)線點的埋設(shè)，要嚴格依據(jù)水電測量規(guī)范，每隔200～600 m之間進行埋設(shè)，并利用光電測距四等三角高程測量的技術(shù)，再借助全站儀觀測出各導(dǎo)線點高程和平面位置。

3.3.2對各個里程樁點和各個積斷面點的平面位置和高程進行測定

將全站儀安置在導(dǎo)線點上，為了減少誤差，測站到各測點間的距離控制在500 m內(nèi)。將全站儀安裝到導(dǎo)線點向前、向后對渠道縱斷面樁、橫斷面點的平面位置和高程進行測量。之所以在導(dǎo)線點安置全站儀進行測量，是因為這樣最多只需要在中間設(shè)置一站，就可以測量到另一已知控制點并進行校核。為保證各段渠道工程測量精度的均勻性，每一段采用已知鄰近導(dǎo)線點坐標和高程為起算數(shù)據(jù)，還能避免積累誤差。

4　全站儀在渠道工程測量中需要注意的問題

4.1對向觀測、挑選適宜的觀測時間

為了消減球氣差的影響，導(dǎo)線點和坐標采用對向觀測方法，觀測時間也需要重視，不宜在雨、霧、風(fēng)和陽光之下進行，要選擇氣候條件好、目標清晰并且成像穩(wěn)定的觀測時間觀測。另外，在測站的過程中，如果是在強光下，需要打傘，鏡頭不能夠?qū)侍?，否則二極管會受到強光損壞。

4.2要注意溫度的變化

在冬季使用全站儀，要注意室內(nèi)外溫差的變化，需要提前把儀器拿出室外，等待30～60 min左右適應(yīng)外界的溫度。直接從室內(nèi)拿到室外立刻使用，會因為室內(nèi)比室外溫度較低，使全站儀材質(zhì)上會有變化，如果這樣進行施測，會影響測量的精度，因為全站儀已經(jīng)在水平的水準光氣泡中出現(xiàn)偏移問題。

4.3嚴格控制邊長

影響到測量精度的主要因素是大氣折光，就需要嚴格控制距離，因為它和距離的平方之間是正比關(guān)系，因此，渠道高程導(dǎo)線四等精度≤900 m。

4.4選擇符合要求的儀器和工具

因為在對各個里程樁和橫斷面點的高程進行測量時，采用的是單方向半測回，無法消除儀器的豎盤指標差、棱鏡的高度誤差，所以，在測量時要嚴格依據(jù)相關(guān)要求，選擇符合要求的儀器和工具進行測量，測量前還要對其進行認真的檢查和核驗。

4.5適當縮短導(dǎo)線點間距離

當測量距離和豎直角增大時，測量的高程誤差也會隨之增大，因此，在對導(dǎo)線點進行布設(shè)時，適當縮短導(dǎo)線點之間的距離。為了提高測量精度，要在與渠道中心樁大致相同的高程面上布置導(dǎo)線點。

4.6要注意重要的水工建筑物樁點測量精度

因為一些比較重要的水工建筑物地面樁點或各個建筑物樁點的高程對建筑物的設(shè)計會有重要影響，所以在對各個里程樁和加樁高程進行測量時，要注意這些點測量精度，要將渠道拐角和渠道彎點、始點以及終點和配套建筑物中心位置點的坐標給測出來，并在圖紙上用適當?shù)谋壤蛨D例表示渠道縱斷面。

在對渠道縱向坡度、閘、橋、涵等的縱向位置設(shè)計時，需要在測量高程時，將路線中心線上里程樁和曲線控制樁的地面高程給測量出來，為了保證測量精度，需要在兩個不同的站點，采用兩次測量方法進行互相校核檢驗。

5　結(jié)語

渠道工程是水利工程的重要組成部分，直接關(guān)系到經(jīng)濟、社會及人身安全。通過上文的敘述分析可以得知，全站儀在渠道測量中的應(yīng)用，不僅提高了工作效率，減少了外業(yè)計算、記錄和外業(yè)工作時間，而且還提升了作業(yè)精度。在具體的實踐過程中，需要對全站儀的操作方法進行熟練掌握，加強對測量人員自身素質(zhì)水平與技能水平的培訓(xùn)，避免誤差。合理科學(xué)的運用全站儀進行測量，避免不精確的測量，延長水利工程建筑的使用壽命，使水利工程的建設(shè)能夠符合高效益、高安全和高質(zhì)量的原則。

［1］張德軍.全站儀在渠道工程測量中的應(yīng)用［J］.城市建設(shè)理論研究，2013（13）.

［2］黃茂江，閔志歡.全站儀在某灌區(qū)渠道工程測量中的應(yīng)用［J］.江西建材，2014（19）.

［3］韋勇.論全站儀在水利工程測量中的應(yīng)用［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2015（21）.

［4］苗強，李磊.全站儀在水利工程測量中的應(yīng)用［J］.城市建設(shè)理論研究，2013（32）.

（責任編輯：于慧慧）

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2016-02-27