全站儀在緩和曲線測設中的應用及精度分析

楊慶振

摘? 要：當前重點基礎項目建設進入了加速期，同時隨著光電測距儀器的快速發展，工程對全站儀的應用以及緩和曲線測設精度提出了更高要求。該文首先介紹了全站儀的應用特點，分別從應用需求、緩和曲線特征要素計算、全站儀自由設站與精度分析等多個角度與方面，詳細闡述了全站儀在緩和曲線測設中的應用及精度問題，希望對全站儀的應用實踐有所裨益。

關鍵詞：全站儀? 緩和曲線? 測設應用? 精度分析

中圖分類號：U412.2 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）07（c）-0060-03

Application and Accuracy Analysis of Total Station in Surveying and Setting of Transition Curve

YANG Qingzhen

（Institute of Surveying and Mapping， Land and Resources Bureau of Linyi City， Linyi， Shandong Province， 276000 China）

Abstract： At present， the construction of key basic projects has entered an accelerated period. At the same time， with the rapid development of photoelectric distance measuring instruments， the project has put forward higher requirements for the application of the total station and the accuracy of the survey curve design. This article first introduces the application characteristics of the total station， from a variety of angles and aspects， such as application requirements， calculation of the characteristic elements of the transition curve， free station setting and accuracy analysis of the total station， and elaborate on the total station in the transition curve measurement and design. The application and accuracy of the application are expected to be beneficial to the application of the total station.

Key Words： Total station; Transition curve; Survey application; Accuracy analysis

作為提高緩和曲線測設精度的重要技術方法之一，相對于傳統光學經緯儀角度放線、鋼尺量距定點而言，全站儀的應用優勢不言而喻。在工程類項目建設節奏不斷提高的背景下，必須突出強化全站儀的實際應用，并客觀審視其在緩和曲線測設及精度控制中的客觀現狀問題，進而采取有效措彰顯全站儀應用的價值，切實提高緩和曲線測設的工程精度。

1? 全站儀在緩和曲線測設中的應用優勢

全站儀是工程項目建設實踐中的常用測量儀器，具有高效性、準確性、集成性等多項優勢特點，可在特定條件下保質保量地完成工程測量任務。隨著道路、橋梁、水利等工程項目建設節奏的持續加快，全站儀憑借著簡便的應用操作、精準的測量數據等優勢，取得了良好的測量實踐效果。與傳統測量方法不同，全站儀測繪有效消除了水平角指標差，減少了不必要的外界要素干擾，實現了對測量誤差的精細化控制。緩和曲線是道路工程設計中的常用線形類型，其具體設計效果既需滿足道路交通車輛轉彎時的行車軌跡，又要具備一定的視覺效果，保證簡約、美觀、平順，符合車輛駕駛人員的心理預期，在保證安全行車的基礎上，提高道路交通車輛通行效率。若緩和曲線長度設計不當，則極易導致行車舒適性降低，影響道路交通安全。縱觀當前緩和曲線測設實踐，普遍存在著技術標準不統一、緩和路段過長、平面線半徑不足等問題，不利于道路交通車流量的平順通行。而通過全站儀的深入應用，可為緩和曲線設計提供更為精準的測繪數據，對于提高緩和曲線設計的科學性具有重要價值[1]。

2? 全站儀在緩和曲線測設中的應用

2.1 應用需求分析

長期以來，國家高度重視道路工程等基礎設施建設，公路建成里程連年攀增。同時，經濟發展質量不斷提高，道路貨物運輸量呈爆發式增長態勢，對道路工程的安全性與平順性提出了更高的要求。在此背景下，道路工程設計水平相應提高。在道路工程中，緩和曲線具有曲率變化連續均勻等特點，是提高道路車輛通行效果，保障行車舒適性，優化行車視野效果的重要參數指標。此外，通過科學合理的緩和曲線測設，可適度降低土地占用量，減少工程投資[2]。

2.2 緩和曲線特征要素計算

通過全站儀在緩和曲線測設中的應用，可更為簡便地獲取測設數據，不僅過程簡便易行，而且工作量相對較低，可在更短的單位時間內完成更多測設任務，同時避免了反復測設過程。為準確計算緩和曲線特征要素，必須科學設置半徑不同的曲線間的曲率過渡，在滿足離心加速度原理的基礎上，減輕橫向沖擊感，以提高行車平穩性。由于緩和曲線的測設主要面向直線段、緩和曲線段、圓曲線段這3個方面主要類型，因此緩和曲線特征要素的計算要以上述三者為主，而由于緩和曲線段部分具有自身特殊性，對道路工程的平順性具有直接關聯，因此緩和曲線特征要素的計算應該以緩和曲線段部分的測設為主[3]。

2.3 其他工程測量的相關技術

以衛星定位技術為手段的現代測繪技術，融合了計算機通信、數據差分定位等技術，通過載波相位差分，去除了大氣層延遲、對流層延遲與接收機鐘差等因素，大幅度提高了數據觀測的精度與效率。同時，利用多基準站技術，將分布于一定區域的參考站，通過LAN網絡構成具備一定規模的基準站網絡系統，進行數據定位時，利用GSM/CDMA等網絡將概略坐標播發給控制中心，并通過控制中心根據GGA數據來分配周邊虛擬參考站，并將相應的坐標位置、偽距等修正數據播發給用戶流動站，從而達到精確測繪的目的。

傳統經緯儀-鋼尺定點，一般需要計算外矢距、截距等要素，伴隨全站儀定線的應用，可直接提取曲線的起點、中點、終點、邊樁等坐標數據，并導入全站儀內存，直接調取點號坐標進行測量放線，極大降低了手工計算的工作量，避免了計算中的粗差概率[4]。

3? 全站儀自由設站在緩和曲線測設中的精度分析

全站儀自由設站法即從曲線測設的客觀實際環境出發，在具體測設任務的引導下，通過全站儀進行距離測量，并選擇符合工程測繪實際的點位架設測量設備與儀器，通過測量設備與儀器功能的發揮，對部分目標點位進行觀測，最后根據相關技術標準與行業規范計算出具體參數，獲得相應坐標點，為緩和曲線的設置提供理想的基礎數據[5]。

自由設站方法具有較為顯著的自主性特征，可極大程度上提高設站的科學性與靈活性，符合緩和曲線測設的未來發展趨勢。根據已知的某兩個控制點，對另一個中間加密坐標進行解算，是全站儀自由設站方法的關鍵所在，也是全站儀在緩和曲線測設中的突出優勢所在。在對道路工程充分勘察、科學設計的基礎上，往往面臨著后續測設控制點不足等問題，造成這些問題的原因主要有數據丟失、人為失誤、工程損毀等。面對這些問題，通過全站儀自由設站操作，則可有效彌補其不足之處[6]。

為了提高全站儀自由設站測量精度，必須合理掌握中線樁的關鍵點位。由于設站過程中，受地形地貌、人為操作等方面要素的影響，難免會存在布設誤差，因此必須通過調整優化中線樁的位置，來合理規避誤差，其計算公式為：

設P點坐標（XP，YP）的中誤差分別為mx，mY，觀測值β、DAP的中誤差分別為mβ，mD，中間量γ的中誤差為mγ。給出的XP=fx（β，DAP，γ），Yp=fy（β，DAP，γ），利用誤差傳播律可寫出下列公式，表達中誤差之間的關系：

采用全站儀進行線路定點放樣前，一般采用衛星定位技術，采用靜態或快速靜態方式，布設一定數量和密度的控制點，作為全站儀測量與定位放線的基準點，其中靜態測量方式為采用三腳架安置多臺GPS接收機，同時開機進行靜態數據采集，一般40min以上為1時段進行觀測，經基線解算、網平差與聯合平差，可達到毫米級數據精度，若無控制點，可采用全站儀自由設站進行觀測。通過大量工程實踐表明：在緩和曲線測設空間相對受限的情況下，采用全站儀自由設站可全面凸顯其靈活性強、測量精度高、操作便捷等優勢，有效降低了不利地形條件對測設造成的限制與制約，使在更加復雜多變的地形條件下開展高質量測設成為可能。在全站儀測設數據處理中，需要及時剔除模糊數據，使測繪數據更具實效性與針對性。可以預見，在GNNS定位信號較差的區域或對工程精度要求更為嚴苛的項目中，全站儀在緩和曲線測設實踐中的實際作用與應用價值將更為突出。

4? 結語

隨著現代測繪技術的發展，以CORS為代表的高精度定位技術，配合全站儀等測量設備，逐步在外業地形數據采集、線路放樣、土方量算等方面，發揮了巨大作用。同時以CORS-RTK技術可以避免全站儀控制點相互之間通視的要求，測量誤差不累積，保證測量坐標的基準與精度的相對統一。

綜上所述，全站儀的諸多優勢特點決定了其在緩和曲線測設及精度控制中的應用地位。在工程類項目建設實踐中，技術人員要充分遵循全站儀的基本應用規律，創新理念與方法，全面客觀獲取全站儀測繪數據，切實提高緩和曲線測設效果，保證測設精度，為工程項目建設提供最為可靠的數據保障，為提高工程項目建設效益奠定基礎。

參考文獻

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[7] 劉大鵬，關于緩和曲線用全站儀測設和計算的有關問題[J].科技創新與應用，2012（13）：29.