施工测量中各种放样方法的对比

施工测量中各种放样方法的对比李春林周奎(浙江省隧道Z-程公司，浙江杭州310013)摘要:随着科学技术的不断发展，土建工程质量的好坏与其施工放样大有关联，测量工程与测量仪器工具也在不断的更新，促使施工放样工作越来越简化，精度也越来越高。今日计算机技术的普及，高科技技术的应用，都在土建放样中所起的作用越来越明显。文章对比阐述了传统放样和高科技放样方法，基于测量放样技术，探讨了当前放样技术新趋势。关键词:工程构造;施工放样;精度中图分类号:X734文献标识码:A文章编号:1006-7973(2013)Z1-0246-04一、前言工程构造物主要指路基、路面、桥涵、隧道及其附属构造物和排水构造物。在构造物施工前，通过测量放样确定构造物的施工位置，在施工过程中，通过测量放样对工程构造物外形几何尺寸进行控制和检测，及时修正偏差，以准确体现设计意图。在工程竣工后，通过测量对工程迸行质量检查和验收。实践证明，精确地测量放样能准确控制施工质量和节约工程成本。因此，施工放样是工程施工过程中的重要一环它贯穿工程施工全过程。在日常测量中，我们遇到的放样主要有施工放样、道路放样、用地红线放样、建筑物角点放样、桥梁放样等。在放样中，我们经常遇到一些问题，比如基准点与放样点之问坐标系不一致，放样点点位通视条件差，放样点位精度差等。如何解决这些问题，对于不同放样要求我们进行针对性的分析。找到解决的方法。二、常见的施工放样类型1.传统经纬仪放样阶段传统阶段的工程施工放样，是指利用光学经纬仪、钢尺、水准仪等传统的测量仪器和工具来测设出点的平面位置和高程位置。在传统的工程施工放样方法中，必须求出设计图中的放样点或线相对于已知的点或线的相互关系，即水平角、水平距离和高程，这些数据称为放样数据。然后按照放样数据利用光学经纬仪拨出水平角，利用钢尺丈量出水平距离来定出点的平面位置，最后利用水准仪测设出该点的高程位置。因此，测设点的平面位置和高程位置是分开进行的。测设点的平面位置最常用的方法有极坐标法和直角坐标法两种，另外还有角度交会法和距离交会法等辅助方法。高程放样通常采用视线高程法和高程传递法两种，视线高程法是用水准仪在较为平坦的场地上测设高程的一种方法，而高程传递法是用水准仪配合钢尺测设高差较大的点的高程的一种方法。在传统的工程施工放样中，由于要用到钢尺丈量水平距离，对于距离较长或地形起伏较大的地区，放样工作则显得困难重重。对于有圆曲线或缓和曲线工程施工放样则更加复杂，其测设大多采用偏角法或切线支距法，这些方法很容易产生累计误差，放样的精度不高，而且放样的速度较慢。因此，传统阶段的工程施工放样工作，不仅有大量的内业计算，而且受地形限制，放样的速度较慢，放样的精度较低。但不可否认的是，它的放样原理正是工程施工放样方法向前发展的基础。2.全站仪坐标放样阶段随着光电测距仪的发展，出现了一种测距头，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CASIOLx4800计算器的里程偏距反算程序，说明圆曲线的放样步骤: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。计算机的普及和发展，实现了大容量和高速运算，为autoCAD的应用提供了便利。在autoCAD软件中，可直接调用各种工程放样程序。放样路线设计好后，即可提取放样数据。提取放样点坐标的方法有:行命令法;菜单命令法;批处理命令法(通过autoCAD二次开发语言LSP等进行)。在利用autoCAD进行放样设计时，只要采用大地坐标系，则可以直接提取放样点的大地坐标，不必要进行坐标转换等工序，而且提取的坐标能保证到小数点后6位，一般工程放样保证到0.00Im即可，从精度和稳定性方面都得到了保障，而且减少了过程误差。在计算机普及和发展的同时，全站型电子经纬仪即全站仪(Totalstation)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。随着我国经济的快速发展以及测绘科学技术的不断进步，全站仪已经越来越普及于各测绘单位和施工单位，现在各个厂商生产的全站仪如徕卡、索佳、拓普康、南方、苏光等都配有施工放样模式，使用方法简单易懂。首先是光学对中及整平，然后是测站点设置接着是后视点设置，最后输入放样点坐标，开始放样，完成后按“下点”键，继续放样。从传统的经纬仪放样方法发展到全站仪坐标放样方法。无需做任何放样数据的计算，放样的工序简化了，放样的精度提高了，而且不受地形的限制。但是由于工地现场环境的复杂性，例如:堆料、不通视等因素的影响，降低了劳动效率，而且放样一个设计点往往需要来回多次移动目标，须2-3人参加操作，这是全站仪坐标放样方法的不足之处。3.KTK技术放样阶段RTK(RealTimeKinematic)技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术。RTK技术的出现使施工放样有了突破性的发展，不但克服了传统放样法和坐标放样法的缺点，而且具有观测时间短，精度高、无须通视、现场给出精确坐标等优点。经现场检测，在距离参考站约3公里处，平面定位误差小于5cm，高程误差小于10cm。GPS接收机只要1-3min就能进入RTK工作状态，在此状态下lmin内即可得到厘米级的点位精度。以徕卡双频RTl卜GPS为例，简单介绍RTK放样作业流程:(1)设置参考站:在已知控制点上架设接收机和天线，打开接收机，将PC:卡上室内设置的参数(坐标系统)读入GPS接收机，建立(或选择)配置集，输人参考站点的准确的相应坐标和天线高，参考站GPS接收机通过转换参数将相应坐标转换为WGS一84坐标，同时连续接收所有可视GPs卫星信号，并通过数据发射电台将其测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态发射出去，待电台指示灯显示发出通讯信号后流动站即可开展工作。(2)流动站工作:打开接收机，新建(或打开)工作项目，建立(或选择)配置集(要求与参考站相匹配)。流动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同时也接收来自参考站的数据，进行处理获得流动站的三维WGS一84坐标，最后通过与参考站相同的坐标转换参数将WGS一84坐标转换为相应坐标，并实时显示在流动站的TR500终端上。接收机可将实时位置与设计值相比较，指导放样的正确位置。RTK技术特别适合道路等大批量设计点位的放样工作，尤其是道路边桩，征地范围线等放样。无须沿途布设图根控制点，从而减少施工控制网的布设密度，节约经费，节省时间。由于其无须通视等优点和可以单人作业更显示出其优越性。中海达公司的HD5800一体化蓝牙RTK---GPS系统，RTK水平精度可达lcm;RTK垂直精度可达3cm;最大工作距离:25kin，在10kin范围内为最佳状态。尽管如此，GPS接收机昂贵的价格还是让很多中、小型施工单位望而却步，它还无法做到像全站仪那样普及，这是推广RTK技术放样的最大障碍。三、RTK与全站仪的比较传统的方法在地形复杂的地方精度不高，在此就不做过多比较，重点对RTK和全站仪进行一个比较。1.使用条件全站仪的使用必须有充足的可见光，因为在实现了自动测量后仍旧需要人眼进行目标的瞄准，如果光线较弱就影响了对目标的观测;其次还要有光学通视，也就是在目标物与观测仪之间不能有遮挡物，以防止瞄不准目标或者测量不出数据。RTK技术不需要很强的光线，但是要求对天的光学通视，因为此技术要利用人造卫星的信号，而此信号又比较弱。因此要求在开阔的天空下进行;RTK各主机之间不需要光学通视，即固定不动的主机以及流动站的主机不必光学通视，因为连接使用的是无线电信号。由于实际中对天的通视要比光学的通视更易于实现，所以RTK技术应用的更为广泛。2.测量的距离一般的全站仪可以说是短距离测量工具，因为其最长的测距也就1，500m，再远的话人眼就会难以辨认目标;而RTK技术的一般测量距离在10，000m左右，因此在实际的测量中可以一次性地完成测量任务。3.测量的误差正如上面提到的测量距离问题，由于全站仪要在实际的测量中搬站，在此过程中会产生误差，毕竟每个站点都不是绝对的精确，这一理论叫做误差传播理论即搬站的次数越多，累积的误差值也就越大。由于RTK技术在测量过程中得到的每一点的误差都是相对于基准站而言的，不会像全站仪那样出现误差传播的问题，更不会有误差累积的后果。4.引点问题无论在发达的城市还是在落后的乡镇，控制点的数目都不足够。此时使用全站仪不可避免地产生误差的累积效应;而使用RTK技术就不必担心控制点的问题。5.人员问题全站仪实施测图至少要3个人，且都是专业人士;而RTK只需要一个专业人士，此外放样的效率也是极大的优于全站四、工程放样基本方法的分析1.角度放样方法放样角度(这里指放样水平角，也称拨角)，是在一点上设站，以该点的某一固定方向为起始方向，按设汁转角放出另一方向，按精度要求和使用仪器的不同，可选用不同的方法。(1)经纬仪盘左盘右分中法测设水平角设地面上已有OA方向线，拟从OA方向顺时针测设已知水平角B，为此，将经纬仪安置在。点，先置盘左位置用望远镜瞄准A点，读取水平度盘读数，松开水平制动螺旋，旋转照准部使读数增加p角值，在此视线方向上定出B’点。(2)归化法测设水平角有时为了提高放样角度的精度，可以采用归化的方法，即将直接放样的点位作为过渡点，然后用普通测量的方法施测过渡点与已知点之间的角度，将实测值与设计值比较得出差值，再由过渡点修正这一差值，把点位归化到较精确的位置。当要求测设水平角的精度较高时，可采用测设端点的垂线改正的方法。(3)角度放样精度及误差来源1)仪器误差所引起的测角误差。仪器使用前一般都要进行检查校正，但仍不可避免有残余误差，只能在使用过程中采取措施使之抵消或削弱，一般要求做到以下几点:利用校正好的水平度盘水准管仔细安平，使仪器竖轴铅直;均匀使用水平度盘刻划，交换度盘位置读数;采取正、倒镜观测，取其平均值;望远镜的倾斜角不宜过大，仪器至两观测目标的距离应大致相等。2)由外界影响所引起的测角误差。旁折光、风力、烟尘、仪器受热不均匀等外界影响均会引起测角误差。由于此种误差大小难以用公式推算，故应采取措施设法避免，例如，尽量选择无风时间观测，给仪器打伞等。3)观测方法本身所引起的测角误差。水平角观测一般采用测回法或全圆测回法进行观测，但无论用哪种方法，都必须进行精确瞄准和读数，而每次瞄准和读数都不可避免的产生误差。2.长度放样方法在施工放样中，往往需要由已知点沿已知方向，按设计的长度放出另一点的位置，即进行已知水平距离的测设，按精度要求和使用的工具、仪器不同，通常有以下几种方法。(1)一般方法。在现场测设某长度时，线段的起点和方向是已知的。在要求一般精度情况下的测设时，从已知点开始，按已给定的方向，以一般丈量方法，丈量出给定的长度值，将线段的另一端暂时标定于地面，为了检核，应进行两次测设或测设后返量。若两次丈量之差在限差范围之内，取其平均值作为最后结果，根据其与给定距离的差值，可将暂定点进行改正或改钉。(2)用钢尺精密的测设法。根据钢尺精密量距的原理，测设已知长度的直线时，将设计尺寸结合钢尺的实际长度、丈量时的温度以及地面起伏的情况，计算出应该丈量的数值，计算时尺长、温度、倾斜等项改正数的符号与量距时相反