105911_全站仪在工程测量中的应用

1全站仪在工程中的应用摘要：据目前建筑市场的发展趋势，大部分工程已开始向规模大、层次高甚至超高层发展。而大部分工程位于原拆迁房部位，现场建筑垃圾多、高低差大。普通的仪器和施工方法已不适于工程施工的需要，为了准确方便高效地完成多种测量工作，先进和高精度的仪器成为工程施工需要的关键。下面将简单阐述全站仪在工程测量中的应用。关键词：全站仪坐标测量AuToCAD一、概述全站仪是全站型电子速测仪的简称。又被称为“电子全站仪”是指由电子经纬仪、光电测距仪电子记录器组成。可实现自动测距、自动计算和自动记录的多功能的地面测量仪器。电子全站仪还可以进行空间数据采集与更新来实现测绘的数字化。苏州一光生产的OTS系列全站仪测量精度为+（3mm＋3*10－6）测程5km单棱镜，高速测量精测1.2s粗测0.7s跟踪0.45s可存储4000个观测点装有双轴补偿器，并可自动改正由于整屏误差对水平角和竖直角的影响。二、功能OTS系列全站仪是专门针对工程项目用户设计名特别适合各种施工领域，可广泛应用于建筑的三维坐标，建筑机桩位置测定，悬高测定、对边测量、偏心测量、后方交会、面积计算、施工放样等特殊功能，还可以进行铅锤度测定，管线定位，断面测量同时也适用于三角高程测量及地形测量和房产测量。它采用光栅增量式数字角度测量系统。采用相位激光测距，除了进行常规棱镜测距，还可以进行反射片及无合作目标测距，使用微型计算机技术进行测量计算新式存储功能，同时显示水平角、竖直角、垂直角、斜距平距、高差等结果还能切换到高度、坡度等测量。2三、组成从总体上看全站仪分两大部分组成（1）为采集数据而设置的专用设备，主要有电子测量系统、电子测距系统、数据存储系统，还有自动补偿设备。（2）过程控制机。主要用于有序的实现上述每一专用设备的功能。过程控制机包括与测量相连接的外传设备及进行计算，产生指令的微机处理。四、工作原理欲测定A、B两点间的距离D，安置仪器于A点，安置反射镜于B点。仪器发射的光束由A至B，经反射镜反射后又返回到仪器。设光速c为已知，如果光束在待测距离D上往返传播的时间。已知，则距离D可由下式求出，式中c＝c。／n，c。为真空中的光速值，其值为299792458m／s,n为大气折射率，它与测距仪所用光源的波长，测线上的气温t,气压P和湿度e有关。测定距离的精度，主要取决于测定时间的精度，例如要求保证±lcm的测距精度，时间测定要求准确到6．7×10—lls，这是难以做到的。因此，大多采用间接测定法来测定。间接测定的方法有下列两种：1．脉冲式测距由测距仪的发射系统发出光脉冲，经被测目标反射后，再由测距仪的接收系统接收，测出这一光脉冲往返所需时间间隔的钟脉冲的个数以求得距离D。由于计数器的频率一殷为300MHz(300×106Hz)，测距精度为O.5m，精度较低。2．相位式测距由测距仪的发射系统发出一种连续的调制光波，测出该调制光波在测线上往返传播所产生的相依移，以测定距离D。红外光电测距仪一般都采用相位测距法。在砷化镕(GaAs)发光二极管上加了频率为f的交变电压(即注入交变电流)后，它发出的光强就随注入的交变电流呈正弦变化，这种光称为调制光。测距仪在A点发出的调制光在待测距离上传播，经反射镜反射后被接收器所接收，然后用相位计将发射信号与接受信号进行相位比较，由显示器显出调制光在待测距离往、返传播所引起的相位移φ。五、全站仪的操作和使用31）水平角测量（1）按角度测量键，使全站仪处于角度测量模式，照准第一个目标A。（2）设置A方向的水平度盘读数为0°00′00″。（3）照准第二个目标B，此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角。2）距离测量（1）设置棱镜常数测距前须将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对所测距离进行改正。（2）设置大气改正值或气温、气压值光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化，15℃和760mmHg是仪器设置的一个标准值，此时的大气改正为0ppm。实测时，可输入温度和气压值，全站仪会自动计算大气改正值（也可直接输入大气改正值），并对测距结果进行改正。（3）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。（4）距离测量照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距、高差。全站仪的测距模式有精测模式、跟踪模式、粗测模式三种。精测模式是最常用的测距模式，测量时间约2.5S，最小显示单位1mm；跟踪模式，常用于跟踪移动目标或放样时连续测距，最小显示一般为1cm，每次测距时间约0.3S；粗测模式，测量时间约0.7S，最小显示单位1cm或1mm。在距离测量或坐标测量时，可按测距模式（MODE）键选择不同的测距模式。应注意，有些型号的全站仪在距离测量时不能设定仪器高和棱镜高，显示的高差值是全站仪横轴中心与棱镜中心的高差。3）坐标测量（1）设定测站点的三维坐标。（2）设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。当设定后视点的坐标时，全站仪会自动计算后视方向的方位角，并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。（3）设置棱镜常数。（4）设置大气改正值或气温、气压值。4（5）量仪器高、棱镜高并输入全站仪（6）照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。六、优势①数据处理的快速与准确性。全站仪自身带有数据处理系统，可以快速而准确地对空间数据进行处理，计算出放样点的方位角与该点到测站点的距离。我们可以在Autocad中方便地查出OA、OB、OC等各点的X、Y坐标，同时也可以查出相应点的设计高程（Z坐标值），只要把这些数据从电脑中通过数据线传输到全站仪中（一次最多可输入16000个点的坐标值），全站仪便能快速而准确地计算出O、A、B、C等的实际距离（而不是OA、OB、OC等的值）及相应的A、B、C等点的方位角。由于测距和测角的精度很高，所以完全可以做到精确定点放线。②定方位角的快捷性。全站仪能根据输入点的坐标值计算出放样点的方位角，并能显示目前镜头方向与计算方位角的差值，只要将这个差值调为0，就定下了要放样点的方向，然后就可进行测距定位。③测距的自动与快速性。全站仪能够自动读出距离数值，只要将棱镜对准全站仪的镜头，全站仪便可很快读出实测的距离，同时比较它自动计算出的理论上的数据，并在屏幕上显示出两者的差值，从而可以判断棱镜应向哪个方向再移动多少距离。到显示的距离差值为0时，表明那时棱镜所在的位置就是要放样点的实际位置。④定完一个点后，可按“下一个（next）”键调出下一个要放样的点，重复②～③步骤，便可依次放出其它各点。⑤由于全站仪体积小重量轻（只有4.9kg）且灵活方便，较少受到地形限制（除非全站仪无法看到棱镜），且不易受处界因素的影响（只要三角架扎稳，一般不会引起仪器的偏移），只要合理保护全站仪，即使在复杂的自然条件下也可以照常工作。⑥由于所有的计算是由全站仪自动完成，所以放线过程中不会受到参与者个人的主观影响。5○7利用全站仪可以直接测量出两点之间的水平距离和垂直距离：可在塔吊安装方案策划、安装部位时进行准确测量控制，主要是塔吊大臂的长度及塔吊自由高度内是否对周围建筑物有影响。○8定点测量施放时，可以之间测量该点的高程：在基础开挖基底标高控制，以及混凝土灌注桩施工时桩顶标高控制等。○9现场拟定坐标测量出现有建筑物的轮廓和具体位置：在大型厂房、车库、球场等改造或扩建前，需要对原有建筑物轮廓或墙柱等位置进行准确测量，可以利用全站仪，在现场拟定做标（及测站点，任意采集一个点作为后视点）利用无棱镜精确测量原有建筑物各个部位的点，利用Autocad可以准确绘画出原有建筑物。○10全站仪在公路、桥梁以及铁路隧道等工程中使用较多，同时在室外管网及园林施工放线中也经常使用。从实践中，我们感到全站仪能够高大工程施工中精确放线，提高工作效率，减少了仪器的误差。○11`全站仪的角度测量里自动扫描消除了以前光学仪器读盘分划误差和偏心误差的优点。同时还减少了移动测站所产生的误差，全站仪基本上架一次仪器就可以完成整个测量任务。六、全站仪在实际工程中的应用测区概况1、青浦新建仓库一、二期工程位于青浦区华新镇嘉松中路以东，北青公路以北。建筑场地面积91617m2，总建筑面积70059m2，分主体仓库和附房。±0.000相当于绝对高程5.50m。2、本工程共由8个单体和1个单建式的地下人防以及室外道路、围墙所组成：1)、主体仓库：二层，桩承台基础，轻钢结构，总建筑面积59803m2，建筑高23.90m室内外高差1200mm，2)、管理用房：四层，桩承台基础，框架结构，总建筑面积为3175m2，底层层高3.9m，二、三、四层层高3.6m，建筑总高度16.4m。63)、技术服务中心：二层，条形基础，框架结构，总建筑面积2020m2，一层层高为4.0米，二层层高为3.6m，总建筑高度为8.8m。4)、宿舍楼：地上为五层框架结构，桩承台基础，总建筑面积2974m2，一层层高为3.9m，二～五层层高为3.6m，建筑总高度为20.15m。5)、休息区：为单层钢筋砼结构，条形基础，呈L形，建筑面积为337m2，层高为4.0m，建筑高度为4.9m。6)、消防水泵房：为单层钢筋砼结构，建筑面积为135m2，层高为4.2m，建筑高度为6.4m。7)、门卫及消防值班室：为二层钢筋左结构，建筑面积为68m2，底层为门卫，二层为消防值班室，建筑高度为6.8m。8)、门卫二：为单层砖混结构，建筑面积为27m2，建筑高度为3.9m。9)、地下人防：单建式，总建筑面积1420m2。工程中的应用在上学期间，我们曾有过测量实习周。当时让我们最痛疼的不是外业测量，而是内也计算的繁琐。达到预期的精度要求是我们每个人所不愿面对的。全站仪的使用和他可以方便的将数据资料传输电脑，使我们能够快捷的完成内也计算，在工程中同时利用CAD设定坐标、绘图、取点的功能解决了我们工程中极坐标放样的难点例如在在测区内加密控制点，经常使用测角交会或测距交会或两者相结合的方法，如果我们运用数学公式来计算，则非常繁琐，而且不易检查错误，例如在后方交会中的危险圆上。相反，如果我们利用AutoCAD来绘图计算，就简单多了。现针对测角和测距两种方法分别作如下说明：1、前方测角交会:7如图一所示，A、B为坐标已知的控制点，P为待求点，在A、B两点已观测了角度a和b。我们就可以利用AutoCAD系统软件，根据A、B两点坐标在桌面绘制出A、B两个点，连接AB点得到AB线段，然后分别以A点和B点为基点旋转AB线段a,b角（从图上可直观地分辩方向）。使用ID命令选择交点P，就可以得出P点坐标了。如果图形有检校条件，仍然可以进行坐标差的计算。如果在近似平差的情况下能满足需要，则可以在图形上进行平均计算并作出标记。2、前方距离交会：如图二所示，A、B为坐标已知的控制点，P为待求点，在A、B两点已分别利用全站仪测了距离Ra和Rb。8我们就同样可以利用AutoCAD系统软件，根据A、B两点坐标绘制出A、B两个点，连接AB点得到AB线段，然后分别以A点和B点为圆心，以Ra和Rb为半径作圆，则得到P点和P’点（对照现场的方位情况，从图上可直观地分辩出其中一点P为所求，而另一点P’则是虚点，是我们不需要的）。使用ID命令选择交点P，就可以得出P点坐标了。在实际工作过程中，我们通常会将前方测角交会与前方距离交会进行组合应用，当然那就不一定要将所有条件都完成测量了。另外对于以上几项对坐标的应用，应该注意的就是AutoCAD中的坐标顺序与我们测量中的大地坐标系是有区别的，也就是要注意X坐标和Y坐标的对应关系。（3）三角高程测量9我们将全站仪水准仪一样任意置点，而不是将它置在已知高程点上，同时还不用在不量取仪器高和棱镜高的情况下，利用三角高程测量原理测出待测点的高程，如图一，假设B点的高程已知，A点的高程为未知，这里要通过全站仪测定其它待测点的高程。首先由（1）式可知:HA=HB-(Dtanа+i-t)（1）上式除了Dtanа即V的值可以用仪器直接测出外，i,t都是未知的。但有一点可以确定即仪器一旦置好，i值也将随之不变，同时选取跟踪杆作为反射棱镜，假定t值