全站仪对边测量功能在公路勘察设计中的应用

张磊*

（湖北省交通规划设计院股份有限公司，湖北武汉，430050）

全站仪对边测量功能在公路勘察设计中的应用

张磊*

（湖北省交通规划设计院股份有限公司，湖北武汉，430050）

在地形条件复杂路段的公路工程勘测中，路基横断面测量一直是野外勘测工作的重头，也是耗费大量人力最大的工作。如何在保证勘测精度的前提下，有效提高勘测工效、降低野外劳动强度，始终是公路勘测技术人员的追求。本文通过介绍全站仪自带对边测量功能的使用方法及原理，结合在公路工程勘察设计中的一些应用，论证了对边测量技术应用于公路横断面等勘测的可靠性。

公路勘察设计；全站仪；对边测量；横断面测量。

引言

在公路勘察设计中，精准的原始测量数据收集是公路工程野外勘测的主要内容，也是公路桥梁设计的必需条件和主要依据。在地形复杂的山区公路勘察工作中，路线、路基、桥涵等平、纵、横面勘测工作始终占据着野外勘测工作的重头，也是工作量最大的野外工作。其测量精度不仅直接影响到工程设计时的路基土石方工程数量、桥涵位置关系等，也关系到建成后路基的稳定、桥梁涵洞的安全和功能作用的发挥程度。

1 常见的公路横断面测量方法

传统的公路横断面测量方法有花杆皮尺法、水准仪法、经纬仪视距法等。这些测量方法不仅野外工作量巨大，而且还存在着许多缺点。花杆皮尺法由于其精度差，测量误差大，已经不能满足现代高等级公路工程设计的需要；水准仪皮尺法作业强度大，可操作性差，不适合在地势起伏大的地形进行测量，有一定的局限性；经纬仪视距法测量精度可以用于路基横断面测量，经纬仪视距法可以配合水准仪塔尺，读取上、中、下三丝读数，利用软件计算从而实现任意站测量横断面，相对前两种测量方法有一定优势。但不能用该方法进行重要桥涵、隧道等构造物的测量，且后期数据处理较繁琐，内业工作量大。

全站仪目前已大量运用于公路勘察设计领域，但使用范围和效果因而而异。对边测量法就是一种很好的公路横断面测量方法，其可以在任意地点架设全站仪工作站，具有不受视线阻碍、地形起伏大的影响，野外劳动强度低、内业工作量小等优势。

2 全站仪对边测量的工作原理

对边测量法是指全站仪在任意点架设工作站P，先测量一个起始测点A，再测量任意测点B，间接求出任意测点与起始点间的水平距离S和高差的方法。

对边测量运用了三角高程测量原理、余弦定理，使用仪器自身程序计算出两测点间的水平距离和高差。如图1，在A、B两点安置棱镜，棱镜高相等，在任意与A、B两点均通视的P点设置全站仪，观测AP与BP的水平距离和高差以及水平夹角，由EDM三角高程测量原理和三角形余弦定理，可计算出两点的水平距离和高差。AB两点的距离计算公式为：S=

AB两点的高差计算公式为：H=HVAP-HVBP，全站仪对边测量就是综合了这两个原理由仪器自带软件，计算后直接在屏幕上显示出距离和高差。

测量时可以根据需要选择二种测量模式：放射对边测量（显示相对起始点的距离和高差）和相邻对边测量（显示相对前一测点的距离和高差）。相邻对边测量是测量测点对应上一次测量点的对应距离和高差，在公路横断面测量时应使用放射对边测量模式。

3 对边测量的精度

（1）全站仪常规测量误差主要有：1）全站仪本身固有的系统误差。2）仪器对中、沉降误差。3）仪器高度量测的误差（目前大部分品牌全站仪无激光垂直量测，需要测量斜高）。4）棱镜高度量测的误差（即对中杆刻度分化误差与倾斜误差）。5）外界因素，包括温度、湿度、风力、大气折光等。

（2）对边测量类似于导线测量，测量误差可参照一级导线测量的技术要求，导线及导线网按精度等级划分为三、四等和一、二、三级。

导线测量主要技术要求如下表1所示：

表1 导线测量主要技术要求

（3）有研究表明，当测量距离小于700米时，可以使用红外三角高程测量替代三等水准测量，当测量距离小于2000米时，可以替代四等水准测量。当两测点水平距离等于300米时，对边测量的距离中误差约±6mm，当距离增大至600米时，对边测量中误差变化不大。说明待测两点的距离在一定范围内对观测图形要求不高，在这个范围内距离测量的精度与直接测距差不多。

（4）对边测量的距离精度不仅与距离测量有直接关系，而且还与角度测量精度有关有关，随着测量角度的增大，测距误差的影响减小，而测角误差的影响增大；测角越大，受测角误差的影响越大；测角精度越高，对边测量的精度越高。

（5）现行的《公路勘测规范》中，平面控制测量一级导线每边测量中误差为±14mm；公路高程控制测量最高等级为4等，每公里高差中数中误差为±10mm；横断面检测互差限差为±10cm。这说明对边测量的精度已经满足了《公路勘测规范》中一些工点测量的精度要求，如路基横断面、构造物标高等，完全可以应用于公路勘测设计。

4 全站仪对边测量在公路勘察领域的应用

4.1 应用于公路横断面测量

采用对边测量方法测量公路横断面的原始地面线，如图1所示。将全站仪架设于通视条件较好的任意位置 A点，并整平水准。由于全站仪自身的记录功能较强，因而完全可以不需要对中，从而减少了对中这道工序。之后，先照准已经施放中线的中桩位置B1点，将其作为该中桩对应路基横断面左、右幅起始点进行测距，由全站仪读入内存，再照准该横断面线上的特征点B2点测距。此时，由全站仪中对边测量程序自动计算出B1和B2之间的水平距离和高差，记录距离和高差。依次沿横断面线测量各待测点B3、B4……，直到观测完一个完整的断面为止。如果测站可以观测到下一中桩所对应的横断面所有待测点，则不需要重新设站安置仪器，只要重复上述步骤即可。这里要注意的是，每个中桩位置都需要先设定为超始点B1点，测距后再观测其他待测点，从而保证每个观测点均为所对应的中桩横断面方向。通过内业的数据整理，野外工地记录的横断面地面线数据格式符合相对中桩法格式，即距离和高差都是相对于中桩的距离和高差，可直接用于公路设计软件进行横断面设计。

图2 公路横断面测量示意图

利用全站仪对边测量观测中桩横断面时，需要记录全站仪的高度和移动棱镜的高度。若仪器视线受小型障碍物遮挡时，可采用升高棱镜的方法测得两测点的高差，同时记录下调整后棱镜高度，再用两点高差加（或减）棱镜调整高差（前点棱镜高与起始点棱镜高的差值），即可得出测量点位对应超始点的高差数据。

4.2 应用于公路隧道施工的变形监测

将粘贴有反射片的钢板预埋在钢支撑上。完成撑砌混凝土浇筑后，进行初始数据读取，间隔一定时间进行一次测量，读取数据进行比较，可得出断面周边位移数据，测量结束后对预埋件进行保护，以便再次测量。该方法设站灵活，操作简单，测量精度高，可以替代传统的收敛计测量方法。

4.3 应用于公路勘察中其他控制因素测量

在公路勘察设计过程中，往往会有公路路线穿越、跨越既有公路、铁路、航道等设施、构造物的地段，对边测量可用于这方面的原始数据的测量。如被交公路路面标高、铁路的轨道顶面标高，构造物间的宽度等等，测量出的原始数据可以应用于路线纵断面设计中上限或下限高程控制、桥梁或通道墩台位置的设置等，以便最大程度地勘测清楚实地情况，最小限度地减少对既有设施的影响和破坏。

5 结束语

（1）全站仪对边测量功能可以在任意点设置测站。在植被较深的山岭区的公路横断面测量工作中，对于其他横断面测量方法，尤其具备先进性和优势。同时，由于其受视线影响较小，可以在一个站点测得多个数据，避免了多次架设仪器，极大地节省了时间，提高了工作效率。

（2）全站仪对边测量能够满足公路工程勘察设计的需要。在应用于公路勘察设计中的横断面地面线测量，河床宽度、构造物标高等方面，能够保证测量所需精度，值得推广使用。

[1]公路勘测规范(JTG C10-2007)[S].北京:人民交通出版社,2007.

[2]测量学[M].北京:人民交通出版社,2010.

[3]黄俊卿,全站仪三角高程测量精度分析[J].现代测绘,2008,(3).

[4]聂让编.全站仪与高等级公路测量.北京.人民交通出版社.1997.06.36-37.

[5]李文渊,钱绍武编.道路施工工程师手册.北京.人民交通出版社,1996.011.569-570.

Application of Total Station 's Surrounding Measurement Function in Highway Survey and Design

ZHANG Lei*
(Hubei Transportation Planning and Design Institute Co.,Ltd.,Hubei Wuhan,430050,China)

In the highway engineering survey of the complex road sections,subgrade cross section measurement is the most important work of the field surveying,and it is also the most labor-intensive work.How to improve the survey efficiency and reduce the intensity of field labor is the pursuit of highway survey technicians.In this paper,by introducing total station with the use of measuring function method and principle,combining with some application in highway engineering survey and design,demonstrates the measuring technique is applied to highway cross section such as the reliability of the survey.

highway survey and design; Total station; Measurement of edges; Cross sectional measurement

U412

A

1672-9129(2017)04-0105-03

张磊.全站仪对边测量功能在公路勘察设计中的应用[J].数码设计,2017,6(4):105-107.

Cite：ZHANG Lei.Application of Total Station 's Surrounding Measurement Function in Highway Survey and Design[J].Peak Data Science,2017,6(4):105-107.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.04.027