全站型电子速测仪在道路工程测量中的圆曲线放样

全站型电子速测仪在道路工程测量中的圆曲线放样

这条道路是为经济、社会发展和人民生活服务的公共基础设施。社会经济水平和交通运输需求决定了道路运输的发展过程，道路运输也影响和制约了社会经济和运输的水平。伴随着高等级道路需求的增加和道路工程施工节奏的加快,传统的道路测设方法己经很难满足实际工作的需要,甚至影响了工程的进度和质量。本文在研究道路工程施工要求的基础上加以延伸,研究如何在以全站仪等先进的仪器基础上直接实现道路中边桩坐标的放样。设计开发旨在提高道路测设工作质量和效率、符合中国规范和国内用户操作习惯的道路测设系统,满足当前道路工程建设的需要。道路工程施工中,尤其是深路堑、施工,为了保证线路各部结构符合设计和规范要求,更好地掌握和控制工程施工数量,技术人员需要不断地检查、监控线路中线和开挖(填筑)边线,内、外业工作量极大。近年来,工程施工大多采用项目法管理,人员精简,每个技术人员除了本职的技术工作外,还要参与大量的管理工作。因此,如何使技术人员从繁重的测量放样工作中解脱出来,成了项目法管理实施中的一大课题。道路工程线路平面总是由直线和曲线所组成。曲线按其半径的不同分为圆曲线和缓和曲线。在我国,道路工程大多采用螺旋线作为缓和曲线。本文通过对按这种线型设计的线路中线与路基边桩关系的分析,寻求一种更精确、更快捷、更方便的边桩放样方法,使技术人员既可以有效、有力地控制施工现场,又可以更多地参与项目管理工作。发达国家高度重视高新技术开发,应用计算机技术、电子信息技术和自动控制技术来改造道路交通行业。普遍利用地理信息系统GIS建立道路数据库,将采集的数据通过数字地面模型与CAD技术衔接配套,进行道路和交通的规划设计,包含有许多利用价值的.dwg格式设计文件被束之高搁,不被施工单位利用,不但造成设计资料的巨大浪费,降低了施工测量的效率,也使全站仪尤其是新型测量仪器的功能没有充分发挥的空间;对于高等级公路中线上的各点位置,通常是以“逐桩坐标表”的形式提供给施工单位的,这些坐标值应该在施工放样时抽查计算并检查。常常为施工方便所需而加设一些桩点,但在设计文件中并不一定有这些点的坐标值,此时则需要由施工测量技术人员根据设计图纸标注的尺寸甚至几何关系推算施工放样所需的数据,然后再进行实地放样,结果不但费时费力还容易出错,这也许也是制约道路工程建设进度的一个因素。综观测绘技术的发展,其不外乎三个方面:基础理论及测量手段的软、硬件。无论哪方面的发展,其最终目的是一致的,那就是快速有效的完成测定和测设这两大测量任务。测定是将地表的地物和地貌按规定的符号、一定的比例尺绘制成图,测设是将图上设计的建构筑物或路线放样到实地。目前国内市场占有率最高的数字化成图软件是南方测绘CASS,利用CASS与全站仪的数据通讯功能可以快速完成测图任务;而在测设方面开发的软件相对较少,自动化放样的关键问题是要解决放样点位坐标数据文件的生成。路线直线段的放样数据比较容易获得,关键是路线曲线段。如果能开发一个程序,用户只需要输入任意路线曲线段的设计参数,程序就能自动计算出该路线的中桩、边桩点坐标并生成全站仪可以接收的数据文件,再利用全站仪的三维坐标放样功能可以快速地完成点位的放样工作,这将极大地提高道路施工的效率,单台仪器可完成导线测量、断面测量、任意中桩、边桩放样等。近几年来,随着全站型电子述测仪广泛应用,因其简单、准确、操作迅速,使用圆曲线放样工作变地简便多了。众所周知,工程点位的放样方法必须结合施工现场的特点和施工方法、附近已知点位设置特点以及施工机械和堆料等因素,制定合理的放样方案,所以在以往甚至现在一些不具备条件的地方还用切线支距法(直角坐标法),偏角法进行圆曲线放样工作。第一种方法是切线支距法(直角坐标法)(见图1),要求在YZ点(ZY点)为原点,以切线为X轴,通过原点的半径为Y轴建立的直角坐标系。该方法是通过科学计算求出在该坐标系中所要放样各细部工程点的横、纵坐标。然后在现场在YZ设站,JD定向,确定现场对应的X轴,对应量取各点的坐标X,接着在X轴上设立经纬仪,测90度角的方向线量取相应的坐标Y;或者在Y值较小的时候使用简易方法获取直角方向,这样所得到的点连接起来就完成了圆曲线放样。但是在现实工作中由于该方法需要多次设站多次量距,非常麻烦而且在地形复杂的地方量距工作无法进行,而且要求在切线方向量取较长的距离,如果现场量距不便此法不能广泛被应用。第二种方法是偏角法,见图2。以方向和距离确保放样点位。其主要是分弦和根据弦线长及曲线半径来确定弦切角即偏角,编制《偏角表》。在ZY点或YZ点设立经纬仪,以ZD点方向,依次测设《偏角表》上角度,以设站点为起点在测设的方向上量弦长得到曲线上第一点;再以第一点为起点,在第二个偏角方向上量弦长得到第二点,直到得到QZ点。这种方法是圆曲线测设中最常用的,也是比较简便的方法。但由于此方法是一个曲线点起最弦长得到另一个曲线点,这样就使误差容易积累,使曲线精度不高甚至超限,也使工作效率不高。这样就要求我们找到一种精确、便捷、迅速的方法来进行圆曲线放样。全站型电子速测仪的广泛应用使其成为现实。其作法是在ZY点或YZ点设全站仪,以JD点定向,先测定一个角度(不大于转折角),然后由仪器测设一个计算得来的弦长,这样就得到曲线上的点;按上述方法接着放曲线其它点,就完成曲线放样。由于测量仪器等的限制,以前放样路基边桩大多采用如下的方法:首先用切线支距法或偏角法等定出线路中线里程桩;其次是在每个里程桩上置镜拨其断面方向(即法线方向)放样出路基边桩;然后抄平、移桩。这种放样方法最大的弊病在于放样误差会不断累积,尤其是长大曲线,曲线的闭合差往往会很大,因此施工时不得不采用分段的方法进行测设。此外,工序繁琐,外业工作量大,需要人员多,而且对施工现场干扰很大。显然,这种路基边桩放样方法不但与现代施工“快而准”的要求很不相符,而且一定程度上制约了已广泛应用于施工现场的先进仪器设备,如半站型电子速测仪和全站仪等功能的发挥。全站形电子速测仪放样圆曲线的原理是弦切角定理:弦切角等于它所夹的弧对的圆周角,其弦长计算也正是基于这个原理,以ZY点所测偏角就等于ZY点和所放曲线点的弧对的圆周角,而以ZY点,圆心和所放曲线点组成的等边三角形中,所测得偏角是它的顶角,两个等边的长为曲线半径,另一边长等于半径乘以偏角一半正弦值的二倍。这个边也就是ZY点到曲线点的弦。在工作中的边测角,边计算,再测距就得到曲线点完成曲线。另外,偏角应不大于曲线的转折角。原因是以ZY点到YZ点的弦切角为该曲线的是大偏角。这时JD点是过ZY点和YZ点两切线交点,因而ZY点至JD点方向到JD点至YZ点方向的转折角等于圆周角也等于偏角。全站仪放样圆曲线只须一人看镜计算,一人拿反射棱镜定曲线点位置,节省了人力。其分弦均以ZY点或YZ点为起点经科学极算所得,误差不会累积。以瑞士威特厂生产的TC1000