全站型電子速測儀在道路工程測量中的圓曲線放樣

這條道路是為經濟、社會發展和人民生活服務的公共基礎設施。社會經濟水平和交通運輸需求決定了道路運輸的發展過程，道路運輸也影響和制約了社會經濟和運輸的水平。伴隨著高等級道路需求的增加和道路工程施工節奏的加快,傳統的道路測設方法己經很難滿足實際工作的需要,甚至影響了工程的進度和質量。本文在研究道路工程施工要求的基礎上加以延伸,研究如何在以全站儀等先進的儀器基礎上直接實現道路中邊樁坐標的放樣。設計開發旨在提高道路測設工作質量和效率、符合中國規范和國內用戶操作習慣的道路測設系統,滿足當前道路工程建設的需要。道路工程施工中,尤其是深路塹、施工,為了保證線路各部結構符合設計和規范要求,更好地掌握和控制工程施工數量,技術人員需要不斷地檢查、監控線路中線和開挖(填筑)邊線,內、外業工作量極大。近年來,工程施工大多采用項目法管理,人員精簡,每個技術人員除了本職的技術工作外,還要參與大量的管理工作。因此,如何使技術人員從繁重的測量放樣工作中解脫出來,成了項目法管理實施中的一大課題。道路工程線路平面總是由直線和曲線所組成。曲線按其半徑的不同分為圓曲線和緩和曲線。在我國,道路工程大多采用螺旋線作為緩和曲線。本文通過對按這種線型設計的線路中線與路基邊樁關系的分析,尋求一種更精確、更快捷、更方便的邊樁放樣方法,使技術人員既可以有效、有力地控制施工現場,又可以更多地參與項目管理工作。發達國家高度重視高新技術開發,應用計算機技術、電子信息技術和自動控制技術來改造道路交通行業。普遍利用地理信息系統GIS建立道路數據庫,將采集的數據通過數字地面模型與CAD技術銜接配套,進行道路和交通的規劃設計,包含有許多利用價值的.dwg格式設計文件被束之高擱,不被施工單位利用,不但造成設計資料的巨大浪費,降低了施工測量的效率,也使全站儀尤其是新型測量儀器的功能沒有充分發揮的空間;對于高等級公路中線上的各點位置,通常是以“逐樁坐標表”的形式提供給施工單位的,這些坐標值應該在施工放樣時抽查計算并檢查。常常為施工方便所需而加設一些樁點,但在設計文件中并不一定有這些點的坐標值,此時則需要由施工測量技術人員根據設計圖紙標注的尺寸甚至幾何關系推算施工放樣所需的數據,然后再進行實地放樣,結果不但費時費力還容易出錯,這也許也是制約道路工程建設進度的一個因素。綜觀測繪技術的發展,其不外乎三個方面:基礎理論及測量手段的軟、硬件。無論哪方面的發展,其最終目的是一致的,那就是快速有效的完成測定和測設這兩大測量任務。測定是將地表的地物和地貌按規定的符號、一定的比例尺繪制成圖,測設是將圖上設計的建構筑物或路線放樣到實地。目前國內市場占有率最高的數字化成圖軟件是南方測繪CASS,利用CASS與全站儀的數據通訊功能可以快速完成測圖任務;而在測設方面開發的軟件相對較少,自動化放樣的關鍵問題是要解決放樣點位坐標數據文件的生成。路線直線段的放樣數據比較容易獲得,關鍵是路線曲線段。如果能開發一個程序,用戶只需要輸入任意路線曲線段的設計參數,程序就能自動計算出該路線的中樁、邊樁點坐標并生成全站儀可以接收的數據文件,再利用全站儀的三維坐標放樣功能可以快速地完成點位的放樣工作,這將極大地提高道路施工的效率,單臺儀器可完成導線測量、斷面測量、任意中樁、邊樁放樣等。近幾年來,隨著全站型電子述測儀廣泛應用,因其簡單、準確、操作迅速,使用圓曲線放樣工作變地簡便多了。眾所周知,工程點位的放樣方法必須結合施工現場的特點和施工方法、附近已知點位設置特點以及施工機械和堆料等因素,制定合理的放樣方案,所以在以往甚至現在一些不具備條件的地方還用切線支距法(直角坐標法),偏角法進行圓曲線放樣工作。第一種方法是切線支距法(直角坐標法)(見圖1),要求在YZ點(ZY點)為原點,以切線為X軸,通過原點的半徑為Y軸建立的直角坐標系。該方法是通過科學計算求出在該坐標系中所要放樣各細部工程點的橫、縱坐標。然后在現場在YZ設站,JD定向,確定現場對應的X軸,對應量取各點的坐標X,接著在X軸上設立經緯儀,測90度角的方向線量取相應的坐標Y;或者在Y值較小的時候使用簡易方法獲取直角方向,這樣所得到的點連接起來就完成了圓曲線放樣。但是在現實工作中由于該方法需要多次設站多次量距,非常麻煩而且在地形復雜的地方量距工作無法進行,而且要求在切線方向量取較長的距離,如果現場量距不便此法不能廣泛被應用。第二種方法是偏角法,見圖2。以方向和距離確保放樣點位。其主要是分弦和根據弦線長及曲線半徑來確定弦切角即偏角,編制《偏角表》。在ZY點或YZ點設立經緯儀,以ZD點方向,依次測設《偏角表》上角度,以設站點為起點在測設的方向上量弦長得到曲線上第一點;再以第一點為起點,在第二個偏角方向上量弦長得到第二點,直到得到QZ點。這種方法是圓曲線測設中最常用的,也是比較簡便的方法。但由于此方法是一個曲線點起最弦長得到另一個曲線點,這樣就使誤差容易積累,使曲線精度不高甚至超限,也使工作效率不高。這樣就要求我們找到一種精確、便捷、迅速的方法來進行圓曲線放樣。全站型電子速測儀的廣泛應用使其成為現實。其作法是在ZY點或YZ點設全站儀,以JD點定向,先測定一個角度(不大于轉折角),然后由儀器測設一個計算得來的弦長,這樣就得到曲線上的點;按上述方法接著放曲線其它點,就完成曲線放樣。由于測量儀器等的限制,以前放樣路基邊樁大多采用如下的方法:首先用切線支距法或偏角法等定出線路中線里程樁;其次是在每個里程樁上置鏡撥其斷面方向(即法線方向)放樣出路基邊樁;然后抄平、移樁。這種放樣方法最大的弊病在于放樣誤差會不斷累積,尤其是長大曲線,曲線的閉合差往往會很大,因此施工時不得不采用分段的方法進行測設。此外,工序繁瑣,外業工作量大,需要人員多,而且對施工現場干擾很大。顯然,這種路基邊樁放樣方法不但與現代施工“快而準”的要求很不相符,而且一定程度上制約了已廣泛應用于施工現場的先進儀器設備,如半站型電子速測儀和全站儀等功能的發揮。全站形電子速測儀放樣圓曲線的原理是弦切角定理:弦切角等于它所夾的弧對的圓周角,其弦長計算也正是基于這個原理,以ZY點所測偏角就等于ZY點和所放曲線點的弧對的圓周角,而以ZY點,圓心和所放曲線點組成的等邊三角形中,所測得偏角是它的頂角,兩個等邊的長為曲線半徑,另一邊長等于半徑乘以偏角一半正弦值的二倍。這個邊也就是ZY點到曲線點的弦。在工作中的邊測角,邊計算,再測距就得到曲線點完成曲線。另外,偏角應不大于曲線的轉折角。原因是以ZY點到YZ點的弦切角為該曲線的是大偏角。這時JD點是過ZY點和YZ點兩切線交點,因而ZY點至JD點方向到JD點至YZ點方向的轉折角等于圓周角也等于偏角。全站儀放樣圓曲線只須一人看鏡計算,一人拿反射棱鏡定曲線點位置,節省了人力。其分弦均以ZY點或YZ點為起點經科學極算所得,誤差不會累積。以瑞士威特廠生產的TC1000