建筑施工測量各階段全站儀的應(yīng)用

1、建筑施工測量各階段全站儀的應(yīng)用摘要:全站儀集測距、測角、測坐標(biāo)、放樣等多功能于一體,是測繪、施工等方面廣泛應(yīng)用的一種新型測量儀器。文中闡述了全站儀的工作原理及其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：全站儀；建筑施工；應(yīng)用近年來，隨著一些新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，全站儀這種具有測量無接觸、實(shí)時、自動、高精度等優(yōu)越性能的儀器，已逐步被應(yīng)用到一些高層、大型工程的施工測量工作中，并日益成為高層建筑施工質(zhì)量控制的有效儀器。1全站儀結(jié)構(gòu)原理及工作原理全站型電子速測儀簡稱全站儀,它是一種可以同時進(jìn)行角度(水平角、豎直角)測量、距離(斜距、平距、高差)測量和數(shù)據(jù)處理,由機(jī)械、光學(xué)、電子元件組合而成的測量儀器。由于只需一次安置,

2、儀器便可以完成測站上所有的測量工作,故被稱為“全站儀”。1.1全站儀的結(jié)構(gòu)原理全站儀的結(jié)構(gòu)原理見圖1。圖中上半部分包含有測量的四大光電系統(tǒng),即水平角測量系統(tǒng)、豎直角測量系統(tǒng)、水平補(bǔ)償系統(tǒng)和測距系統(tǒng)。通過鍵盤可以輸入操作指令、數(shù)據(jù)和設(shè)置參數(shù)。以上各系統(tǒng)通過I/O接口接入總線與微處理機(jī)聯(lián)系起來。圖1光電測距示意圖微處理機(jī)(CPU)是全站儀的核心部件,主要有寄存器系列(緩沖寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、指令寄存器)、運(yùn)算器和控制器組成。微處理機(jī)的主要功能是根據(jù)鍵盤指令啟動儀器進(jìn)行測量工作,執(zhí)行測量過程中的檢核和數(shù)據(jù)傳輸、處理、顯示、儲存等工作,保證整個光電測量工作有條不紊地進(jìn)行。輸入輸出設(shè)備是與外部設(shè)備連接的

3、裝置(接口),輸入輸出設(shè)備使全站儀能與磁卡和微機(jī)等設(shè)備交互通信、傳輸數(shù)據(jù)。1.2測距原理欲測定A,B兩點(diǎn)間的距離D,安置儀器于A點(diǎn),安置反射鏡于B點(diǎn)。儀器發(fā)射的光束由A至B,經(jīng)反射鏡反射后又返回到儀器。設(shè)光速C為已知,如果光束在待測距離D上往返傳播的時間為t2D。則距離D可由下式求出:式中,C=C0/n,C0為真空中的光速值,其值為299792458m/s,n為大氣折射率,它與測距儀所用光源的波長,測線上的氣溫t,氣壓P和濕度e有關(guān)。測定距離的精度,主要取決于測定時間的精度,例如要求保證±lcm的測距精度,時間測定要求準(zhǔn)確到6.7×10-11s,這是難以做到的。因此,大多采

4、用間接測定法來測定。間接測定的方法為相位式測距。由測距儀的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出一種連續(xù)的調(diào)制光波,測出該調(diào)制光波在測線上往返傳播所產(chǎn)生的相依移,以測定距離D。在砷化镕(GaAs)發(fā)光二極管上加了頻率為f的交變電壓(即注入交變電流)后,它發(fā)出的光強(qiáng)就隨注入的交變電流呈正弦變化,這種光稱為調(diào)制光。測距儀在A點(diǎn)發(fā)出的調(diào)制光在待測距離上傳播,經(jīng)反射鏡反射后被接收器所接收,然后用相位計(jì)將發(fā)射信號與接受信號進(jìn)行相位比較,由顯示器顯出調(diào)制光在待測距離往、返傳播所引起的相對位移。l.3全站儀的主要特點(diǎn)（1）只要一次照準(zhǔn)反射棱鏡，即可測出水平角、垂直角和斜距，自動計(jì)算機(jī)出目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，并可記錄測量與計(jì)算數(shù)據(jù)。（2

5、）通過全站儀主機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，可實(shí)現(xiàn)全站儀與計(jì)算機(jī)或其它外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊，從而使測量數(shù)據(jù)的獲取、管理、計(jì)算和繪圖形成一個完整的自動化測量系統(tǒng)。（3）利用全站儀的微機(jī)處理器來控制全站儀的測量與計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)氣象改正，導(dǎo)線測量，前、后方交會，碎部測量和施工放樣等計(jì)算任務(wù)。（4）儀器內(nèi)部有雙軸補(bǔ)償器，可自動測量儀器豎軸和水平軸的傾斜誤差，并對角度觀測值施加改正。2全站儀的一般操作程序儀器對中、整平一打開電源水平度盤和垂直度盤指標(biāo)的設(shè)置設(shè)置儀器參數(shù)進(jìn)入測量模式調(diào)焦和照準(zhǔn)。顯示（輸出）測量結(jié)果。3全站儀在施工測量各階段的應(yīng)用3.1進(jìn)場后,復(fù)核起始數(shù)據(jù)施工單位進(jìn)場后，其測量的首要工作是對擬建建筑物四周的

6、城市導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)及高程等起始數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核。在此階段，可用全站儀對城市導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行兩測回的測角、測距，聯(lián)測數(shù)據(jù)的精度滿足測量規(guī)范的要求后，即可將其作為該工程布設(shè)建筑平面控制網(wǎng)的基準(zhǔn)點(diǎn)和起算數(shù)據(jù)。其具體方法如下：（1）選取兩城市控制網(wǎng)點(diǎn)Nl、N2。將Nl點(diǎn)作為測站點(diǎn)并在此架設(shè)全姑儀將N2點(diǎn)作為目標(biāo)點(diǎn)，把棱鏡架于其上（圖2）。圖2坐標(biāo)測量示意圖（2）對全站儀進(jìn)行對中、整平，并設(shè)置好儀器參數(shù)。（3）將儀器照準(zhǔn)方向的方向值設(shè)置成零度。全站儀可按要求的次數(shù)，進(jìn)行多次測距和水平角的復(fù)測并顯示其平均值（圖3）。圖3方位角設(shè)置示意圖為占地面積寬廣、體量龐大的建筑物提供起始控制數(shù)據(jù)的城市導(dǎo)線點(diǎn)之間的距離可能較遠(yuǎn)。當(dāng)

7、兩導(dǎo)線點(diǎn)之間距離達(dá)到200300m時，用一般光學(xué)儀器來觀測就很容易引起誤差；如果使用全站儀來觀測就方便得多，而且測量精度高。以在學(xué)校學(xué)習(xí)使用的GTS332W拓普康全站儀為例：測角精度：±2，絕對法測角，無需過零檢驗(yàn)。測距精度：±（2mm+2ppm*D）。測程：單棱鏡3000m，三棱鏡4000m高速測距：精測1.2秒粗測0.7秒跟蹤0.4秒在可測范圍內(nèi)，可以逐步建立控制網(wǎng)，提高測量經(jīng)度。簡略如下：三角網(wǎng)：以高精度而稀疏的一等三角鎖，盡可能沿經(jīng)緯線方向縱橫交叉地迅速布滿全國，形成統(tǒng)一的骨干大地控制網(wǎng)，然后在一等鎖環(huán)內(nèi)逐級（或同時）布設(shè)二、三、四等三角網(wǎng)。在此基礎(chǔ)上，可布設(shè)一、二

8、級小三角或一、二、三級導(dǎo)線作為區(qū)域控制（或局部控制網(wǎng)）。國家三角鎖、網(wǎng)的布設(shè)規(guī)格與精度要求：國家水準(zhǔn)網(wǎng)：按國家水準(zhǔn)測量規(guī)范的技術(shù)要求建立起來的高程控制網(wǎng)。作用：全國范圍內(nèi)施測各種比例尺地形圖的高程控制基礎(chǔ)，以及一些科學(xué)研究如地殼垂直形變規(guī)律、各海洋平均海水面的高度變化，以及其他有關(guān)地質(zhì)和地貌的研究等。由高級到低級，從整體到局部：分成四個等級，逐級控制，逐級加密一等水準(zhǔn)網(wǎng)：骨干，環(huán)線長1000-1500km二等水準(zhǔn)網(wǎng)：基礎(chǔ)，環(huán)線長500-750km三、四等水準(zhǔn)網(wǎng)：為地形測圖和工程建設(shè)服務(wù)。基本規(guī)定：前后視距差應(yīng)小于1m,累積差應(yīng)小于3m；相鄰測站上，奇站按“后前前后”觀測，偶站按“前后后前”觀測

9、同一測段的水準(zhǔn)路線上測站數(shù)目應(yīng)為偶數(shù)；每一測段都要往、返測一測段的往返測應(yīng)在不同氣象條件下進(jìn)行3.2通過坐標(biāo)放樣建立平面控制面控制網(wǎng)是建筑物定位的基本依據(jù)，其原則是整體控制局部，高精度控制低精度。使用全站儀的坐標(biāo)放樣功能可準(zhǔn)確、方便地測設(shè)出整個建筑的平面控制網(wǎng)，并進(jìn)而加密成建筑方格網(wǎng)（圖4）。其具體方法如下：圖4坐標(biāo)放樣測量示意圖（1）根據(jù)施工圖紙，計(jì)算出各控制點(diǎn)及其它待放樣點(diǎn)的坐標(biāo)。（2）選取兩城市控制網(wǎng)點(diǎn)Nl、N2，其坐標(biāo)己知。把N2點(diǎn)作為測站點(diǎn)，Nl點(diǎn)作為后視點(diǎn)。把全站儀架在N2點(diǎn)上，把一臺棱鏡架在后視點(diǎn)N1，另一臺帶有測桿的棱鏡由另一名測量人員來放置，其放置的具體位置聽從儀器操作人員的

10、指揮。（3）對全站儀進(jìn)行對中和整平，設(shè)置好儀器參數(shù)。（4）進(jìn)入坐標(biāo)放樣模式，輸入測站點(diǎn)的坐標(biāo)、儀器高、目標(biāo)高。（5）進(jìn)入方位角的設(shè)置狀態(tài)，輸入后視點(diǎn)的坐標(biāo)。精確照準(zhǔn)后視點(diǎn)棱鏡中心，儀器根據(jù)測站點(diǎn)和后視點(diǎn)坐標(biāo)，將自動完成后視點(diǎn)方位角的設(shè)備。（6）再次進(jìn)入坐標(biāo)放樣模式，輸入待放樣點(diǎn)的坐標(biāo)。（7）旋轉(zhuǎn)儀器的照準(zhǔn)部，使所顯示的水平角讀數(shù)為零。此時，照準(zhǔn)部所照準(zhǔn)的方向即為待測點(diǎn)的方向。儀器操作人員可指揮持棱鏡的操作人員按此方向移動棱鏡。照準(zhǔn)帶測桿的棱鏡（待放樣點(diǎn)附近），通過對照準(zhǔn)點(diǎn)的測量，儀器顯示出預(yù)先輸入的待放樣值與實(shí)測值之差，即顯示值=實(shí)測值-放樣值。（8）根據(jù)顯示值，指揮持棱鏡的測量人員，沿照準(zhǔn)方

11、向移動帶測桿的棱鏡，直到觀測屏幕上的顯示值在誤差范圍之內(nèi)。（9）在測桿指示的位置埋上刻有“十”字絲的螺栓，用水泥砂漿將螺栓固定。傳統(tǒng)的放樣工作使用經(jīng)緯儀、鋼尺、線墜等儀器，通過經(jīng)緯儀撥角度、定方向以及鋼尺量具來進(jìn)行。這種方式工作量大、誤差大、易出錯。特別是在施工前期基礎(chǔ)的定位階段，還容易受地形條件的限制，對各獨(dú)立柱基的開線定位使用全站儀，實(shí)是方便快捷準(zhǔn)確，減小由于場地的高低不平，坑坑洼洼的地形，以往的人為拉尺定位從而產(chǎn)生的誤差。在結(jié)構(gòu)施工中，用全站儀對各柱、剪力墻等位置進(jìn)行開線定位，方便快捷，并能減少誤差；總之利用全站儀的坐標(biāo)放樣功能可有效地克服傳統(tǒng)放樣工作中的弊端，在測量過程中大大減少設(shè)站次

12、數(shù)，可直接進(jìn)行放樣并省去現(xiàn)場的記錄工作。3.3通過三角高程測距進(jìn)行高程控制高程測量在整個測量工作中所占的工作量很大，同時也是測量工作的重要組成部分。利用全站儀的距離測量模式就可精確地進(jìn)行高程控制。具體方法如下：（1）將全站儀架在水準(zhǔn)點(diǎn)BM1附近。（2）將兩根裝有棱鏡的測桿，一根立在BMI點(diǎn)上，另一根立在需測標(biāo)高的點(diǎn)上。（3）將全站儀對中、整平，進(jìn)入距離測量模式，分別測出儀器至BM1點(diǎn)的平距、斜距和高差h1及儀器至所求點(diǎn)的平距、斜距和高差h2。（4）若測桿1與側(cè)桿2的高度一致，則所求點(diǎn)A的計(jì)算式為：HA=BMI（高程）+h2-hl如果儀器至測桿1測得為負(fù)高差，則h1前變符號為“+”。兩測桿高度不一致時，如測桿2大于測桿1一個差值，則兩桿的高差減去這一差值；否則相加。（5）通過架設(shè)的水準(zhǔn)儀，可把A點(diǎn)的標(biāo)高引測到樓面上的其它位置（見圖5）。圖5高程測量示意圖傳統(tǒng)的高程控制方法的缺點(diǎn)是工作量大，容易引起誤差。通過全站儀三角高程測距法進(jìn)行標(biāo)高控制，對施工作業(yè)干擾少、工作量小，引測速度快。3.4進(jìn)行邊坡及附近建筑物的偏移和沉降觀測大型工程的邊坡支護(hù)難度大，安全系數(shù)要求高。因此，對其進(jìn)行定期限監(jiān)測也是測量工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容。其方法是：首先沿基坑四周的邊線每邊均勻設(shè)