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、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,由機械、光學、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聯(lián)系起來。圖1光電測距示意圖微處理機(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)、運算器和控制器組成。微處理機的主要功能是根據(jù)鍵盤指令啟動儀器進行測量工作,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兩點間的距離D,安置儀器于A點,安置反射鏡于B點。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,然后用相位計將發(fā)射信號與接受信號進行相位比較,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（1）只要一次照準反射棱鏡，即可測出水平角、垂直角和斜距，自動計算機出目標點的坐標和高程，并可記錄測量與計算數(shù)據(jù)。（2

5、）通過全站儀主機的標準通訊接口，可實現(xiàn)全站儀與計算機或其它外圍設(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）利用全站儀的微機處理器來控制全站儀的測量與計算，可實現(xiàn)氣象改正，導線測量，前、后方交會，碎部測量和施工放樣等計算任務(wù)。（4）儀器內(nèi)部有雙軸補償器，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的設(shè)置設(shè)置儀器參數(shù)進入測量模式調(diào)焦和照準。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進場后,復核起始數(shù)據(jù)施工單位進場后，其測量的首要工作是對擬建建筑物四周的

6、城市導線點的坐標及高程等起始數(shù)據(jù)進行復核。在此階段，可用全站儀對城市導線點進行兩測回的測角、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)的基準點和起算數(shù)據(jù)。其具體方法如下：（1）選取兩城市控制網(wǎng)點Nl、N2。將Nl點作為測站點并在此架設(shè)全姑儀將N2點作為目標點，把棱鏡架于其上（圖2）。圖2坐標測量示意圖（2）對全站儀進行對中、整平，并設(shè)置好儀器參數(shù)。（3）將儀器照準方向的方向值設(shè)置成零度。全站儀可按要求的次數(shù)，進行多次測距和水平角的復測并顯示其平均值（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)的城市導線點之間的距離可能較遠。當

7、兩導線點之間距離達到200300m時，用一般光學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。以在學校學習使用的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。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：國家水準網(wǎng)：按國家水準測量規(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，逐級加密一等水準網(wǎng)：骨干，環(huán)線長1000-1500km二等水準網(wǎng)：基礎(chǔ)，環(huán)線長500-750km三、四等水準網(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行3.2通過坐標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。使用全站儀的坐標放樣功能可準確、方便地測設(shè)出整個建筑的平面控制網(wǎng)，并進而加密成建筑方格網(wǎng)（圖4）。其具體方法如下：圖4坐標放樣測量示意圖（1）根據(jù)施工圖紙，計算出各控制點及其它待放樣點的坐標。（2）選取兩城市控制網(wǎng)點Nl、N2，其坐標己知。把N2點作為測站點，Nl點作為后視點。把全站儀架在N2點上，把一臺棱鏡架在后視點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）對全站儀進行對中和整平，設(shè)置好儀器參數(shù)。（4）進入坐標放樣模式，輸入測站點的坐標、儀器高、目標高。（5）進入方位角的設(shè)置狀態(tài)，輸入后視點的坐標。精確照準后視點棱鏡中心，儀器根據(jù)測站點和后視點坐標，將自動完成后視點方位角的設(shè)備。（6）再次進入坐標放樣模式，輸入待放樣點的坐標。（7）旋轉(zhuǎn)儀器的照準部，使所顯示的水平角讀數(shù)為零。此時，照準部所照準的方向即為待測點的方向。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。照準帶測桿的棱鏡（待放樣點附近），通過對照準點的測量，儀器顯示出預先輸入的待放樣值與實測值之差，即顯示值=實測值-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，對各獨立柱基的開線定位使用全站儀，實是方便快捷準確，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行高程控制。具體方法如下：（1）將全站儀架在水準點BM1附近。（2）將兩根裝有棱鏡的測桿，一根立在BMI點上，另一根立在需測標高的點上。（3）將全站儀對中、整平，進入距離測量模式，分別測出儀器至BM1點的平距、斜距和高差h1及儀器至所求點的平距、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A的計算式為：HA=BMI（高程）+h2-hl如果儀器至測桿1測得為負高差，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)的水準儀，可把A點的標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是工作量大，容易引起誤差。通過全站儀三角高程測距法進行標高控制，對施工作業(yè)干擾少、工作量小，引測速度快。3.4進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難度大，安全系數(shù)要求高。因此，對其進行定期限監(jiān)測也是測量工作的一項重要內(nèi)容。其方法是：首先沿基坑四周的邊線每邊均勻設(shè)