全站儀和CAD在工程中的結(jié)合應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計論文

1、江蘇省南京工程高等職業(yè)學(xué)校江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)校南京工程分院Nanjing Engineering Vocational College畢業(yè)設(shè)計 全站儀和CAD在工程中的結(jié)合應(yīng)用學(xué)生姓名： 袁晨曦 學(xué)號： 20 指導(dǎo)教師： 江卉 職稱： 專 業(yè)： 工程測量 系（部）： 地質(zhì)工程系 2011年×月×日目 錄摘要.（3）一 全站儀和CAD的基本理論（一） 全站儀及CAD的概述.（3）（二） 全站儀的組成（3）二 全站儀操作及CAD應(yīng)用（一） 全站儀操作（4）（二） 計算機管理（5）（三） 優(yōu)勢（6）三. 工程中的應(yīng)用（一）傳統(tǒng)三角高程測量.（7）（二）使用全站儀配合跟蹤桿測量位置

2、點高程.（8）（三）精度估算.（9）四.全站儀使用注意事項總結(jié).（9）參考文獻.（10）致謝 全站儀和CAD在工程中的結(jié)合應(yīng)用論文摘要文章介紹了全站儀的控制方法并總結(jié)了AutoCAD，全站儀在工程測量中內(nèi)業(yè)資料的計算及管理的應(yīng)用，以及全站儀使用注意事項和其再測量中的優(yōu)勢性。關(guān)鍵詞： 全站儀 CAD 結(jié)合應(yīng)用 一、 全站儀和CAD的基本理論1 全站儀及CAD的概述：隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)日新月異的發(fā)展及其在測繪領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，集電子測角、電子測距、數(shù)據(jù)采集與存儲的全站儀已經(jīng)取代了常規(guī)的光學(xué)經(jīng)緯儀和S3光學(xué)水準(zhǔn)儀。各測繪儀器廠商生產(chǎn)出各種型號的全站儀，出現(xiàn)了大內(nèi)存、多功能、防水型、防爆型、電腦型

3、等，全站儀正朝著功能全、效率高、全自動、易操作、體積小、重量輕的方向發(fā)展，使野外測繪作業(yè)的勞動強度逐漸地減輕，工作效率得到不斷提高，測繪技術(shù)水平也相應(yīng)地得到了提升，從根本上更新了測量的觀念和理論。傳統(tǒng)的測量方式正逐步被不斷涌現(xiàn)的新儀器、新技術(shù)、新方法所取代。目前在建筑工程測量經(jīng)常采用的儀器就是全站儀。全站儀是全站型電子速測儀的簡稱，因其一次安置儀器就可完成該測站上全部測量工作，所以稱之為全站儀，又被稱為“電子全站儀”是指由電子經(jīng)緯儀、光電測距儀電子記錄器組成。它除了能自動測距和測角外，還能快速完成一個測站所需完成的各種工作，包括平距、高差、高程、坐標(biāo)以及放樣等方面功能的計算，并且可實現(xiàn)自動測距

4、、自動計算和自動記錄的多功能的地面測量儀器。電子全站儀還可以進行空間數(shù)據(jù)采集與更新來實現(xiàn)測繪的數(shù)字化，它的出現(xiàn)使得測量工作的自動化，全能化變?yōu)楝F(xiàn)實。而隨著電腦的廣泛普及和應(yīng)用，全站儀和CAD在建筑工程測量上也得到了廣泛的應(yīng)用，二者的合二為一減少了大量的人力去計算，這也是工程技術(shù)和電腦結(jié)合的一個典范。計算機輔助設(shè)計（Computer Aid Design 簡寫為CAD，常稱AutoCAD）是一種強有力的計算機繪圖工具，它可按照用戶的指令，迅速而準(zhǔn)確地繪制出所需要的圖形，具有容易校正繪圖錯誤的特點。其圖形資料容易保存和復(fù)制，真正實現(xiàn)了繪圖技術(shù)的重大突破。如今在各個領(lǐng)域均得到了普遍的應(yīng)用，它大大提高

5、了工程技術(shù)人員的工作效率。AutoCAD配合AutoLisp語言，還可以編制一些常用的計算程序，得到計算結(jié)果。AutoCAD的特性提供了測量內(nèi)業(yè)資料計算的另外一種全新直觀明了的圖形計算方法2、全站儀的組成從總體上看全站儀分兩大部分組成1 為采集數(shù)據(jù)而設(shè)置的專用設(shè)備，主要有電子測量系統(tǒng)、電子測距系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，還有自動補償設(shè)備。2 過程控制機。主要用于有序的實現(xiàn)上述每一專用設(shè)備的功能。過程控制機包括與測量相連接的外傳設(shè)備及進行計算，產(chǎn)生指令的微機處理。二、 全站儀的操作和使用1全站儀的操作：1水平角測量（1） 按角度測量鍵，使全站儀處于角度測量模式，找準(zhǔn)第一個目標(biāo)A。（2） 設(shè)置A方向的水平

6、讀盤度數(shù)為0度00分00秒。（3） 找準(zhǔn)第二個目標(biāo)B，此時顯示的水平度盤度數(shù)即為兩方向間的水平夾角2 距離測量（1） 設(shè)置棱鏡常數(shù)測距前須將棱鏡常數(shù)輸入儀器中，儀器會自動對所測距離進行改正。（2）設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值 光在大氣中的傳播速度會隨大氣的溫度和氣壓而變化，15攝氏度和760mmHg是儀器設(shè)置的一個標(biāo)準(zhǔn)值，此時的大氣改正為0ppm。實測時，可輸入溫度和氣壓值，全站儀會自動計算大氣改正值（也可直接輸入大氣改正值），并對測距結(jié)果進行改正（3）量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀（4） 距離測量找準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡中心，按測距鍵，距離測量開始，測距完成時顯示斜距、平距、高差。全站儀的測距模式有精測模

7、式、跟蹤模式、粗測模式三種。精測模式是最常用的測距模式，測量時間約2.5S，最小顯示單位1mm；跟蹤模式，常用與跟蹤移動目標(biāo)或放樣時連續(xù)測距，最小顯示一般為1cm。在距離測量或坐標(biāo)測量時，可按測距模式（MODE）鍵選擇不同的測距模式。應(yīng)注意，有些型號的全站儀在距離測量時不能設(shè)定儀器高和棱鏡高，顯示的高差值是全站儀橫軸中心與棱鏡中心的高差。3 坐標(biāo)測量（1）設(shè)定測站點的三維坐標(biāo)。（2）設(shè)定后視點的坐標(biāo)或設(shè)定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角。當(dāng)設(shè)定后視點的坐標(biāo)時，全站儀會自動計算后視方向的方位角，并設(shè)定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角。（3）設(shè)置棱鏡常數(shù)。（4）設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值。（5）

8、量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。（6）照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡，按坐標(biāo)測量鍵，全站儀開始測距并計算顯示測點的三維坐標(biāo)。4 如何全站儀數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦中，進行讀取：（以索佳為例）例：索佳SET210全站儀的數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成CAD圖形文件打開數(shù)據(jù)工具欄的讀取全站儀數(shù)據(jù)，出現(xiàn)一個全站儀內(nèi)存數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換屏幕，在屏幕下儀器選項為索佳SET系列；通訊口選擇COM1，波特率為1200；數(shù)據(jù)位為8位；停止位為1位；檢驗為無校驗；超時為30秒；連機處打鉤；通訊臨時文件，選擇文件為：C:Program FileCASS60STEMtongxun.SSCASS坐標(biāo)選擇文件：選擇文件 （自己選擇一個文件目錄）然后點擊轉(zhuǎn)換鍵。再在全站儀上設(shè)定

9、.確保儀器主機與計算機連接.在內(nèi)存模式下選取“文件”.選取“通訊輸出”顯示工作文件名表將光標(biāo)移至所需文件名上后按回車鍵，此時所選文件名后則出現(xiàn)“OUT”按上述方法選取全部需輸出的工作文件。按OK鍵確認(rèn)。 所下載文件為DAT文件，（可在記事本里打開）。需在CASS軟件里的繪圖處理工具欄的展高程點，展野外測點點號，然后保存，便可在CAD里成圖。2、 AutoCAD的典型內(nèi)業(yè)資料計算及管理在上學(xué)期間，我們曾有過測量實習(xí)周。當(dāng)時讓我們最頭疼的不是外業(yè)測量，而是內(nèi)業(yè)計算的繁瑣。達到預(yù)期的精度要求是我們每個人所不愿面對的。全站儀的使用和它可以方便的將數(shù)據(jù)資料傳輸電腦，使我們能夠快捷的完成內(nèi)業(yè)計算，在工程中

10、同時利用CAD設(shè)定坐標(biāo)、繪圖、取點的功能解決了我們工程中極坐標(biāo)放樣的難點例如在測區(qū)內(nèi)加密控制點，經(jīng)常使用測角交會或測距交會或兩者結(jié)合的方法，如果我們運用數(shù)學(xué)公式來計算，則非常繁瑣，而且不易檢查錯誤。相反，如果我們利用AUTOCAD來繪圖計算，就簡單多了。現(xiàn)針對測角和測距兩種方法分別作如下說明：1. 前方測角交會如圖所示，A、B為坐標(biāo)已知的控制點，P為待求點，在A、B兩點已觀測了角度a和b。我們就可以利用AUTOCAD系統(tǒng)軟件，根據(jù)A、B兩點坐標(biāo)在桌面繪制出A、B兩個點，連接AB得到AB線段，然后分別以A點和B點為基點旋轉(zhuǎn)AB線段a、b角。使用ID命令選擇交點P，就可以得出P點坐標(biāo)了。如果圖形有

11、檢校條件，仍然可以進行坐標(biāo)差的計算。如果在近似平差的情況下能滿足需要，則可以在圖形上進行平均計算并作出標(biāo)記。2. 前方距離交會：如圖所示，A、B為坐標(biāo)已知的控制點，P為待求點，在A、B兩點已分別利用全站儀測量距離Ra和Rb。同樣可以利用AutoCAD系統(tǒng)軟件，根據(jù)A、B兩點坐標(biāo)繪制出A、B兩個點，連接AB點得到AB線段，然后分別以A點和B點為圓心，以Ra和Rb為半徑左圓，則得到P點和P點。使用ID命令選擇交點P，就可以得出P點坐標(biāo)了。在實際過程中，我們通常會將前方測角交會與前方距離交會進行組合應(yīng)用，當(dāng)然那就不一定要將所有條件都完成測量了。另外對于以上幾項對坐標(biāo)的應(yīng)用，應(yīng)該注意的就是AUTOCA

12、D中的坐標(biāo)順序與我們測量中的大地坐標(biāo)系是有區(qū)別的，也就是要注意X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系。3 對作業(yè)資料的管理：AutoCAD在工程中除了對測量內(nèi)業(yè)資料計算有其優(yōu)勢一面，在外業(yè)資料的管理方面，同樣有著非常廣泛的應(yīng)用。AutoCAD作為有名的工程系列應(yīng)用軟件平臺，已經(jīng)為廣大工程技術(shù)人員所熟悉并掌握。在測量外業(yè)資料中，主要是控制點網(wǎng)絡(luò)圖及其計算資料的管理，另一方面是各種開挖橫斷面、縱斷面圖的繪制，以及橫斷面面積的計算，包括其他一些需要的圖紙的繪制。由于AutoCAD已經(jīng)有很強的數(shù)學(xué)計算功能和很高的數(shù)學(xué)精度，其有效位數(shù)已完全能夠滿足我們在工程測量中的需要了。4、全站儀與CAD結(jié)合的優(yōu)勢（1）數(shù)據(jù)處理的

13、快速與準(zhǔn)確性。全站儀自身帶有數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可以快速而準(zhǔn)確地為空間數(shù)據(jù)進行處理，計算出放樣點的方位角與該點到測站點的距離。（2）定方位角的快捷性。全站儀能根據(jù)輸入點的坐標(biāo)值計算出放樣點的方位角，并能顯示目前鏡頭方向與計算方位角的差值，只要將這個產(chǎn)值調(diào)為0，就定下了要放樣點的方向，然后就可以進行測距定位。（3）測距的自動與快速性。全站儀能夠自動讀出距離數(shù)值，只要將棱鏡對準(zhǔn)全站儀的鏡頭，全站儀便可很快讀出實測的距離，同時比較它自動計算出的理論上的數(shù)據(jù)，并在屏幕上顯示出兩者的差值，從而可以判斷棱鏡應(yīng)向哪個方向在移動多少距離。到顯示的距離差值為0時，表明那時棱鏡所在的位置就是要放樣點的實際位置。（5）由

14、于全站儀體積小重量輕且靈活方便，較少受到地形限制，且不易受處界因素的影響，只要合理保護全站儀，即使在復(fù)雜的自然條件下也可以照常工作。（6）由于所有的計算是由全站儀自動完成，所以放線過程中不會受到參與者個人的住觀影響。（7）現(xiàn)場擬定坐標(biāo)測量出現(xiàn)有建筑物的輪廓和具體位置：在大型廠房、車庫、球場等改造或擴建前，需要對原有建筑物輪廓或墻柱等位置進行準(zhǔn)確測量，可以利用全站儀，在現(xiàn)場擬定坐標(biāo)利用無棱鏡精確測量原有建筑物各個部位的點，利用AUTOCAD可以準(zhǔn)確繪畫出原有建筑物。（8）全站儀在公路、橋梁以及鐵路隧道等工程使用較多，同時在室外管網(wǎng)及園林施工放線中也經(jīng)常使用。從實踐中，我們干啊哦全站儀能夠在高大工

15、程施工中精確放線，提高工作效率，減少了儀器的誤差。（9）全站儀的角度測量里自動掃描消除了以前光學(xué)儀器讀盤分劃誤差和偏心誤差的優(yōu)點。同時還減少了移動測站所產(chǎn)生的誤差，全站儀基本上架一次儀器就可以完成整個測量任務(wù)。三、全站儀在實際工程中的應(yīng)用比方說在市政工程施工過程中，常常涉及到高程測量，傳統(tǒng)的方法是使用水準(zhǔn)儀進行水準(zhǔn)測量，這是一種直接測高法。它的特點是精度高、速度快。但水誰測量受地形起伏限制，而且當(dāng)前、后視距離差較大時，也影響測量精度，再者，水準(zhǔn)測量前后視距也不能太大，一般應(yīng)在100米以內(nèi)。否則讀數(shù)困難，也影響精度。因此在大比例尺地形圖測繪、市政工程(管網(wǎng))工程施工測量中，特別是當(dāng)?shù)匦纹鸱^大時

16、，常常也使用三角高程法。但傳統(tǒng)的三角高程測量，必須每站量取儀器高（i）及覘標(biāo)高（v），又麻煩又增加了誤差來源，且普通經(jīng)緯儀進行視距測量的誤差也比較大，因此很少使用。而使用全站儀配合跟蹤桿進行三角高程測量，較之傳統(tǒng)的三角高程測量，速度快、精度高、效果好。1 傳統(tǒng)的三角高程測量如圖所示：設(shè)A點的高程HA為已知，則B點的高程HB=HA+S*sin+i-vS：A、B兩點間的斜距 i：儀器高（儀器中心至A點的垂直高度）v：覘標(biāo)高（視準(zhǔn)點C至B點的垂直高度）：前視點C相對于儀器中心的傾角，仰角為正，俯角為負(fù)。這一方法，由于在沒有全站儀時斜長S往往用經(jīng)緯儀視距或用鋼尺丈量，而且必須量取儀器高和覘標(biāo)高，既麻煩

17、又精度低，所以很少使用，在地形起伏不太大時，寧可多轉(zhuǎn)幾站，也采用水準(zhǔn)測量方法測量未知點高程，但有了全站儀，情況就大不相同了。2、使用全站儀配合跟蹤桿測量未知點高程隨著科技的進步，全站儀的應(yīng)用越來越廣泛，普遍因為全站儀可以在一個測站點上同時測出前視點的斜距、水平角和傾角，并可以通過微電腦直接算出高程、座標(biāo)等數(shù)據(jù)，十分方便，將這些特點用于三角高程測量中，可以取得很好的效果。如圖所示： 仍然設(shè)A點高程HA為已知，欲測算B點的高程HB，將儀器置于A、B之外的任意一點C，則：HA=HC+SA*sinA+ i -vA (1) HB=HC+SB*sinB+ i-vB (2) SA、SB分別為C至A、B兩點的

18、觀測斜長令SA*sinA=h A SB*sinB=hB由（1）、（2）可得：HB=HA-h A +hB +VA-VB因為VA、VB在實際施測過程中為跟蹤桿棱鏡中心距測點（B）上平面的垂直高度，使用同一跟蹤桿或同一規(guī)格的跟蹤桿，在忽略瞄準(zhǔn)誤差的情況下，VA=VB所以有：HB = HA -h A+h B使用全站儀進行測量時，只要將起始高程HA置入微電腦，儀器便會自動顯示出h A、hB和待測點（B）的高程，非常方便。3、精度估算由h =S*sin,根據(jù)誤差理論不難推出，單向高差中誤差的表達式為：Mh2=（S*COS*M/）2+(MS*sin)2M:測角中誤差， MS：測邊中誤差由于全站儀一般為2&q

19、uot;級儀器，而且測邊精度很高，如2+2PPmD或5+PPmD等，因此,當(dāng)傾角小于60°、測邊精度為2+2PPmD時，不難估算出每百米高差中誤差不超過±3mm。這一精度大大高于普通三角高程測量的精度，因此完全可以滿足市政工程施工對高程的精度要求。綜上所述，利用全站儀配合跟蹤桿進行三角高程測量，較之傳統(tǒng)的三角高程測量大大提高了精度，又減化了操作過程，較之水準(zhǔn)測量又克服了受地形限制的缺點，應(yīng)用在市政（管網(wǎng)）工程施工或小范圍地形測量中，不失為一種很好的新方法。四、全站儀使用注意事項 在測量過程中，我們也會遇到一些問題，對于計算數(shù)據(jù)我們進行反復(fù)的檢核都是正確的，無論怎么做都是一樣

20、的結(jié)果，在主觀沒有差錯的情況下，我們需要對客觀事物即一起進行檢查和調(diào)試，以便在工程中進行準(zhǔn)確定位。1 一起在使用前應(yīng)當(dāng)進行校核。規(guī)范要求：一起應(yīng)隔一周校核一次，標(biāo)桿是否垂直，棱鏡常數(shù)是否正確，這些都是產(chǎn)生不精確的原因。2嚴(yán)格控制安置儀器的地方：路上的非原生石板、石塊、在草叢生的地方、雨后的耕作土等。實踐中，只要儀器安置在這些地方，人員走動、風(fēng)吹等等都會造成豎角10秒左右的抖動。即使無這些外界因素，操作人員的心跳也會造成儀器度數(shù)2秒的跳動。使用中一旦發(fā)現(xiàn)一起豎角有兩秒以上跳動，一起三腳架一定沒安實。這是使用光學(xué)經(jīng)緯儀無法體驗到的現(xiàn)象。同時要求讀書時，其余人員遠離儀器，不得隨意走動。3 在雨后天晴，不易觀測，在冬日里，尤其是會出現(xiàn)大霧天氣，全站儀望遠鏡是無法看見目標(biāo)或墻上的紅三角的，即使是看到了也是模糊不清，只有大概輪廓，我們不能自以為正確，測量應(yīng)是很嚴(yán)格且不能馬虎的。4光學(xué)對中器使用全站儀和棱鏡連接器都有光學(xué)對中器，很好使用。但使用中一定要按：調(diào)平對中再調(diào)平再對中的順序使用。因為光學(xué)對中期在基座不平時，視線是斜的，這時對中，調(diào)平后又不對中了，有時要動腳架，影響測量工作進度。5 儀高、棱鏡高的測量不易精確。按規(guī)范上要求：棱中心到基座用游標(biāo)卡尺量下后，作固定值記錄，測量過程中用鋼卷尺量基座以下部分，兩者加起來作鏡高。6 視線傾角不大于15度三角高程測量規(guī)范中規(guī)定，視線傾角不大于15度