基于全站儀的山體土石方測(cè)量

基于全站儀的山體土石方測(cè)量摘要：全站儀具有放樣和一次性空間三維坐標(biāo)測(cè)量的特性，利用這種特性測(cè)量山體土石方很方便，特別是沒(méi)有地形原始資料又設(shè)計(jì)成不規(guī)則開(kāi)挖面時(shí)更方便。本文主要介紹利用徠卡TC-1100全站儀在沒(méi)有地形原始資料的情況下對(duì)開(kāi)挖土石方量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及其優(yōu)點(diǎn)等。關(guān)鍵詞：全站儀；不規(guī)則開(kāi)挖面；土石方；測(cè)量在以往的測(cè)量工作過(guò)程中，利用全站儀在實(shí)地先后量測(cè)了京津二線高速公路備土場(chǎng)土石方量；四川普光氣田三通一平工程場(chǎng)平山體土石方量測(cè)；現(xiàn)以四川普光氣田三通一平工程為例說(shuō)明這種方法。1數(shù)據(jù)采集地形概況:普光氣田凈化廠三通一平工程位于四川盆地東部，大巴山南坡前山帶，屬盆地邊緣低山-丘陵區(qū)，地形起伏較大。廠區(qū)內(nèi)山坡坡面樹(shù)林密集，灌木雜草較多。廠區(qū)內(nèi)地表上伏較薄的坡洪積層與坡殘積層，厚0-5m，下附基巖為泥巖、砂巖、砂泥巖互層。主要工程量為挖方，開(kāi)挖最大標(biāo)高為478m，開(kāi)挖的最大高度在100米左右，最低在20米左右。在開(kāi)挖之前要進(jìn)行山體土石方測(cè)量，那么要首先要建立測(cè)量坐標(biāo)系。坐標(biāo)系建立要依照以下幾條原則。1)此坐標(biāo)系建立要根據(jù)地形特點(diǎn)，考慮實(shí)際測(cè)量時(shí)視線好壞方便與否。2)此坐標(biāo)系建立后具有永久性，在需要時(shí)能很快恢復(fù)出來(lái)。3)坐標(biāo)系建立能體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。即在坐標(biāo)系建立時(shí)就要考慮以后的數(shù)據(jù)處理。如果坐標(biāo)系沒(méi)有建好，以后數(shù)據(jù)處理就很麻煩，也就無(wú)法體現(xiàn)這種測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)。在本次測(cè)量中，把坐標(biāo)原點(diǎn)即第一次架儀時(shí)的假設(shè)本站坐標(biāo)(0，0，0)，取為靠近開(kāi)挖地段的一個(gè)廢棄房屋的頂端的水泥地面上。考慮到靠近公路的山坡是挖方邊坡，因而具有規(guī)則坡面。為了減少計(jì)算不規(guī)則方格網(wǎng)，取公路方向?yàn)閥軸正方向，然后利用全站儀的測(cè)距功能，在X軸正方向測(cè)定一個(gè)距離L，與坐標(biāo)原點(diǎn)的高差H，則后視點(diǎn)坐標(biāo)為(L，0，H)。對(duì)好后視以后，就可以采集山體開(kāi)挖前的數(shù)據(jù)，為了能在具體施工過(guò)程中檢查和施工完成后的驗(yàn)收，坐標(biāo)系設(shè)置好以后還要在一個(gè)永久性構(gòu)筑物上另設(shè)一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，跟永久性的坐標(biāo)原點(diǎn)成為一對(duì)已知導(dǎo)線。本次測(cè)量的該點(diǎn)設(shè)在靠近邊坡方向的電力線基座上。最后進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量。1)采集方法：坐標(biāo)系設(shè)計(jì)好后，依據(jù)地形條件和測(cè)量精度要求進(jìn)行采集。如果地形復(fù)雜，起伏變化大，或精度要求高，則應(yīng)將山體分解成10米乘10米的方格網(wǎng)，如果山體地勢(shì)平緩有規(guī)則，則可以減少和計(jì)算的工程量，可將其分成20米乘20米的方格網(wǎng)，則對(duì)應(yīng)的平面坐標(biāo)為(0，20)、(0，40)??、(20，0)、(20，20)、(20，40)??。利用全站儀的放樣和測(cè)坐標(biāo)功能，先放樣和測(cè)坐標(biāo)，得到對(duì)應(yīng)方格網(wǎng)交點(diǎn)的高程，同樣，在施工完成后，利用原來(lái)設(shè)置好的坐標(biāo)系將這些方格網(wǎng)角點(diǎn)恢復(fù)出來(lái)，再測(cè)高程，就可知道開(kāi)挖是否到位。本次測(cè)量是將山體分成20米乘20米的方格網(wǎng)，具體測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)附圖1方格網(wǎng)中的數(shù)據(jù)，我將原地面高程與設(shè)計(jì)高程都標(biāo)記在圖上，上方數(shù)據(jù)為設(shè)計(jì)高程，下方數(shù)據(jù)為原地面高程。2)利用全站儀采集數(shù)據(jù)有3個(gè)階段：①開(kāi)挖前的山體，即原地面的高程數(shù)據(jù)。②具體施工過(guò)程中的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷此山體是否開(kāi)挖到位，是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。③竣工測(cè)量數(shù)據(jù)采集。2數(shù)據(jù)處理按照?qǐng)D紙給好的控制點(diǎn)進(jìn)行比較，將各坐標(biāo)軸上的點(diǎn)和方格網(wǎng)角點(diǎn)的設(shè)計(jì)高程計(jì)算出來(lái)，計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)方格網(wǎng)中括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)。實(shí)測(cè)高程和設(shè)計(jì)高程都到圖上后，就可以將各點(diǎn)上的高差計(jì)算出來(lái)，依據(jù)方格網(wǎng)土石方計(jì)算規(guī)則將開(kāi)挖土石方計(jì)算出來(lái)。為計(jì)算有條理和利用計(jì)算機(jī)計(jì)算方便，將所有方格編號(hào)，如附圖1上的1、2、3、4??等共57個(gè)方格，例如方格2：4個(gè)點(diǎn)高差分別為40.13m、43.85m、63.42m、60.84m，故方格2要開(kāi)挖的土石方為：(40.13+43.85+63.42+60.84)／4×400=20824m3。然后依據(jù)這種計(jì)算思路將所有方格計(jì)算完，匯總得所要開(kāi)挖的土石方。綜上所述，故總結(jié)出土石方測(cè)量大體可以遵循的原則是方格網(wǎng)部分：方格網(wǎng)是20m×20m的方格，通過(guò)計(jì)算四個(gè)角的高差，然后相加取平均高差乘上單個(gè)方格網(wǎng)的面積，即得出單個(gè)方格網(wǎng)的挖方量，最后將其單個(gè)方格相加起來(lái)得出總開(kāi)挖量。3這種測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)1)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。傳統(tǒng)方法是在地形圖上任設(shè)方格網(wǎng)，然后利用內(nèi)插法將方格網(wǎng)上的高程計(jì)算出來(lái)；等高線繪制時(shí)就利用了內(nèi)插法，現(xiàn)在方格網(wǎng)又用了內(nèi)插法，數(shù)據(jù)就不真實(shí)了，但現(xiàn)在這種方法是實(shí)地用儀器一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)測(cè)出來(lái)的，當(dāng)然就比內(nèi)插法所得數(shù)據(jù)要準(zhǔn)確可靠。2)操作性強(qiáng)。傳統(tǒng)的方法是在地形圖上設(shè)置方格網(wǎng)，利用最小二乘法算出最佳平面，遇到不規(guī)則開(kāi)挖面時(shí)就很難設(shè)計(jì)出來(lái)，也無(wú)法檢查是否開(kāi)挖到位，這種方法在施工完成后，用全站儀利用最初測(cè)量時(shí)的坐標(biāo)系將原設(shè)計(jì)點(diǎn)在開(kāi)挖后的平面上恢復(fù)出來(lái)，測(cè)出高程，跟設(shè)計(jì)高程比較，判斷是否到位，即這種方法既可判斷開(kāi)挖成同一高程面的情景，又可判斷設(shè)計(jì)成不規(guī)則平面是否開(kāi)挖到位的情景，因而這種測(cè)量方法的可操作性強(qiáng)。3)適用性強(qiáng)。如果沒(méi)有原始地形圖，傳統(tǒng)方法操作起來(lái)難，重新繪制地形圖則工程量很大，現(xiàn)在這種方法要用全站儀將各個(gè)方格網(wǎng)布設(shè)到實(shí)際地形中，不受原始資料的限制，不受實(shí)際設(shè)計(jì)思路的影響，因而適用性強(qiáng)。4結(jié)束語(yǔ)這種測(cè)量方法的關(guān)鍵之處就是將山體置于自己所設(shè)置的三維坐標(biāo)系中。在具體操作中利用全站儀的測(cè)量?jī)?yōu)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)、施工和竣工驗(yàn)收中始終利用自己所設(shè)的坐標(biāo)系。因而比傳統(tǒng)的測(cè)量方法有更廣泛的適用性。參考文