全站仪在山区公路测量中的应用

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1、武汉大学毕业论文全站仪在山区公路测量中的应用学 生 姓 名 ：XXX学 院 ：武汉大学测绘学院学 号 ：XXXXX专 业 名 称 ：XXXX指 导 教 师 ：XXX二一二年一月I摘要早期的公路工程测量多采用前方交会法和钢尺法去实现定位操作，测量工作受地形等条件的影响，定位点的精度受人为因素影响，测量工作效率慢。随着时代的变化，测量技术也在逐步提升，这就使得公路工程测量可以方便快捷的进行。本文结合现场实践，对全站仪进行数据采集和CASIO fx-5800P计算器进行数据处理，最后完成公路测量，进行了详细论述。通过现场实践，与早期的公路测量方法相比，具有准确、快捷、操作性强、精度高等特点。特别在地

2、形环境较恶劣的山区公路测量中值得提倡。关键词：全站仪；计算器；坐标转换II目录摘要 .I第一章 绪论 .1第二章 山区高速公路数据采集的原理 .22.1 全站仪测量原理及作业特点 .22.2 CASIO fx-5800P 计算器的工作方法及特点 .32.3 山区公路数据采集的方法 .4第三章 坐标系统的转换 .53.1 平面坐标系统的转换 .53.2 高程的转化 .8第四章 工程实例 .94.1 工程简介 .94.2 数据采集与处理 .94.3 桥面铺桩放样 .11第五章 结论与建议 .14参考文献 .151第一章 绪论山区公路测量中，放样和测量是贯穿整个工程的，每一个点都是关键。这就使得测量

3、的任务尤为重要，数据的采集和数据处理的效率关系着工程能否在合同期内完成任务，数据的准确性也决定着工程建设的质量。传统的测量手段是前方交会，此种放样手段需要人为估算，精度低，并且耗费人力。随着全站仪技术的发展，全站仪的应用越来越广，已经在许多的工程建设中普及，逐步取代经纬仪以及钢尺测量等测量手段。特别在山区的高速公路测量中，全站仪可以快捷的架设仪器，而且定后视也很方便，因此能够快速进入工作状态，提从而高作业效率。特别在杂草树丛较多的山区，即使是 GPS 也不能与其相提并论。高速公路的精度比较高，对平面位置和高程控制的相当严格，而全站仪也正好可以实现三维坐标同时测量，定位准确，采用极坐标放样能大大

4、加快工作效率，并且在利用极坐标之法放样时，放样的数据可以从 CASIO fx-5800P 计算器中得到，其操作很简单，只需要把整条公路的数据库建立好，完成编程即可实现现场计算，无需做内业，更没必要提前把坐标输入全站仪中，有时，不是什么工作都可以提前知道的，临时布置给我们测量工作者的任务难道就该推迟吗？以不变应万变，还要达到在任何状态下都是完全准备好的。这才是一个测量工作者应该做到的最基本也是最重要的工作。而这所有的数据完成，只需利用全站仪把其展现在实地中。所以说全站仪和计算器的结合在山区高速公路中发挥着巨大的作用。2第二章 山区高速公路数据采集的原理2.1 全站仪测量原理及作业特点全站型电子速

5、测仪（Electronic Tachymeter Total Station）是电子测角、电子测距等系统组成，测量结果能自动显示、计算和存储，并能与外围设备自动交换信息的多功能测量仪器，简称电子全站仪或全站仪。全站仪的系统结构:全站仪是集光、机、电于一体的仪器，其中轴系机械结构和望远镜光学瞄准系统与光学经纬仪相比没有大的差异。而电子系统主要由以下三大单元构成。（1） 电子测距单元，外部称之为测距仪。（2） 电子测角及微处理单元，外部称之为电子经纬仪。（3） 电子记录单元或存储单元。由此可知全站仪的工作原理是测距仪测距电子经纬仪测角以及存储设备自动记录计算，组合而成。全站仪测量具有如下特点：（1

6、） 仪器操作简单、高效。全站仪具有现代测量工作所需的所有功能。（2） 快速安置：简单的整平和对中后，仪器一开机后便可工作。仪器具有专门的动态角扫描系统，因此无需初始化。关机后仍会保留水平和垂直度盘的方向值。（3） 适应性强：它们经受过全面的测试以适应各种作业条件，例如雨天、潮湿、因此它们能在苛刻的环境下完成作业任务。（4） 全站仪设有双向倾斜补偿器，可以自动对水平和竖直方向进行修正，以消除竖轴倾斜误差影响。还可进行地球曲率改正、折光误差以及温度、气压改正。（5） 具有双向通讯功能，可将数据传输给外部计算机，也可接收外部计算机的指令和数据。（6） 可提供三维坐标，精度可以达到毫米级，甚至更高32

7、.2 CASIO fx-5800P 计算器的工作方法及特点fx-5800P 是卡西欧公司于 2006 年 10 月引入中国市场的，是 fx-4850P 的升级版，其功能比 fx-4850p 强大实用。其工作方法就是根据自己的需要进入不同的程序，按 FILE(Prog)键即可。图 2.1 fx-5800P它与 fx-4850P 比较具有如下一些特点：（1） 内存同为 28500 字节，但 fx-5800P 为闪存，无需备用电池保持机器内的数据，只采用一节 7 号电池供电，即使取出电池也不会丢失闪存中的数据与程序（2） 关机现场保护功能。在任何操作界面下，包括正在执行程序，用户都可以按键关机，机器

8、保存关机前现场的屏幕显示与运行状态，下次开机时，机器自动恢复最近一次关机的屏幕显示与运行状态。（3） 类结构化 BASIC 语言，编写的程序更易于阅读。（4） 用串列存储统计数据。（5） 数学格式显示，允许按书写习惯输入与显示各种数学公式。4（6） 内置 128 个常用的数学、物理、电子与测量公式供读者调用，公式变量可以为大小写英文、字母变量及大小写希腊字母变量，且允许使用一个字符作为下标，使公式变量更贴近其实际意义。（7） 矩阵计算。最多可定义 Mat AMat F 六个矩阵，矩阵的阶数最大为 10行 x10 列，可以对矩阵进行加、减、乘、行列式、转置与求逆计算。（8） 可以计算二元五元线性

9、方程组及一元二次与一元三次方程的数值解。（9） 数据通讯。可以在两台 fx-5800P 间进行数据通讯，便于用户相互交换程序及其他数据。2.3 山区公路数据采集的方法正因为全站仪技术能够提供测测点三维定位结果，用它来进行放样待测点的坐标和实测待测点的高程数据是十分方便的。测设前首先要对全站仪进行三项参数设置。（1） 仪器加常数（2） 棱镜加常数（3） 大气改正设置架设测站仪器：将脚架均匀伸开，放上仪器，对中，初整平仪器，再对中，精平，最后再次确认测站中心点在光学对中器十字丝中央，并输入测站和后视点坐标。架设后视点仪器：一般采用跟踪杆，对准后视点十字丝中央，让气泡居中即可。定后视：使全站仪的目镜

10、中的十字丝卡着后视点棱镜中央，只要最后的X、Y、H 每个坐标偏差不超过 2mm 即可完成后视定向。数据采集和放样：当计算测量坐标在施工坐标中的具体位置时（在检验模板偏移量时应用到的特别多） ，只需直接测量前视棱镜所在的位置点坐标即可。当进行道路放线、桥桩定位时，依据设计坐标为准，进行极坐标放样，待放点做上记号时就完成任务。5第三章 坐标系统的转换3.1 平面坐标系统的转换 3.1.1 施工坐标系统在工程建筑物的总平面图设计时，设计人员为了设计和施工方便，一般采用假定坐标系统，该系统的坐标轴一般与工程建筑物的主要轴线重合或平行。为了使工程范围内的设计坐标值均为正值，坐标原点设在总平面图的西南角。

11、如在水利枢纽地区通常用大坝轴线或平行线作为坐标轴；而大型桥梁工程一般用桥轴线或平行线作为坐标轴建立坐标系统。由于设计的建筑物的平面位置均是用该假定坐标系统的坐标来表示，为了施工方便，工程测量规范规定，施工平面控制网的坐标系统应与工程设计时所采用的坐标系统相同，而我们称之为施工坐标系统。换句话说，施工坐标系统，就是根据工程总平面图所确立的独立坐标系统，其坐标轴平行或垂直于建筑物的主轴线。为了提高网的精度和便于放样，布设施工控制网时应尽可能将主轴线包括在控制网内使其成为控制网的一条边。当工程施工区域较大且受地形限制时，不同区域内设计建筑物的轴线方向也不相同，此外可以根据实际情况在不同区域内布设不同

12、的施工坐标系统。在高速公路测量中，区域广，仅建立一个施工坐标系统是不可能的，并且即便可以也很麻烦，只有在具体情况下适当应用才是最妙的。3.1.2 坐标换算我们在测绘工程建筑物总平面图时一般采用的是测量坐标系统，如国家坐标系统、城市坐标系统等。当施工控制网与测量控制网发生联系时，就需要实现两种坐标系统之间的坐标换算，以便统一坐标。一、施工坐标换算测量坐标如图 3.1 所示，设 XOY 为测量坐标系统，AOB 为施工坐标系统，两坐标的旋向相同；设 为施工坐标系纵轴正向在测量坐标系（）内的坐标方位角，或者说是测量坐标系纵轴正向 OX 旋转至施工坐标系纵轴正向6的夹角，且顺时针旋转时为正，逆时针旋转为

13、负；设施工坐标系原点在测量坐标系中的坐标为(a,b)。我们通常称 a，b， 为转换参数。图 3.1 测量坐标系与施工坐标系 图 3.2 测量坐标系为左手系而施工坐均为左手坐标系时的转换参数 标系均为右手坐标系时的转换参数设 P 点在测量坐标系中的坐标为（Xp，Yp） ，在施工坐标系中的坐标为（Ap，Bp） ，通过平移转换可以得出由施工坐标换算测量坐标的关系式Xp=a+Ap*cos-Bp*sinYp=b+Ap*sin+Bp*cos (3.1)由测量坐标换算施工坐标的关系式Ap=(Xp-a)*cos+(Yp-b)*sinBp=-(Xp-a)*sin+(Yp-b)*cos (3.2)图 3.3 测量坐标系与施工标 图 3.4 测量坐标系为左手而施工O YpYpabaBAApBpoXXpOYpXp YpabaBAAp BpoXYoXABo P1P2 1211aa12YoXABo P1P2a117系均为左手坐标系时 的求解 坐标系为右手坐标系时 的求解二、