全站仪工程施工放样方法.docx

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全站仪工程施工放样方法

全站仪工程施工放样方法

第一章TOPCONGTS-312全站仪的使用

一、仪器外观和功能说明

　　1、仪器外观

图1：

GTS-312全站仪外观及各部件名称

　　2、面板上按键功能

——进入坐标测量模式键。

　　◢——进入距离测量模式键。

　　ANG——进入角度测量模式键。

　　MENU——进入主菜单测量模式键。

　　ESC——用于中断正在进行的操作，退回到上一级菜单。

　　POWER——电源开关键

　　◢◣——光标左右移动键

　　▲▼——光标上下移动、翻屏键

　　F1、F2、F3、F4——软功能键，分别对应显示屏上相应位置显示的命令。

　　3、显示屏上显示符号的含义

　　V——竖盘读数；HR——水平读盘读数（右向计数）；HL——水平读盘读数（左向计数）；

　　HD——水平距离；VD——仪器望远镜至棱镜间高差；SD——斜距；*——正在测距；

　　N——北坐标，相当于x；E——东坐标，相当于y；Z——天顶方向坐标，相当于高程H。

二、角度测量模式

　　功能：

按ANG键进入，可进行水平角、竖直角测量，倾斜改正开关设置。

第1页

F1OSET：

设置水平读数为0°。

F2HOLD：

锁定水平读数。

F3HSET：

设置任意大小的水平读数。

F4P1↓：

进入第2页。

第2页

F1TILT：

设置倾斜改正开关。

F2REP：

复测法。

F3V%：

竖直角用百分数显示。

F4P2↓：

进入第3页。

第3页

F1H-BZ：

仪器每转动水平角90°时，是否要蜂鸣声。

F2R/L：

右向水平读数HR/左向水平读数HL切换，一般用HR。

F3CMPS：

天顶距V/竖直角CMPS的切换，一般取V。

F4P3↓：

进入第1页。

三、距离测量模式

　　功能：

先按◢键进入，可进行水平角、竖直角、斜距、平距、高差测量及PSM、PPM、距离单位等设置

第1页

F1MEAS：

进行测量。

F2MODE：

设置测量模式，Fine/coarse/tragcking（精测/粗测/跟踪）。

F3S/A：

设置棱镜常数改正值（PSM）、大气改正值（PPM）。

F4P1↓：

进入第2页。

第2页

F1OFSET：

偏心测量方式。

F2SO：

距离放样测量方式。

F3m/f/i：

距离单位米/英尺/英寸的切换。

F4P2↓：

进入第1页。

四、坐标测量模式

　　功能：

按

进入，可进行坐标（N，E，H）、水平角、竖直角、斜距测量及PSM、PPM、距离单位等设置。

第1页

F1MEAS：

进行测量。

F2MODE：

设置测量模式，Fine/Coarse/Tracking。

F3S/A：

设置棱镜改正值（PSM），大气改正值（PPM）常数。

F4P1↓：

进入第2页。

第2页

F1R.HT：

输入棱镜高。

F2INS.HT：

输入仪器高。

F3OCC：

输入测站坐标。

F4P2↓：

进入第3页。

第3页

F1OFSET：

偏心测量方式。

F2———

F3m/f/i:

距离单位米/英尺/英寸切换。

F4P3↓：

进入第1页。

五、主菜单模式

　　功能：

按MENU进入，可进行数据采集、坐标放样、程序执行、内存管理、参数设置等。

第1页

DATACOLLECT（数据采集）

LAYOUT（点的放样）

MEMORYMGR.（内存管理）

第2页

PROGRAM（程序）

GRIDFACTOR（坐标格网因子）

ILLUMINATION（照明）

第3页

PARAMETRERS（参数设置）

CONTRASTADJ.（显示屏对比度调整）

　　1、MEMORYMGR.（存储管理）

第1页

FILESTATUS（显示测量数据、坐标数据文件总数）

SEARCH（查找测量数据、坐标数据、编码库）

FILEMAINTAIN（文件更名、查找数据、删除文件）

第2页

COORD.INPUT（坐标数据文件的数据输入）

DELETECOORD.（删除文件中的坐标数据）

PCODEINPUT（编码数据输入）

第3页

DATATRANSFER（向微机发送数据、接收微机数据、设置通讯参数）

INITIALIZE（初始化数据文件）

　　2、PROGRAM（程序）

第1页

REM（悬高测量）

MLM（对边测量）

ZCOORD.（设置测站点Z坐标）

第2页

AREA（计算面积）

POINTTOLINE（相对于直线的目标点测量）

　　3、PARAMETRERS（参数设置）

第1页

MINIMUMREADING（最小读数）

AUTOPOWEROFF（自动关机）

TILTON/OFF（垂直角和水平角倾斜改正）

第2页

ERRORCORRECTION（系统误差改正）。

注：

仪器检校后必须进行此项设置。

　　存储管理菜单操作可参见下图2。

图2：

存储管理操作菜单

六、全站仪的主要功能介绍

　　说明：

测量前，要进行如下设置——按◢或

，进入距离测量或坐标测量模式，再按第1页的S/A（F3）。

　　1、棱镜常数PRISM的设置——原配棱镜设置为0，国产棱镜设置为-30mm。

（具体见说明书）。

　　2、大气改正值PPM的设置——按“T-P”，分别在“TEMP.”和“PRES.”栏，输入测量时的气温、气压。

（或者按照说明书中的公式计算出PPM值后，按“PPM”直接输入）。

　　3、PSM、PPM设置后，在没有新设置前，仪器将保存现有设置。

（一）角度测量

　　按ANG键，进入测角模式（开机后默认的模式），其水平角、竖直角的测量方法与经纬仪操作方法基本相同。

照准目标后，仪器即可显示水平度盘读数和竖直度盘读数。

（二）距离测量

　　先按◢键，进入测距模式，瞄准棱镜后，按F1（MEAS），即可。

（三）坐标测量

　　见图3按键步骤：

　　1、ANG键，进入测角模式，瞄准后视点A。

　　2、HSET，输入测站O至后视点A的坐标方位角

。

如输入65.4839，即输入了

。

　　3、

键，进入坐标测量模式。

P1↓，进入第2页。

　　4、OCC，分别在N、E、Z输入测站坐标（X0,Y0,H0）。

　　5、P1↓，进入第2页。

INS.HT:

输入仪器高。

　　6、P1↓，进入第2页。

R.HT：

输入B点处的棱镜高。

　　7、瞄准待测量点B，按MEAS，得B点的（XB,YB,HB）。

（四）零星点的坐标放样

　　见图4按键步骤为：

　　1、按MENU——进入主菜单测量模式。

　　2、按LAYOUT——进入放样程序，再按SKP——略过选择文件。

　　3、按OOC.PT（F1），再按NEZ，输入测站O点坐标（x0,y0,H0）；并在INS.HT一栏，输入仪器高。

　　4、按BACKSIGHT（F2），再按NE/AZ，输入后视点A的坐标（xA,yA）；若不知A点坐标而已知坐标方位角

，则可再按AZ，在HR项输入

的值。

瞄准A点，按YES。

　　5、按LAYOUT（F3），再按NEZ输入待放样点B的坐标（xB,yB,HB）及测杆单棱镜的镜高后，按ANGLE（F1）。

使用水平制动和水平微动螺旋，使显示的dHR=

，即找到了OB方向，指挥持测杆单棱镜者移动位置，使棱镜位于OB方向上。

　　6、按DIST，进行测量，根据显示的dHD来指挥持棱镜者沿OB方向移动，若dHD为正，则向O点方向移动；反之若dHD为负，则向远处移动，直至dHD=0时，立棱镜点即为B点的平面位置。

其所显示的dZ值即为立棱镜点处的填挖高度，正为挖，负为填。

　　7、按NEXT——反复5、6两步，放样下一个点C。

（五）TOPCON全站仪与电脑的数据通讯

　　1、电脑中数据文件的上载（UPLOAD）

（1）在电脑上用文本编辑软件（如Windows附件的“写字板”程序），输入点的坐标数据，格式为“点名,Y,X,H”；保存类型为“文本文档”。

具体见图5。

（2）用“写字板”程序打开文本格式坐标数据文件，并打开T-COM程序，将坐标数据文件复制到T-COM的编辑栏中。

　　（3）用通讯电缆将全站仪的“SIG”口与电脑的串口（如COM1）相连，按MENU—MEMORYMGR.—DATATRANSFER，进入数据传输，先在“COMM.PARAMETER”（通讯参数）中分别设置“PROTOCOL”（议协）为“ACK/NAK”；“BAUDRATE”（波特率）9600；“CHAR./PARITY”（校检位）“8/NONE”；“STOPBITS”（停止位）“1”。

图5：

编辑上载的数据文件

　　（4）点击按钮

，出现“Currentdataaresavedas:

030624.pts”对话框时，点“OK”，出现如下图6的通讯参数设置对话框。

按全站仪上的相同配置进行设置并选择“Readtextfile”后，点“GO”将刚保存的文件030624.pts打开，出现PointDetails（点描述）对话框。

图6：

上载的数据文件

　　（5）回到全站仪主菜单MENU中的MEMORYMGR.—DATATRANSFER—LOADDATA—COORD.DATA。

用INPUT为上传的坐标数据文件输入一个文件名后，点“YES”使全站仪处于等待数据状态（WaitingData），再在电脑PointDetails对话框中点“OK”。

　　注：

可以直接在T-COM软件编辑栏中按“点名,Y,X,H”的格式编辑待上载的坐标数据文件。

　　2、全站仪中数据文件的下载（DOWNLOAD）

　　同上载一样，进行电缆连接和通讯参数的设置。

点击按钮

，设置通讯参数并选择“Writetextfile”后，再在全站仪上选择下载数据文件的类型（测量数据文件或坐标数据文件）。

先在电脑上按“GO”，处于等待状态，再在全站仪上按“确定”，即可将全站仪中的数据下载至电脑。

出现“Currentdataaresavedas03062501.gt6”及“是否转换”时对话框时，点击“Cancel”。

点击按钮“

”，将下载的数据文件取名后保存。

（保存时下载的测量数据文件及坐标数据文件均要加上扩展名gt6）。

（六）批量点的坐标放样

　　1、放样坐标数据文件的编辑及上载。

可采用以下两种方法来实现：

（1）数据通讯方法。

按TOPCON全站仪与电脑的数据通讯中“电脑中数据文件的上载（UPLOAD）”的方法将控制点及待放样点的坐标数据文件（如：

ZBSJWJ（坐标数据文件））上载至全站仪。

（2）坐标输入方法。

在全站仪上，按MENU键（进入主菜单模式）—MEMORYMGR.（内存管理）—P↓（翻页）—COORD.INPUT（坐标输入）—INPUT（建立一个文件名，如：

ZBSJWJ（坐标数据文件））—ENTER—分别在PT#、N、E、Z栏输入第一个点的点名、X、Y、H—输入下一个点的点名、X、Y、H。

　　2、实地放样操作

　　如图7所示，要在控制点D3架仪后视D2点，来放样点K0+040、K0+060、K0+080三点。

（1）按MENU，进入主菜单模式，选择LAYOUT（放样）。

（2）在“SELECTAFILE”中，用INPUT输入或LIST选择电脑上载的坐标数据文件名（如：

ZBSJWJ（坐标数据文件））。

　　（3）在“OCC.PTINPUT”中用INPUT输入或LIST选择测站点的点号D3，并输入INS.HT（仪器高）。

　　（4）在“BACKSIGHT”中同样用INPUT输入或LIST选择后视点的点号D2。

　　（5）瞄准后视点D2，按“YES”。

　　（6）在“LAYOUT”中同样用INPUT输入或LIST选择待放样点号K0+040，并输入棱镜高，则计算出要仪器旋转的水平角值HR及平距HD。

　　（7）按ANGLE（F1）。

使用水平制动和水平微动螺旋，使显示的dHR=

，即找到了D3至K0+040连线方向，指挥持测杆单棱镜者移动位置，使棱镜位于D3至K0+040连线方向上。

　　（8）按DIST，进行测量，根据显示的dHD来指挥持棱镜者沿D3至K0+040连线方向移动，若dHD为正，则向D3点方向移动；反之若dHD为负，则向远处移动，直至dHD=0时，立棱镜点即为K0+040点的平面位置。

其所显示的dZ值即为立棱镜点处的填挖高度，正为挖，负为填。

　　（9）按NEXT，放样下一点。

放样操作菜单见下图8。

图8：

放样操作菜单

（七）数据采集（略）

（八）面积测量及单位换算

　　面积测量的按键顺序是：

　　1、按MENU——P1↓——程序（F1）——P↓（F4）——F1（面积）——F2（测量）——F2（不使用格网因子）或F1（使用格网因子）。

　　2、照准1#点的棱镜，按测量（F1），再照准2#点的棱镜，按测量（F1）…，当测量了3个点以上时，这些点所围成的面积就显示在屏幕上。

如“100.00m.sq”，表示面积是100.00平方米。

　　3、按单位（F3）——再按F1至F4，可选择所测面积的单位。

其中，m.sq表示平方米，ha表示公顷，ft.sq表示平方英尺，acre表示亩。

（九）悬高测量（REM）*

　　为了得到不能放置棱镜的目标点高度，只须将棱镜架设于目标点所在铅垂线上的任一点，然后测量出目标点高度VD。

悬高测量可以采用“输入棱镜高”和“不输入棱镜高”两种方法。

　　1、输入棱镜高

（1）按MENU——P1↓——F1（程序）——F1（悬高测量）——F1（输入棱镜高），如：

1.3m。

（2）照准棱镜，按测量（F1），显示仪器至棱镜间的平距HD——SET（设置）。

　　（3）照准高处的目标点，仪器显示的VD，即目标点的高度。

　　2、不输入棱镜高

（1）按MENU——P1↓——F1（程序）——F1（悬高测量）——F2（不输入棱镜高）。

（2）照准棱镜，按测量（F1），显示仪器至棱镜间的平距HD——SET（设置）。

　（3）照准地面点G，按SET（设置）

　（4）照准高处的目标点，仪器显示的VD，即目标点的高度。

（十）对边测量（MLM）*

　　对边测量功能，即测量两个目标棱镜之间的水平距离（dHD）、斜距（dSD）、高差（dVD）和水平角（HR）。

也可以调用坐标数据文件进行计算。

对边测量MLM有两个功能，即：

　　MLM-1（A-B，A-C）：

即测量A-B，A-C，A-D，…和MLM-2（A-B，B-C）：

即测量A-B，B-C，C-D，…。

　　以MLM-1（A-B，A-C）为例，其按键顺序是：

　　1、按MENU——P1↓——程序（F1）——对边测量（F2）——不使用文件（F2）——F2（不使用格网因子）或F1（使用格网因子）——MLM-1（A-B，A-C）（F1）。

　　2、照准A点的棱镜，按测量（F1），显示仪器至A点的平距HD——SET（设置）

　　3、照准B点的棱镜，按测量（F1），显示A与B点间的平距dHD和高差dVD。

　　4、照准C点的棱镜，按测量（F1），显示A与C点间的平距dHD和高差dVD…，按◢，可显示斜距。

（十一）后方交会法（resection）（全站仪自由设站）*

　　全站仪后方交会法，即在任意位置安置全站仪，通过对几个已知点的观测，得到测站点的坐标。

其分为距离后方交会（观测2个或更多的已知点）和角度后方交会（观测3个或更多的已知点）。

　　其按键步骤是：

　　1、按MENU——LAYOUT（放样）（F2）——SKIP（略过）——P↓（翻页）（F4）——P↓（翻页）（F4）——NEWPOINT（新点）（F2）——RESECTION（后方交会法）（F2）。

　　2、按INPUT（F1），输入测站点的点号——ENT（回车）——INPUT（F1），输入测站的仪器高——ENT（回车）。

　　3、按NEZ（坐标）（F3），输入已知点A的坐标——INPUT（F1），输入点A的棱镜高。

　　4、照准A点，按F4（距离后方交会）或F3（角度后方交会）。

　　5、重复3、4两步，，观测完所有已知点，按CALA（计算）（F4），显示标准差，再按NEZ（坐标）（F4），显示测站点的坐标。

第二章高等级公路中桩边桩坐标计算方法 

一、平面坐标系间的坐标转换公式

　　如图9，设有平面坐标系xoy和x'o'y'（左手系——x、x'轴正向顺时针旋转90°为y、y'轴正向）；x轴与x'轴间的夹角为θ（x轴正向顺时针旋转至x'轴正向，θ范围：

0°—360°）。

设o'点在xoy坐标系中的坐标为（xo',yo'），则任一点P在xoy坐标系中的坐标（x,y）与其在x'o'y'坐标系中的坐标（x',y'）的关系式为：

二、公路中桩边桩统一坐标的计算

（一）引言

　　传统的公路中桩测设，常以设计的交点（JD）为线路控制，用转点延长法放样直线段，用切线支距法或偏角法放样曲线段；边桩测设则是根据横断面图上左、右边桩距中桩的距离（

、

），在实地沿横断面方向进行丈量。

随着高等级公路特别是高速公路建设的兴起，公路施工精度要求的提高以及全站仪、GPS等先进仪器的出现，这种传统方法由于存在放样精度低、自动化程度低、现场测设不灵活（出现虚交，处理麻烦）等缺点，已越来越不能满足现代公路建设的需要，遵照《测绘法》的有关规定，大中型建设工程项目的坐标系统应与国家坐标系统一致或与国家坐标系统相联系，故公路工程一般用光电导线或GPS测量方法建立线路统一坐标系，根据控制点坐标和中边桩坐标，用“极坐标法”测设出各中边桩。

如何根据设计的线路交点（JD）的坐标和曲线元素，计算出各中边桩在统一坐标系中的坐标，是本文要探讨的问题。

（二）中桩坐标计算

　　任何复杂的公路平面线形都是由直线、缓和曲线、圆曲线几个基本线形单元组成的。

一般情况下在线路拐弯时多采用“完整对称曲线”，所谓“完整”指第一缓和曲线和第二缓和曲线的起点（ZH或HZ）处的半径为∞；所谓“对称”指第一缓和曲线长

和第二缓和曲线长

相等。

但在山区高速公路和互通立交匝道线形设计中，经常会出现“非完整非对称曲线”。

根据各个局部坐标系与线路统一坐标系的相互关系，可将各个局部坐标统一起来。

下面分别叙述其实现过程。

　1、直线上点的坐标计算

　　如图10a）b）所示，设xoy为线路统一坐标系，x'-ZH-y'为缓和曲线按切线支距法建立的局部坐标系，则JDi-1—JDi直线段上任一中桩P的坐标为：

（1）

　　式

（1）中（

）为交点JDi-1的设计坐标；

，

分别为P点、JDi-1点的设计里程；

为JDi-1~JDi坐标方位角，可由坐标反算而得。

　　曲线起点（ZH或ZY），曲线终点（HZ或YZ）均是直线上点，其坐标可按式

（1）来计算。

　　2、完整曲线上点的坐标计算

　　如图10a），某公路曲线由完整的第一缓和曲线

、半径为R的圆曲线、完整的第二缓和曲线

组成。

（1）第一缓和曲线及圆曲线上点的坐标计算

　　当K点位于第一缓和曲线（ZH—HY）上，按切线支距法公式有：

（2）

　　当K点位于圆曲线（HY—YH）上，有：

　　（3）

其中有：

　　（4）

　　式

（2）（3）（4）中，

为切线角；

为K点至ZHi点的设计里程之差，即曲线长；R、

、

、p、q为常量，分别表示圆曲线半径，第一缓和曲线长、缓和曲线角（

）、内移值（

）、切线增值（

）。

　　再由坐标系变换公式可得：

　　（5）

　　式（5）中f为符号函数，右转取“+”，左转取“-”（见图1b））。

图10a）直线第一缓和曲线圆曲线段点坐标计算（右转）图10b）直线第一缓和曲线圆曲线段点坐标计算（左转）

（2）第二缓和曲线上点的坐标计算

　　如图12所示，当M点位于第二缓和曲线（YH—HZ）上，有：

　　（6）

　　式（6）中，

，为M点至HZ点的曲线长；R为圆曲线半径，

为第二缓和曲线长。

　　再由坐标系变换公式可得：

　　（7）

　　式（7）中f为符号函数，线路右转时取“-”，左转取“+”。

　　（3）单圆曲线（ZY—YZ）上点的坐标计算

　　单圆曲线可看作是带缓和曲线圆曲线的特例，即缓和曲线段长为零。

令式（3）（4）中内移值p、切线增长q、第一缓和曲线长

、缓和曲线角

为零，计算出单圆曲线上各点的局部坐标后，由式（5）可得ZY~YZ上各点的统一坐标。

　图12第二缓和曲线段点坐标计算（右转）　　图13非完整缓和曲线段点坐标计算（右转）

　3、非完整曲线上点的坐标计算

　如图13所示，设非完整缓和曲线起点Q的坐标为（