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1、论文全站仪在工程施工放样中的应用河南理工大学万方科技学院本科生毕业论文(设计)全站仪在工程施工放样中的应用院系名称 建筑与测绘工程系 姓 名 学 号 * 专 业 测绘工程 指导教师 杨磊 2013年 3月 23 日摘要近年来随着全站仪技术的进步与价格不断的下调，它在工程施工建设方面得到了广泛的应用，在各类建设中，发挥了重要的作用。全站仪是一种能在一个测站上完成所有测量工作的高精度测量的仪器，除了能自动测距、测角外，还能进行平距、高程、坐标的计算，进行放样。传统的施工方法，往往采用常规经纬仪测设的方法，不仅效率低下，而且产生的误差较大。全站仪的应用已是相当普遍,无论是数字化测图, 还是施工放样,

2、 全站仪都是非常简捷、高效的应用工具。因此了解全站仪的原理、特点及应用知识，对工程施工测量工作具有重要的意义。本文结合全站仪的特点及工作原理，本文主要从全站仪在道路工程线路测量的放样和建筑工程测量放样的应用出发，根据其不同的工程特点运用不同的方法放样出所需的工程点位，以及相同工程中不同的放样方法，有些方法结合实例给出，从而满足不同的放样精度要求，使全站仪的使用不仅仅限于几项常用的功能，尽可能多的发挥出全部性能。正确的全站仪使用方法可以极大地降低工程施工技术人员的劳动强度, 可以提高了施工人员的劳动效率,同时也可以大大降低工程的成本，对充分发挥全站仪在工程施工放样中的作用做出一些必要的帮助 。关

3、键词: 全站仪 曲线放样 平面定位 高程点Abstract In recent years, with the progress of total station technology and lower prices, it has been widely used in engineering construction, in all kinds of construction, has played an important role. Total station is a kind of can complete all the measurements on a test site

4、of precision measuring instruments, in addition to automatic range, Angle, can for the calculation of horizontal, vertical, coordinate, lofting. The traditional construction method, often adopt the method of conventional theodolite layout, not only inefficient, and the resulting error is bigger. App

5、lication of total station is quite common, both in digital mapping, construction lofting, or total station is very simple and efficient use of tools. Therefore to understand the principle, characteristics and application of total station knowledge, has the vital significance to engineering construct

6、ion survey work. Combining with the characteristics and working principle of total station, this article mainly from the measurement of total station in the project lofting and the application of construction engineering survey lofting, according to its different USES different methods of lofting th

7、e engineering characteristics of the engineering point of need, and the layout of the same project in different ways, some methods in combination with examples, so as to satisfy the lofting precision requirements, make the use of total station is not only limited to several commonly used functions,

8、displays the full performance as much as possible. Correct use total station method can significantly reduce engineering construction technical personnels labor intensity, can improve the efficiency of construction personnel of labor, but also can greatly reduce the cost of engineering, to give full

9、 play to the role of total station in project construction lofting to make some necessary help.KeyWords:totalstation curvelofting planepositioning elevationpoint1、全站仪的认识全站仪，是全站型电子速测仪的简称，由光电测距仪、电子经纬仪和数据处理系统组成。它通过测量斜距、竖直角度、水平角，自动计算平距、高度、高程及坐标值等，并可以进一步进行距离、角度、坐标放样等。通过内置的程序功能，还可以实现悬高、偏心测量、面积测量，甚至公路中路测量等

10、。1.1全站仪的结构原理全站仪按照结构一般分为分体式（或积木式）和整体式两种。分体式全站仪一般由光电测距仪安装在电子经纬仪上组成；整体式全站仪则将测距仪与电子经纬仪结合在一起，使用更为方便。按照数据存储方式分，全站仪可分为内存型和电脑型。内存型全站仪所有程序固化在存储器中，不能添加和改写，也就是说只能使用全站仪提供的功能，无法扩充；而电脑型全站仪则内置MicrosoftDOS等操作系统，所有程序均运行其上，根据实际需要，可通过添加程序来扩充功能，使操作者进一步成为全站仪开发设计者，更好的为工程建设服务。全站仪上半部分包含有测量的四大光电系统，即水平角测量系统、竖直角测量系统、水平补偿系统和测距

11、系统。通过键盘可以输入操作指令、数据和设置参数。以上各系统通过I/O接口接入总线与微处理机联系起来。微处理机（CPU）是全站仪的核心部件，主要有寄存器系列（缓冲寄存器、数据寄存器、指令寄存器）、运算器和控制器组成。微处理机的主要功能是根据键盘指令启动仪器进行测量工作，执行测量过程中的检核和数据传输、处理、显示、储存等工作，保证整个光电测量工作有条不紊地进行。输入输出设备是与外部设备连接的装置（接口），输入输出设备使全站仪能与磁卡和微机等设备交互通讯、传输数据。目前，世界上许多著名的测绘仪器生产厂商均生产有各种型号的全站仪。不同型号的全站仪，其具体操作方法会有较大的差异。下面简要介绍全站仪的基本

12、操作与使用方法。1.2全站仪的操作与使用1.2.1 全站仪的基本操作 （1）测量前的准备工作1）电池的安装（注意：测量前电池需充足电）把电池盒底部的导块插入装电池的导孔。按电池盒的顶部直至听到“咔嚓”响声。向下按解锁钮，取出电池。2）仪器的安置。在实验场地上选择一点，作为测站，另外两点作为观测点。将全站仪安置于点，对中、整平。在两点分别安置棱镜。3）竖直度盘和水平度盘指标的设置。竖直度盘指标设置。松开竖直度盘制动钮，将望远镜纵转一周（望远镜处于盘左，当物镜穿过水平面时），竖直度盘指标即已设置。随即听见一声鸣响，并显示出竖直角。水平度盘指标设置。松开水平制动螺旋，旋转照准部360，水平度盘指标即

13、自动设置。随即一声鸣响，同时显示水平角。至此，竖直度盘和水平度盘指标已设置完毕。注意：每当打开仪器电源时，必须重新设置和的指标。4）调焦与照准目标。操作步骤与一般经纬仪相同，注意消除视差。 （2）角度测量1）首先从显示屏上确定是否处于角度测量模式，如果不是，则按操作转换为距离模式。2）盘左瞄准左目标A,按置零键，使水平度盘读数显示为00000，顺时针旋转照准部，瞄准右目标B，读取显示读数。3）同样方法可以进行盘右观测。4）如果测竖直角，可在读取水平度盘的同时读取竖盘的显示读数。 （3）距离测量1）设置棱镜常数测距前须将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对所测距离进行改正。2）设置大气改正值或气温、

14、气压值光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化，15和760mmHg是仪器设置的一个标准值，此时的大气改正为0ppm。实测时，可输入温度和气压值，全站仪会自动计算大气改正值（也可直接输入大气改正值），并对测距结果进行改正。3）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。4）距离测量照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距、高差。HD为水平距离，VD为倾斜距离。全站仪的测距模式有精测模式、跟踪模式、粗测模式三种。精测模式是最常用的测距模式，测量时间约2.5S，最小显示单位1mm；跟踪模式，常用于跟踪移动目标或放样时连续测距，最小显示一般为1cm，每次测距时间约0.3S；粗测模式

15、，测量时间约0.7S，最小显示单位1cm或1mm。在距离测量或坐标测量时，可按测距模式（MODE）键选择不同的测距模式。应注意，有些型号的全站仪在距离测量时不能设定仪器高和棱镜高，显示的高差值是全站仪横轴中心与棱镜中心的高差。1.2.2全站仪使用方法 （1）将仪器安置到三脚架上：将仪器小心地安置到三脚架上，松开中心连接螺旋，在架头上轻移仪器，直到锤球对准测站点标志中心，然后轻轻拧紧连接螺旋。 （2）利 用圆水准器粗平仪器旋转两个脚螺旋A、B，使圆水准器气泡移到与上述两个脚螺旋中心连线相垂直的一条直线上。旋转脚螺旋C，使圆水准器气泡居中。 （3）利用长水准器精平仪器松开水平制动螺旋、转动仪器使管

16、水准器平行于某一对脚螺旋A、B的连线。再旋转脚螺旋A、B，使管水准器气泡居中。将仪器绕竖轴旋转90º（100g），再旋转另一个脚螺旋C，使管水准器气泡居中。再次旋转90º，重复，直至四个位置上气泡居中为止。 （4）利用光学对中器对中根据观测者的视力调节光学对中器望远镜的目镜。松开中心连接螺旋、轻移仪器，将光学对中器的中心标志对准测站点，然后拧紧连接螺旋。在轻移仪器时不要让仪器在架头上有转动，以尽可能减少气泡的偏移。 （5）最后精平仪器按第4步精确整平仪器，直到仪器旋转到任何位置时，管水准气泡始终居中为止，然后拧紧连接螺旋。1.3 全站仪的主要放样功能1.3.1全站仪放样已知

17、方向的长度由于全站仪一般都具有斜距换算平距功能。因此,使用全站仪放样长度的方法很简单。具体步骤可如下: （1)首先安置全站仪于A 点,照准放样方向B ,将温度、湿度、气压及各种参数输入全站仪中。 （2)在目标方向线AB 上(全站仪用跟踪测量方式) 移动反光镜,当全站仪平距显示为待放样距离S 时,固定反光镜,整平后,松开制动螺旋,在三角架上平移反光镜到目标方向、并使显示器为待放样值S 为止,固定反光镜。 （3)将反光镜中心投影到地面上定一点,此点即为持定点。其距离为近似的放样值S 。 （4)若要求放样长度精度较高时,在上述放样后,用归化法进行改正。在点精确安置反光镜,用全站仪测量该距离,其值为,

18、差值为()。 （5)在AB 方向线上, 按S 的符号,向前(后) 量取S ,定点P ,则P 点为最终点位, AP=S 。1.3.2 全站仪放样已知角度在一些建筑工程建设过程中,经常需根据已知方向放样出一直角或任意角度,其具体步骤可如下: （1)如图1-1 所示安置全站仪于A 点,将温度、湿度、气压及各种参数输入全站仪中。在B 点(已知方向点) 安置反光镜。 （2)照准反光镜B ,并使仪器显示角值为00000。 （3)顺时针转动照准部(也使全站仪用跟踪测量方式) 瞄准另一反光镜(可用单杆棱镜) ,移动这面反光镜,直到全站仪显示器显示角值为放样的角值() ,固定反光镜,将反光镜中心投影到地面上定一

19、点P ,则A P 方向即为要放样的方向 （4)若要求放样的角值精度较高时,在上述放样后,可认为第次放样的位置为P(如图1-1 所示) 。 （5)用全站仪精确测量BA P=,并测量距离SA P= S ,若放样的角值为, 则计算 = - , q =/ S (=206 265)图 1-1 角度放样原理 （6)经过计算求出q 值,则在P点上作A P垂线,在垂线上量q 值,则BAP 即为要放样的角值。1.3.3 全站仪放样高程点全站仪放样高程点一般较复杂一点,如放样建筑工程场地的0 水准点。假设建筑工程场地附近有一已知高程点A ,其高程为HA ,放样的高程点高程为HP ,则放样步骤如下: (1)如图1-

20、2 所示安置全站仪于A 点,量仪器高,将温度、湿度、气压及各种参数输入全站仪中。 图1-2 放样高程点 （2)在放样的地方安置反光镜,测出反光镜的镜上中心高程,并计算h = -。 （3)从反光镜的镜上中心向上(下) 量取h 定出一点P,则此点即为要放样的高程点。 （4)若要求放样的高程精度较高时,在上述放样后,可对P点进行改正,如图1-2 所示用全站仪精确测P点的高程为HP, 计算: -=。 （5)从P向上(下) 量取H ,定出的点P ,即为要精确放样的高程点P。1.3.4 全站仪坐标放样在已知坐标点上，架仪器，整平对中。开机初始设定，选择坐标放样程序，输入测站点坐标（架仪器点坐标），输入另一

21、已知坐标点（后视点）的坐标或角度。对准(后视点）确认，可以放样了，输入要放样点的坐标，转仪器角度归零，在视线上架棱镜，测量，调整棱镜在视线上的距离。距离差为零就搞定这个点，然后放样下个点。1.4 全站仪日常使用时应注意事项 （1）全站仪应由专人使用、保管。开箱后提取仪器前，要看准仪器在箱内放置的方式和位置，装卸仪器时必须握住全站仪的提手，将仪器从仪器箱取出或装入仪器箱时，请握住仪器提手和底座，不可以握住显示单元的下部进行提拿。仪器用毕，先盖上物镜罩，并擦去表面的灰尘。运输全站仪时应有防震垫，以防震动和冲撞。 （2）测量时不要将望远镜正对太阳，否则会损坏全站仪内部电子元件。 （3）旋转照准部时应

22、匀速旋转，切忌急速转动，以免对全站仪造成损坏。 （4）高温天气时全站仪必须撑伞作业，否则全站仪内部温度容易升到6070，从而缩短了使用寿命。高精度测量时，都要给全站仪和脚架遮挡直射的阳光。 （5）全站仪在潮湿环境和尘土环境中工作时，作业结束清洁镜头时先用毛刷刷去镜头上的尘土，然后用洁净的浸有无水酒精(乙醚)的棉布擦拭镜头。 （6）任何温度的突变都会缩短全站仪的测程或者使全站仪受潮，全站仪在使用时有一个适应环境温度的缓变过程，测量时应在全站仪适应温度后再进行测量高程，以提高测量精度。 （7）长期不用全站仪时应定期通电，每季节大概13个月通电一次，每次通电时间约为1小时，电池应按说明书规定定期充电

23、。 （8）清除箱中尘土时不要使用汽油或稀释剂，应用使用浸有中性洗涤剂的清洁剂进行清洗。 （9）电池剩余容量显示级别与当前的测量模式有关，在角度测量的模式下，电池剩余容量够用，并不能够保证电池在距离测量模式下也能用，因为距离测量模式耗电高于角度测量模式，当从角度模式转换为距离模式时，由于电池容量不足，不时会中止测距。2、全站仪在道路工程线路中的放样应用道路工程测量是指道路工程在勘测设计、施工和管理阶段所进行的测量工作。其主要任务是：为道路的设计提供地形图、断面图及其他基础资料；按设计要求将设计额路线、 桥涵、隧道及其附属构建物的位置标定于实地，以便于施工；为道路竣工、检查、验收、质量评定等提供资

24、料。道路工程线路放样工作主要包括：线路中线放样、路基施工放样、路面施工测量等内容。全站仪在线路工程中起到越重要的作用。线路中线放样中运用全站仪放样的主要是平面曲线。一般的平面曲线是按“直线+缓和曲线+圆曲线+缓和曲线+直线”的顺序连接组成完整的线形。平面曲线最基本的线形元素是圆曲线和缓和曲线，其它曲线都是由它们两个派生出来的。2.1 利用全站仪任意设站放样道路曲线原理全站仪任意设站测设曲线主要是曲线测设资料的计算问题。该方法的计算原理及思路为:把由直线段、圆曲线段、缓和曲线段组合而成的曲线归算到统一的导线测量坐标系统中，便于计算放样元素。为线路的转向角，d为线路中心线至边线的距离 。以ZH为坐

25、标原点建立切线支距坐标系。在导线测量坐标系中，ZH到JD的方位角，可由该两点的导线测量坐标反算得到。当设计给定曲线交点JD的坐标()，ZH与交点JD连线的方位角及 ZH 点的里程和曲线单元的左右偏情况(用cc表示，cc=1表示左偏，cc=+1表示右偏 )，那么只要输入曲线上任意一点的里程，就可以求出曲线单元任意一点的设计坐标。有了统一的坐标，即可求出仪器架设在导线点或其他任意支点上测设曲线的放样元素。（1）曲线综合要素的计算设圆曲线的半径为R,两端缓和曲线长为,曲线的转向角为，即可计算切线长T、曲线总长L和切曲差q等要素。计算公式如下： （2-1） （2）第一缓和曲线单元设计坐标计算 若i 在

26、ZHHY段时，按切线支距法求出i点在ZH点切线支距坐标系中的坐标 ()及i点的切线的倾角。设 ，与分别为i点和ZH的里程，则 （2-2）式中，为自ZH点起的曲线长;缓和曲线长;R为圆曲线的半径;为1800/。通过坐标旋转公式，求得i 点在路线导线测量坐标系中的坐标（）和该点切线的方位角，计算公式如下： （2-3）（3）带缓和曲线的圆曲线单元设计坐标计算若i点在HYYH段时，按切线支距法求出i点在ZH点切线支距坐标系中的坐标 () 及i点切线的倾角。设，则 （2-4）然后，按公式(2-3)计算i 点在路线导线测量坐标系中的坐标() 和该点切线的方位角。（4）第二缓和曲线单元设计坐标计算若i点在H

27、YHZ 段时，其i 点的切线支距坐标() 及i点切线的倾角计算同公式(2-2)。需要注意的是 （2-5）然后，按公式(2-2)、(2-3)计算求得i 的在路线导线测量坐标系中的坐标()和该点切线的方位角。2.2 全站仪坐标法放样在道路曲线放样测量中的应用（1）放样方法1)根据所放样点的里程，计算出各放样点的坐标。2)在已知控制点上架设全站仪，后视一控制点，检核另一控制点，待检核无误后方可开始放样。具体放样方法：使仪器站与后视控制点的坐标方位角为全站仪水平角起算值，将全站仪拔到仪器站与待放点的坐标方位角值，根据待放点与仪器站的距离指挥棱镜在此方向最终达到待放点的位置。（2） 计算公式一般设计图纸

28、上，都可查出路线各交点的坐标、里程及圆曲线的设计数据（偏角、半径R、切线长T、曲线长L、矢距E）。1）直线段：P点的坐标计算如下：图2-1直线段放样如图2-1中：为交点2 的X 坐标;为交点2的Y坐标;为P点的里程;为交点2的里程;为交点2 到交点1的坐标方位角。2）圆曲线段：如图2-2中，P点的坐标计算如下：图2-2 圆曲线放样 （2-6）其中，为圆心O到P点的坐标方位角。计算如下： （2-7）如果路线左偏，则： （2-8）为P点的里程，为直圆点的里程，R为半径,O-直圆点为圆心O到直圆点的坐标方位角。、为圆心坐标，计算如下： （2-9）其中，为交点2的X 坐标，为交点2的Y坐标，E为矢距,

29、R为半径。为交点2到圆心O的坐标方位角。 (2-10)如果路线左偏，则： (2-11)2.3 道路工程中全站仪的曲线放样的实例以下分别是某条专用线中一条曲线的放样实例，在放样中使用的全站仪是徕卡TCR802 全站仪。已知曲线转角=343000，半径R=150m，缓和曲线长l0=50m，线路前进偏向为右偏，交点JD的里程桩号为K0+100，的坐标(3868757.654,503250.052)，JD到ZH点方位角=2583031。根据以上已知信息计算得到曲线综合要素为: 切线长T = 71.768m，曲线长L =140.321m，外矢距E =7.791m，切曲差q = 3.216m。在此次放样中

30、，以10m 为桩距，计算所得的各放样点中桩的里程、横坐标以及纵坐标如表2-1所示：表2-1综合曲线放样计算成果表点号及桩位桩号 坐标X 坐标YZH 中桩 K 0+28.23 35743.356 30179.72201 中桩 K 0+30.00 35743.708 30181.45502 中桩 K 0+40.00 35745.665 30191.26203 中桩 K 0+50.00 35747.468 30201.09804 中桩 K 0+60.00 35748.984 30210.982 05 中桩 K 0+70.00 35750.081 30220.92HY 中桩 K 0+78.23 357

31、50.573 30229.13607 中桩 K 0+80.00 35750.622 30230.90408 中桩 K 0+90.00 35750.51 30240.901 QZ 中桩 K 0+98.39 35749.902 30249.2710 中桩 K 0+100.00 35749.732 30250.86911 中桩 K 0+110.00 35748.292 30260.763YH 中桩 K 0+118.55 35746.539 30269.13313 中桩 K 0+120.00 35746.196 30270.53914 中桩 K 0+130.00 35743.485 30280.16315 中桩 K 0+140.00 35740.283 30289.636 16 中桩 K 0+150.00 35736.723 30298.9817 中桩