王 棋

關(guān)于道路橫斷面測(cè)量和數(shù)據(jù)處理

王 棋

介紹了全站儀測(cè)量的基本原理,并對(duì)其測(cè)量精度作了分析,提出一種基于全站儀高效橫斷面測(cè)量方法和軟件系統(tǒng),能夠大幅度提高山區(qū)高速公路橫斷面數(shù)據(jù)采集速度,并且完全實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化作業(yè)。實(shí)踐證明,這一方法能大大提高道路橫斷面測(cè)量的質(zhì)量和效率。

道路橫斷面,全站儀,數(shù)據(jù)處理

道路橫斷面測(cè)量是道路工程在勘測(cè)設(shè)計(jì)階段初測(cè)和定測(cè)過程中的一項(xiàng)重要工作。因?yàn)?一方面,設(shè)計(jì)人員要利用橫斷面數(shù)據(jù)計(jì)算和平衡土石方量;另一方面,設(shè)計(jì)人員要知道橫斷面的形狀和內(nèi)容才能合理地設(shè)計(jì)道路路基、邊坡以及其他附屬結(jié)構(gòu)物。傳統(tǒng)的橫斷面測(cè)量方法有水準(zhǔn)儀皮尺法、橫斷面儀法、經(jīng)緯儀視距法等;隨著測(cè)繪儀器的更新?lián)Q代,橫斷面測(cè)量方法也有所改進(jìn)。例如,可利用全站儀作為測(cè)量橫斷面的工具。利用全站儀可大大提高橫斷面測(cè)量的外業(yè)效率,但是外業(yè)采集的數(shù)據(jù)不及時(shí)處理,則測(cè)量工作要受到影響,可見斷面數(shù)據(jù)處理的效率,處理方法是關(guān)鍵,本文將介紹一種利用全站儀測(cè)量道路橫斷面的方法和處理橫斷面測(cè)量數(shù)據(jù)的技巧,從而提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。

1 路線橫斷面坐標(biāo)系和坐標(biāo)的計(jì)算

道路橫斷面測(cè)量是測(cè)定各里程樁兩側(cè)垂直于中線的各地形變化點(diǎn)高程及偏離中線的距離。根據(jù)這一原則很容易將全站儀測(cè)得的X,Y換算成到各里程樁的距離,而Z坐標(biāo)即為地面點(diǎn)的高程。

建立橫斷面坐標(biāo)系,即建立以里程樁為坐標(biāo)原點(diǎn),以里程樁切線方向?yàn)?X′軸,法線方向?yàn)?Y′軸的臨時(shí)坐標(biāo)系統(tǒng),全站儀在該坐標(biāo)系中測(cè)得的 X′值即為偏離 Y′軸(橫斷面的方向)的值,測(cè)得的 Y′值即為離X′軸的距離(即至中線的垂直距離),橫斷面坐標(biāo)系如圖 1所示。

橫斷面坐標(biāo)系與測(cè)量坐標(biāo)系的關(guān)系如圖 2所示,將測(cè)量坐標(biāo)系中的任意一點(diǎn)P(Xp,Yp)轉(zhuǎn)化成橫斷面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)：

其中,X0′,Y0′分別為斷面中線里程樁在測(cè)量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值;α為測(cè)量坐標(biāo)系 X軸與斷面坐標(biāo)系 X′軸的夾角,即里程樁切線的方向值。

2 全站儀橫斷面的測(cè)量

由于在測(cè)量橫斷面時(shí)道路的中平測(cè)量和基平測(cè)量已經(jīng)完成,到道路橫斷面測(cè)量時(shí)需要測(cè)量垂直于中線方向上的地面起伏,是相對(duì)于中樁的關(guān)系,基于此,道路的橫斷面測(cè)量變得相當(dāng)?shù)暮?jiǎn)單。在這里介紹幾種在橫斷面測(cè)量中比較適用的方法,以便大家參考和借鑒。

1)選取視野開闊的已知點(diǎn) P1為測(cè)站點(diǎn),另一個(gè)已知點(diǎn) P2為后視點(diǎn),按極坐標(biāo)法測(cè)量橫斷面點(diǎn)。

2)假設(shè)里程樁的三維坐標(biāo)點(diǎn)(X,Y,Z),此時(shí)按橫斷面坐標(biāo)系,該點(diǎn)的坐標(biāo) x′為該中樁的里程,y′=0,z′=z。

3)測(cè)量橫斷面的地形變化點(diǎn),此時(shí)按橫斷面坐標(biāo)系,如果該點(diǎn)在橫斷面方向上,則 x′為測(cè)量橫斷面的里程,否則說明該點(diǎn)偏離橫斷面的方向,如果超出允許范圍,則由操作員指揮跑尺員調(diào)整位置,y值為變化點(diǎn)離里程樁的距離,正則為右側(cè),負(fù)則為左側(cè)。同理測(cè)完其余點(diǎn)。

3 實(shí)際應(yīng)用

3.1 工程概況

該項(xiàng)目為汾陽—邢臺(tái)高速公路榆社—和順段,位于晉中東部的太行山中段,總體趨勢(shì)東陡西緩,一般海拔高程在 1 000m～1 500m左右,沿線均為剝蝕山地和黃土梁峁。設(shè)計(jì)路線基本穿山而過,地貌起伏較大,屬于典型山地、高山地地貌。測(cè)量難度較大,時(shí)間短,任務(wù)緊。

3.2 橫斷面測(cè)量

全站儀測(cè)量橫斷面時(shí)儀器應(yīng)安置在線路中線斷面點(diǎn)(中樁)或在橫斷面方向上的某處。無論是直線地段還是曲線地段,均可選用偏角法、自由測(cè)站坐標(biāo)反算等方法確定橫斷面方向,不再贅述。橫斷面測(cè)繪密度一般直線地段每隔20m、曲線地段每隔10m測(cè)一條,零點(diǎn)斷面、線路縱橫地形明顯變化、曲線控制樁等應(yīng)加測(cè),橋隧等重點(diǎn)工程地段及不良地質(zhì)地段應(yīng)適當(dāng)加密,具體操作應(yīng)按勘測(cè)規(guī)范要求,結(jié)合線路現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。

設(shè)置全站儀于中樁O點(diǎn),如圖 3所示,后視另一線路中線點(diǎn)歸零,轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部水平度盤讀數(shù)為 90°或 270°即為 A處橫斷面方向。為方便測(cè)量沿橫斷面方向選擇一合適的地點(diǎn) B。在 B點(diǎn)架站,量取儀高i,按測(cè)量所需設(shè)置用戶模板、棱鏡常數(shù)等,瞄準(zhǔn) A點(diǎn),通過全站儀鍵盤上按鍵,選擇標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量模式開始測(cè)量、記錄數(shù)據(jù)。依次測(cè)量地形變化較大的地形點(diǎn) 1,2,3等處即完成一個(gè)斷面測(cè)量。在道路勘測(cè)過程中,只要提交數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)人員根據(jù)自己的要求生成不同的橫斷面樣式。而測(cè)量的數(shù)據(jù)成果格式為如下數(shù)據(jù)：

4 橫斷面數(shù)據(jù)的處理

在本項(xiàng)目中橫斷面的數(shù)據(jù)根據(jù)專業(yè)的不同,需要提供兩個(gè)格式的橫斷面數(shù)據(jù)。如橋梁專業(yè)和隧道專業(yè)需要的橫斷面數(shù)據(jù)格式為第一種。其格式如上所示,第一種橫斷面數(shù)據(jù)格式為：

里程樁 高程

面向大里程方向中樁左面的第一個(gè)地形變化點(diǎn)距

離中樁的距離 高程 第二個(gè) 高程…

面向大里程方向中樁右面的第一個(gè)地形變化點(diǎn)距

離中樁的距離 高程 第二個(gè) 高程…

這種格式的數(shù)據(jù)在使用上面的方法測(cè)量時(shí),其成果的y值為對(duì)應(yīng)的距離,正則為左面,負(fù)則為右面。

這樣數(shù)據(jù)處理出來不會(huì)出現(xiàn)混亂。

使用Office自帶的 Excel可以十分方便的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理,從而盡量的減少數(shù)據(jù)的人工處理,保證數(shù)據(jù)的正確。

而路基專業(yè)的則需要的是第二種格式的橫斷面數(shù)據(jù)(即緯地格式數(shù)據(jù))：

里程樁

地形點(diǎn)數(shù)目 相對(duì)中樁距離 相對(duì)中樁高差 相對(duì)上一點(diǎn)距離 相對(duì)上一點(diǎn)高差…

地形點(diǎn)數(shù)目 相對(duì)中樁距離 相對(duì)中樁高差 相對(duì)上一點(diǎn)距離 相對(duì)上一點(diǎn)高差…

同樣第一行數(shù)據(jù)為在設(shè)計(jì)線路上面向大里程放樣左側(cè),第二行為右側(cè)。由于需要的是相對(duì)上一點(diǎn)的距離差和高差,在測(cè)量中儀器存儲(chǔ)的為點(diǎn)位信息。因此數(shù)據(jù)的處理變得十分困難。為此我們?cè)贑AD的基礎(chǔ)上進(jìn)行了二次開發(fā),編寫一個(gè) LSP文件實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)獲取。

其使用的方法為：

1)在CASS中輸入命令：appload,加載 LSP文件到啟動(dòng)組中。在電腦的合適位置使用 Excel新建一個(gè)后綴為“.csv”的文件。

2)重新打開CASS,將測(cè)量的數(shù)據(jù)使用“野外測(cè)點(diǎn)代碼”展到CASS里面,在命令行中輸入命令：xzwj,然后輸入 0,打開建好的CSV格式的文件。

3)在命令行中輸入命令：dmzl,依次選擇中樁點(diǎn),點(diǎn)名,左側(cè)的地形點(diǎn)。

4)在選擇的過程中,軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算左側(cè)的地形點(diǎn)數(shù)目和重復(fù)情況,然后選擇右面的點(diǎn)。依次選擇,完成橫斷面數(shù)據(jù)的提取,結(jié)果即為設(shè)計(jì)需要的緯地格式數(shù)據(jù)。

在程序的編寫過程中,由于注意到內(nèi)業(yè)測(cè)量的習(xí)慣問題,該程序具有一定程度的糾錯(cuò)性,其主要可以做到以下幾點(diǎn)：

1)數(shù)據(jù)的間斷性操作。數(shù)據(jù)輸出的文件可以選擇原有文件,也可以建立新的文件。

2)數(shù)據(jù)選擇重復(fù)操作。對(duì)于重復(fù)選擇的數(shù)據(jù),程序自動(dòng)統(tǒng)計(jì)并只記錄其中的一個(gè),避免數(shù)據(jù)不必要的錯(cuò)誤。

3)數(shù)據(jù)的有序性。在操作的過程中,橫斷面信息點(diǎn)的選取可以是隨意的,軟件會(huì)自動(dòng)按位置排序,具有一定的人性化設(shè)計(jì)。

5 結(jié)語

采用全站儀對(duì)邊測(cè)量法測(cè)量道路橫斷面,外業(yè)可以不受地形條件的限制,一站測(cè)量多個(gè)斷面,在遇到障礙物時(shí),可以任意設(shè)站,非常靈活地避開障礙物,變坡點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)于全站儀中。內(nèi)業(yè)階段利用儀器自帶的數(shù)據(jù)傳輸軟件完成數(shù)據(jù)下載,然后根據(jù)不同專業(yè)的斷面,分別使用Excel和編寫的斷面整理程序,可以輕松地將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成道路設(shè)計(jì)軟件所要求的橫斷面地面線文件。

通過作者在多條道路勘測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用,證明它是一種高效的橫斷面測(cè)量方法,實(shí)現(xiàn)了橫斷面點(diǎn)位數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)胶筇幚砣痰淖詣?dòng)化和數(shù)字化,大大減輕了勘測(cè)的勞動(dòng)強(qiáng)度,保證了橫斷面測(cè)量成果的質(zhì)量,提高了工作效率。

[1]李 健,鄭德峰.道路施工測(cè)量的步驟和方法[J].山西建筑,2009,35(18)：362-363.

On road section measurement and its data treatm ent

WANG Qi

The paper introduces the basic principle of themeasurement of the total station,analyzes themeasurementaccuracy,points out the effective sectionmeasurementmethod and the software system based on the total station can improve the data collection speed of the section along the expressways ofmountainous areas,and can realize the digitalized work comp letely,and p roves themethod can enhance the quality and the efficiency of the road sectionmeasurement.

road section,total station,data treatment

U 412.33

A

1009-6825(2011)03-0204-03

2010-09-26

王 棋(1985-),男,助理工程師,河北省地質(zhì)測(cè)繪院,河北廊坊 065000

質(zhì)量控制