数据成批处理技术在施工放样中的应用研究

丁 策

1 概述

施工放样是工程施工中最基本也是最重要的一个环节，放样的高效性和准确性决定了整个工程的工程进展及工程质量，所以，如何有效地提高放样测量的效率及准确度就成为提高工程效率和工程质量的首要问题。特别对于铁路及公路的曲线放样测量，在以往的工程中，一般使用电子经纬仪和测距仪采用偏角法进行。计算繁琐，放样程序复杂，频繁转镜，而且由于偏角产生积累误差致使放样精确度低，往往一条曲线要进行多次的复测以控制精度，大大降低了效率，消耗了人力物力。

为提高施工放样的效率、精度，进而提高工程整体进展和工程质量，利用数字技术，结合计算机和全站仪进行高精度高效率放样成为目前工程测量中的一个重要研究方向。

2 数字化施工放样

数字化施工放样包括计算机数据处理，汇总，分析;计算机模拟放样;数字化仪器现场测量放样;计算机数据检验等。通过计算机技术与数字化全站仪的有机结合达到高效，高精的目的。本文着重介绍计算机数据处理，汇总，分析及计算机模拟放样。而运用AutoCAD软件的精确图形绘制功能和Excel的数据成批处理功能就能达到我们的所有要求。

3 AutoCAD与Excel

AutoCAD是美国AutoDESK公司开发的一款计算机辅助设计软件，由于其应用的广泛性，绘图的精确性受到全球建筑，机械，电子，天文，物理，化工等行业的青睐，是目前最受欢迎的计算机辅助设计软件。由于AutoCAD的绘图空间是无限的，理论上它可以达到任何想要的绘图精度。

Excel是美国微软公司开发的一款办公软件，主要针对表格数据处理，其计算精度能达到小数点后12位，小数点前15位，而且Excel软件中包含丰富的函数，利用Excel基本能够处理工程测量中的所有三角函数计算。

4 计算机数据处理及模拟放样

4.1 绘制精确平面导线图

4.1.1 数据输入

将设计图纸中的关键点坐标及控制点数据成批输入Excel，按X与Y分两列，在下一列利用“＆”函数进行X值与Y值的结合形成坐标点数据，具体函数格式为:[=Y所在单元格＆″，″＆X所在单元格］*(不含中括号)。利用Excel拖拽功能进行各坐标点数据的自动生成(见图1)。

图1 自动生成的各坐标点数据

4.1.2 绘制导线图

全部选定坐标列的数据，Ctrl+C复制，打开CAD软件，键入“L”(不包括引号)命令绘制直线，点击命令行使光标至于其中，按键Ctrl+V粘贴，CAD将自动根据导线点坐标精确绘制出导线，之后在导线中根据切线长T定出各JD所对应的ZH，HZ，ZY，YZ点(见图2)。

图2 导线图

4.1.3 建立坐标表

利用CAD的坐标标注功能标注出各关键点的坐标并整理成列输入Excel中建立关键点坐标表(见表1)。

表1 关键点坐标表

4.2 利用Excel的数据批处理功能进行全线路坐标计算

4.2.1 坐标计算相关公式

1)ZHi到HYi:

根据公式:

其中，Ai－1，i为 JDi－1至 JDi的坐标方位角;曲线右转时 ξ=1，左转时ξ=－1。

4.2.2 Excel成批数据计算

将线路基本资料单独成列，将以上公式输入到Excel中对各桩点进行成批运算，运用“＆”函数生成坐标列。最终，计算得出的坐标数据，部分数据见表2。

表2 曲线各点坐标数据

计算出以ZH点为原点的缓和曲线中各点坐标，其中l为计算点到ZH点的曲线长，一般取10 m。

2)HYi到QZi:

根据公式:

计算出以ZH点为原点的圆曲线中各点坐标:

其中，R为曲线半径;Ls为缓和曲线长;β0为缓和曲线全长所对应的切线角;l一般取20 m。

3)坐标转换:

以上坐标都是以ZH点为原点，ZH点切向为X方向坐标系统中的数据，但实际上我们需要的是施工图纸上坐标系统中的坐标数据，为此必须进行坐标转换，可按下式进行:

对于QZ点到HZ点仍然用式(1)与式(2)计算出相对坐标，然后通过下式进行坐标转换:

5 计算机模拟放样

归总生成坐标数据列以后，通过4.1所阐述方法对整条线路进行CAD自动绘制，并结合所生成导线和蓝图进行图形化检验(见图3)。

图3 计算机模拟放样图

检验合格后将坐标数据连同控制网坐标数据导入全站仪利用全站仪的坐标放样功能进行放样。

6 计算误差分析

Excel计算精度能达到小数点后11位，由于曲线点坐标计算都是以本曲线的ZH点坐标为起始计算的，没有误差积累，理论上计算误差可以控制在ZH点坐标数值的精度上，而ZH点坐标数值由JD坐标数值精度确定，所以理论上误差可以达到JD坐标数值的精度，一般JD坐标数值为mm，所以误差控制能达到1 mm。

7 全站仪坐标放样

现代施工测量中，由于全站仪具备的坐标测量及放样功能能够在不转镜的情况下根据坐标放出所有通视点，所以全站仪在施工放样中的应用越来越高。将上面的数据通过全站仪配套的软件传输给仪器并且形成作业，在现场可以根据实地情况进行转镜，转镜相关的坐标数据都通过全站仪内部程序自动处理，从而达到现场的无纸移站。

8 结语

数字化测量放样技术凭借计算机技术的不断进步，测量放样仪器制造技术的提高，科学技术的不断更新将越来越为工程技术人员所熟知和应用，也必将在未来施工中发挥重要的作用。通过在北京北站改建等工程中应用数字化测量放样技术，大大提高了施工放样的效率及放样精度，为工程的顺利进展提供了强有力的保障，应用效果较好。

[1]徐亚军.高速铁路施工放样测量的方法与研究[J］.山西建筑，2010，36(13):345-346.