浅谈用实时三维动态监测提高道路施工测量的可靠性

程良春

(凯里公路管理局)

浅谈用实时三维动态监测提高道路施工测量的可靠性

程良春

(凯里公路管理局)

施工测量过程中经常进行人地坐标与建筑坐标的相互转换。在道路施工测量时，也经常遇到线路坐标与人地坐标的相互转换。采用实时三维动态测量能够提高测量可靠性，加强效率，从而减少道路施工前的技术准备时间。

道路施工测量;可靠性;提高;实时三维动态测量

1 实时三维动态监测

三维坐标放样的方法相较于经纬仪加钢尺的方法具有较高的测量效率，因为放样是一种慢慢逼近的过程，一般情况下一个点的放样需要经过许多次的测量。但是因为路桥具有多变的平面位置，并且纵横的高程也在不断发生变化，所以上述两种方法都不利于控制高程，所以需要对测量方法进行完善，通过测量对路桥的高程和平面位置进行控制，并对施工进行实时的三维动态监测。

实时三维动态监测主要是指在进行道路的施工过程中对开挖的路基、铺设构造层的平面、高程等进行测量和分析，然后将其结果汇报给操作人员，让操作人员对施工过程中存在的缺陷进行修改，从而保证施工质量和效率。实时三维动态检测的过程主要有:先利用全站仪或者是GPS系统对施工现场的控制点的三维坐标进行测量，并利用大地坐标和平面的参数等计算出该控制点相应的线路坐标，再结合该控制点的竖曲线参数等计算出相应的点位设计高程，并对测量值和设计值的误差进行研究分析，从而辅助施工。通过计算机可以实现数据的传输，耗时比较短，从而实现实时的动态监测。

2 实时三维动态监测的使用方法

2.1 程序的编写

根据程序具有的不同功能可以分为以下4个模块:(1)将已知的路桥线路坐标(桩号L、偏距K)变换为大地坐标(x、y)的计算模块、(2)已知的路桥线路坐标计算出设计高程的计算模块、(3)将已知的大地坐标变换为线路坐标的反算模块、(4)全站仪和计算机之间的数据传输和通信模块。

(1)第一种计算模块:这种计算模块比较简单，只是将施工现场中的数学模型按照不同的平面曲线进行编号，平面曲线的类型主要有直线、曲线1(指由直线到圆曲线一段)、曲线2(指由圆曲线到直线一段)、圆曲线，然后按照编号编写程序。进行计算时要根据相应的桩号判断该区域的曲线类型和段号，然后对应相应的大地坐标和切线的方位角，最后根据前面计算的结果和相应的偏距计算出该点相应的大地坐标。

(2)第二种计算模块:这种计算模块的方法和第一种计算模块的方法类似，都是先进行编号，但是曲线的类型主要有直线、竖曲线段两种，然后编写程序。进行计算时要根据相应的桩号判断该区域的曲线类型和段号，然后计算出该点路对应的设计高程(Ho)，最后根据偏距和Ho计算出该点的设计高程(H)。

(3)第三种反算模块:下图1表示这种反算模块的数学模型。

图1 反算数学模型

根据上述反算模块的数学模型可知:线路为QS、P点的大地坐标为x、y，从而计算出QS相应的线路坐标。在进行计算时要使用迭代法进行近似计算，先计算出P到Q之间的直线距离(L1)，L1为迭代计算线路坐标的桩号(Li)，根据第一种计算模块计算出中心点Oi的坐标和切线方位角，然后以Oi作为原点建立起将切线方向作为A轴，将线路法线方向作为B轴的直角坐标系，然后根据下图2中的方法进行转换，将大地的坐标系假设为直角坐标系(x、y)，A假设为建筑坐标系，B假设为直角坐标系，那么就可以根据下述两个公式将P点的大地坐标转换为建筑坐标。

图2 转换坐标系

如果Ai的绝对值小于一个足够小的正数δ，那么就可以直接认为P点的线路坐标已经计算出来，其坐标为(Li，Bi);如果Ai的绝对值大于δ，那么则要将Li加Ai得出桩号为L，然后根据L再进行重新计算，一直计算到达到要求即可。

(4)第四种通信模块:因为不同厂家生产的全站仪具有不同的指令码系统，所以即使是相同的厂家但是不同的型号的全站仪其指令码也是不同的，所以在进行程序的编写过程中必须熟悉掌握全站仪各个指令的含义。全站仪和计算机一般情况下是利用串行端口实现数据的转换和通信，所以在编写程序之前必须掌握串行端口的语句，并且需要计算出计算机发出相应的测量命令之后，测量的结果传输到缓存区的时间差，然后设计相应的等待时间，从而保证数据完全发送到缓存区，避免计算机出现接收不到数据的问题。

2.2 测试程序

编写好程序之后要对整个程序进行测试，保证程序的结果是正确的。进行测试的数据主要有平面曲线、所有竖曲线和所有的横坡变换段。

2.3 建立施工的测量平面和高程控制网

建立施工测量平面和高程控制网的精度要求与其他相类似的工程相同，另外还需要制定相应的测量方案，从而便于测量全站仪的三维坐标，并且要保证平面和高程的控制点位于相同位置。

2.4 测量方式的确定

路桥施工时存在较多的构筑物，并且不同种类的构筑物施工时间也不相同，因此对于测量的要求也不相同，所以为了保证测量的简便和施工的进度和质量等，在进行测量之前要先确定不同构筑物不同部位的测量方式。本文中主要涉及了两种测量方法，但是一般情况下桥墩、涵洞、桩等构筑物比较适合使用三维坐标放样的测量方法，而开挖道路的路基、铺设构造层则比较适合使用实时监控测量的方法。

(1)三维坐标法放样测量方法

该测量方法主要有以下四个方面:第一，确定的放样点的位置和施工人员;第二，使用全站仪进行现场放样，并将其结果在现场进行明显牢固的标识;第三，每个工作结束之后进行复核，复核之后要进行自检和互检，在保证正确的基础上进行下一步施工;第四，施工人员的交底工作。

(2)实时三维动态监测测量方法

该测量方法主要有以下三个方面:第一，将测量监控点的坐标在监控的范围内进行设站和定向，如果周围没有适合的控制点那么可以加密一级控制点，然后测量其三维坐标。第二，将测量的三维坐标的数据传输到计算机中，然后根据编写好的程序计算出该控制点和构筑物位置之间的关系，从而计算出该控制点的高程、平面偏离的方向和大小等。第三，及时将数据反馈给操作人员，让操作人员对其缺陷进行修改，从而有效的辅助施工。

3 结束语

综上所述，施工过程中的测量是保证工程施工质量和效率的基础，因此如果测量过程中出现错误那么即使施工质量完美也无法达到相应的技术要求。根据我国城市、公路、交通等的快速发展，我国对于道路施工质量的要求也变得越来越高，所以我们必须更加重视测量工作，为此，本文提出了实时三维动态测量的方法，来加强工作效率，提高道路施工测量的可靠性

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U416.1

C

1008－3383(2014)04－0040－02

2013－11－19

;程良春(1973－)，男，贵州黎平人，工程师，主要从事公路施工、养护及管理研究。