浅谈经纬仪等测量仪器在水利工程施工中的应用

吴海涛

山东省桓台水利建筑安装工程总公司

浅谈经纬仪等测量仪器在水利工程施工中的应用

吴海涛

山东省桓台水利建筑安装工程总公司

本文简要介绍了经纬仪、全站仪、全球定位系统(GPS)在施工中的一些使用经验和看法，对水利工程施工人员具有一定参考价值。

经纬仪；全站仪；GPS

纬仪、全站仪、全球定位系统(GPS)是水利工程测量中的几种常用仪器。他们的造价、使用范围和应用条件各不相同。随着技术的发展经纬仪逐渐被全站仪、全球定位系统(GPS)所代替，但经纬仪也有它自己独特的优点，比如造价低、操作简单轻便的特点；另外即便是具有全站仪、GPS的单位，也经常会遇到数量不满足需要或在旁的地方用者，施工时需要用老式仪器代替的情况。这就需要现场施工人员掌握各种仪器的使用方法，以满足施工需要。就象军事上，技术含量低的装备通过合理运用在某些情况下可以替代技术含量高装备。作为一名工程施工人员要与时俱进，既要学习掌握技术先进的新式测量仪器，也要掌握老式测量仪器的使用方法和技巧，以满足工程施工的需要。应根据工程需要来选择合适的测量仪器及测量方法，这样才能提高工作效率保证施工质量。现根据施工中的一些经验，对他们的适用情况及使用技巧进行一下初步探讨。

一、经纬仪

经纬仪的主要操作步骤包括测站点对中、仪器整平、照准后视点、读取角度、照准放样点。经纬仪造价较低，使用轻便，常用于小型结构物或直线放样工作。在道路、渠道等放直线中心线时比较方便。快速地对中和整平是测量人员的一项重要的基本功。经纬仪的对中主要有使用垂球对中和使用光学对中器进行对中。由于使用垂球对中易受风力等客观条的影响，使用不方便，现在一般采用光学对中器进行对中。可采用以下步骤：①对中时可一直脚的脚尖放在测站点上，两手各抓住一条三脚架的架腿进行移动，可快速用对中器找到测站点；②旋转脚螺旋使光学对中器对准测站点；③伸缩三脚架使圆水准气泡居中；④调整脚螺旋使长水准泡居中；⑤稍微松开三脚架连接螺旋，在架头上平移仪器，使对中器对准测站点。如果需平移量超出可移动的范围，可重复②至⑤项步骤。

通过以上操作可快速实现经纬仪的对中和整平。

对于不带测距功能的经纬仪，可通过一人进行经纬仪观测，两人拉钢尺量距离进行放样，也即极坐标法。这种放样方法在测站点离放样点较远或者地面不平整或测站点与放样点高程相差较大时，给放样工作带来不便。在这种情况下可通过交会法进行放样。交会法主要有前方交会法与后方交会法。前方交会法可采用以下步骤：

1.先在测站点立镜，照准后视点后，旋转计算好的角度对准放样点，在预计的放样点两侧各打一根控制桩，在两控制桩中间沿经纬仪十字丝方向拉一条施工线；

2.再在后视点立镜，照准测站点，然后再按1的步骤再拉一条施工线；

3.在两条施工线的交汇处用垂球找出放样点。

放样点位的精度除角度测量本身误差外，两条施工线的夹角对其有很大影响，两条施工线应尽量保持垂直，偏差不能大于30度。

前方交会法是没有测距功能的经纬仪在施工中常用的方法，这种方法是测量人员需经常移动经纬仪，工作量较大。随着测距经纬仪及全站仪的普及，慢慢用的少了。

在控制点不易到达或不易立镜的情况下可采取后方交会法：在放样点附近选一过渡点立镜，通过观测两个或多个已知点(观测点越多精度越高)，来计算过度点的坐标，然后可通过极坐标法找出放样点。选择过渡的点应在放样点附近并便于量距。

采用经纬仪放样受仪器对中、测角误差等客观因素的影响，测站点A与放样点P的距离DAP同测站点A与后视点B的距离DAB比值越大时，误差越大，因此后视点应尽量远一点，并且DAP不小于DAB。[1]

二、全站仪

全站仪一般具有多种测量程序，同时具有数据存储功能和参数设置功能，具有多种功能，适用面较广。

全站仪的施工放样主要包括以下步骤：仪器对中整平、输入或从内存中调取测站点坐标、照准后视点、输入或调取放样点坐标、照准放样点棱镜放样。全站仪测站点的选择一般在施工现场的较高处及施工机械不容易破坏的地方。如果测站点所在的地方由于施工需要不能保存，则需另选一安全地带埋设固定桩，用全站仪测出其坐标作为新的测站点。

在结构物施工放样时，如果测站点所处的位置通视情况良好，可将全部需放样点的坐标计算出来，将其存储在全站仪内存中，这样可不用通过移动测站点，完成整个结构物的放样工作。在施工中经常遇到深基坑的基础放样，由于全站仪在原测站点不能通视，需要在基坑边设置测站点。设置该测站点有两种方式，一种是在基坑边通视情况良好的安全地带任选一地点埋设控制桩用全站仪测出其坐标作为测站点，然后计算出基坑内基础各控制点的坐标进行放样，这种放样方法是在基坑内许多次支设棱镜，操作起来不方便，而且需要对基础的各放样要素点进行计算，计算起来也比较麻烦；另一种方法是通过计算基础中心线上基坑附近一点的坐标，通过全站仪放出该点的位置，在该处立镜对基础进行放样，这样在基坑内可通过一次支设棱镜，通过钢尺等工具实现基础放样，操作起来较方便；采用该种方法在计算基坑边测站点坐标时需控制其距基坑边的距离，近了立镜不安全，远了容易不通视。

在对桥梁的桩位等要求较为精确的放样时，通常会遇到通过花杆加棱镜确定放样点，打揳上木桩后，采用三脚架加棱镜精确放样时，放样点偏出木桩的情况，需要重新揳木桩，这样操作起来很不方便也降低了工作效率。在这种情况下可采用加大木桩截面积的方法，采用10×10cm的方木或直径10cm的原木长度约20cm底部带尖，长了不易揳入土中，短了在土中不稳定。这样放样点不易偏出木桩，缺点是增加了木桩的成本，应尽量采用呆料、废料。

另外全站仪的对边测量功能通过测量两个目标棱镜之间的水平距离(dHD)和高差(dVD)在测量断面时非常方便。[2]采用这种方式比用水准仪操作简便，可降低测量人员的劳动量。但由于是连续测量，中间一个出现错误，后面的会全错，需要闭合回起始点进行校核。

三、全球定位系统(GPS)

工程施工采用的GPS仪器，由于采用了RTK定位技术，既具有GPS的精度又具有实时性。只要是能接收GPS信号的地点，全天24小时均可使用。基站设置完成后，一个人手持流动站接收机就可进行测量和放样。GPS放样主要步骤包括：设置基准站、调取坐标、找出放样点。在之前需要完成坐标系转换和录入坐标的工作。GPS测量可同时测定点的平面位置和高程，GPS点之间不要求相互通视，使得测量更简便易行。由于每个点的测量都是独立完成的，不会产生累计误差，各放样点精度保持一致。

在长距离的河道测量中，由于障碍物较多，各点之间经常不通视，使用全站仪测量工作量较大，由于测站点移动频繁，容易带来累计误差，GPS的使用可大大提高工作效率，测量人员的劳动强度也可大大降低。但是由于GPS使用前需先设置基准站和进行坐标转换，每次测量前需先把基准站安好并将其保护好。由于GPS技术含量较高，制约其测量精度的因素较多：如卫星轨道及卫星钟误差的影响、大气折射对卫星信号传播的影响、大面积的水域或对电磁波反射强烈的物体产生的多路径效应、接收机钟及天线相位中心误差的影响等。因此GPS的使用对观测环境有定要求，为避免影响GPS卫星信息的接收，其上空要开阔，避开其周围有高大障碍物或较为隐蔽的地方；为防止磁场对卫星信号的干扰，测量不要在高压线或无线发射台附近等。[1]

另外GPS电台的工作质量受电源的影响较大，所以对电台的电源有以下要求：无论是外接蓄电池或外接稳压电源其供电的电压及电流应符合电台供电标准；为提高通信质量，要降低电源的纹波系数以减少对射频频谱的影响；使用蓄电池时要及时充电，不能过量使用；蓄电池在使用一段时间后，为保证电台的作用距离，要及时更换。[3]

因此对于占线不长、测量量不大且通视情况较好的工程，采用全站仪更为经济和简便。

[1] 聂让，许金良，邓云潮.公路施工测量手册[M].北京：人民交通出版社，2000：139-142，326-332.

[2] 南方测绘仪器有限公司.NTS-340操作手册[EB/OL].2014：64.

[3] 南方测绘仪器有限公司.灵锐S82-2008产品手册[EB/OL].2008：34-35.