全站仪在道路测绘中的应用研究

臧晓梅

（海阳市自然资源和规划局，山东烟台265100）

0 引言

在城市建设和发展的过程中，道路测绘技术是道路工程的重要组成部分。测绘工作的根本要求是保证测绘结果的真实可靠，提高测绘技术的使用效率和准确性。

全站仪的测绘技术具有多样的功能，符合测绘工作的根本需求，是道路测绘领域的一个重大创新。

1 全站仪测绘技术和原理

在道路工程中，全站仪测绘技术占有举足轻重的位置。全站仪主要由测距系统、测角系统、微机处理设备、电子补偿设备等构成。在工程测量中，全站仪可实现道路水平角、垂直角、水平距离、高度等测量，可对道路长度、宽度、走向、厚度等进行精确控制，极大地提高了测量工作效率。所以，全站仪已被广泛应用于道路测绘。

全站仪的正确适配和规范使用，是实现全站仪技术高效应用的关键。全站仪是一种应用范围很广的测量仪器，其包含了机械、光学、电子等多种功能，通过各种硬件设备，可以极大地提高测量精度，只需要一次安装，就可以实现各种测量，包括多个角度和距离的测量以及数据的整合和处理。

全站仪由各种部件组成，其中以微处理器(CPU)为核心，由寄存器和运算器组成，通过特殊的操作命令，可以有效地进行测量，满足数据的测量、传输、处理、存储等多种功能。另外，全站仪配有输入输出装置，是全站仪与外界的桥梁，可以扩展全站仪的功能，并与磁卡等装置建立互动关系，从而实现数据的传送和使用[1]。

2 全站仪的基本构造

2.1 光学系统

全站仪采用了大量的光学元件和更加成熟的光学技术，全站仪器的望远镜可以完成视轴、测距光波的发射和接收光轴的同轴。在望远镜和聚焦镜头之间安装一个光棱镜系统，通过光棱镜系统对被测物体进行角检测，同时利用内、外光路上的光的相位差来确定所测的测距。同轴特性使望远镜用一次对准就能完成对所有的基本测量如水平角、垂直、倾距等进行的测定[2]。

2.2 自动补偿系统

全站仪双轴倾角自动补偿系统能实时监控纵轴的倾斜度，并能自动纠正由于纵轴倾角引起的角度偏差，或通过微处理器根据垂直轴线的倾角修正公式，自动完成垂直轴线倾角的补偿。在工作过程中，全站仪表发生倾斜的时候，运算电路会实时地计算出光强偏差值，转换为倾角位移，并将这一信息反馈到控制系统进行自动补偿，以保证主轴在任何时候都能保持绝对的水平。

2.3 电子处理系统

电子处理系统由微处理器和存储器两大部分构成，这两部分的处理工作和主要功能的有一定差异。微处理器全站仪的核心部件包括寄存器、运算器和控制器，其主要作用是按键盘的指示来启动仪器的工作，完成对测量工作的检查、数据的传输、处理、显示和存储，以确保整个测量工作的顺利进行。全站仪存储器的主要作用是将实时采集的测量数据储存起来，然后将其传输到计算机、打印机等设备中，以便以后的处理和使用，便于道路工程决策科学的提供数据的分析（图1 显示了全站仪的结构）。

图1 全站仪结构

3 全站仪测绘技术在道路测绘中的应用研究

3.1 在施工放样环节的应用

为了保证道路工程测绘工作正常进行，应做好前期准备工作。一是测量工作人员要对测量环境有足够的认识，对全站仪表的控制区的布置情况有全面地了解，并通过对图纸方案及道路工程的情况综合分析，确定测量周围的自然环境不会对全站仪测量的结果产生干扰，如建筑物、光线的强弱、测量距离等方面。二是在实际环境中进行，需要对所测量地点的温度、气压等进行预计，以保证参数结果的准确性和环境良好的情况下开展测量工作[3]。

3.2 在距离测量中的应用

其一，根据测量要求、仪器运行特性和现场测量情况，经过综合考量，确定了光棱镜系统的最佳参数，使仪器能够自动运行，并能方便地进行测量。

其二，设定大气变正值、温度及气压值，在该状态下，全站仪在工作时可以进行计算，以决定大气的变化，并相应地调整距离，使测量过程呈现动态特性。

其三，测量完后，确定仪器和光棱镜的高度，并在全站仪上输入相应的数据。

其四，如果目标棱镜的中央定位是适当的，则能够进行测距。这些工作已经全部实现，能够为全站仪器的正常工作提供一个有利的条件和高效的测量，并且能够准确地反映出平距、斜距、高差等信息。全站仪的使用方式有很多种，最有代表性的是精测、跟踪和粗测。与之相比较，精密测点的应用更广泛，仅2.5s 即可实现，而且其测量准确率可达1mm，可适用于大部分道路工程测绘要求。其跟踪方式是一种连续的、测距0.3s 的时间、1cm 的精确测量。在粗略方式中，测距的时间是0.7s，精确值到1cm 或1mm。

3.3 在悬高测量中的应用

在道路工程的选线测量过程中，悬高测量是不可缺少的一部分。对建筑物来说，悬高测量比较简便，可以之间通过测量来实现。而电线、通信线路等，由于受到测量条件的制约，采用传统的测量手段是不可行的，因此采用全站仪进行测量比较合适。在实践中，首先根据现场的测量情况，将全站仪平稳地放置在特定的地方，比如在电线的垂直方向上，这种方法的优点是可以减少竖直度的测量误差，确保了测量的精确值[4]。

3.4 在断面测量中的应用

在道路工程中，土方是施工的重要环节，为了合理安排工作，必须对土方进行计算。而土方量的计算，其关键的先决条件是要做好断面的测量，为工程计算提供参考，并能有效地进行土方的计算。采用全站仪能方便地进行断面测量。在工作时，把全站仪放置在A 断面上，然后对B 点进行定位，先把A 点的坐标确定，然后把这一段资料输入全站仪中。

在实际道路工程中，应明确测量点与参考点的空间关系，也就是高程和水平距离。根据这一需求，进行相应的工作，在确定了A 基点的坐标后，把其坐标输入这个运算中，x，y 为0，z 为高程。当所有A 基点的数据都输入完毕后，就会将相应的棱镜和仪器高度输入，照准到B 点，然后精确地调整全站仪的方向(必须将全站仪移到断面方向线上)，如果没有问题，那么就把度盘设置为0，然后在这个情况下进行断面的测量。

3.5 平面的定位和角度

在此基础上，将全站仪置于一个点上，这里作为A 点，再对准B 点，放到B 点上，用全站仪测得B 点的坐标（见图2）。在测量的过程中，如果测量的坐标与所给的坐标的偏差不超过规定的范围，就必须重新建立测量站，重新测量；如果在测量范围内，这个点就可以被认为是被测量的位置，并且要在这个位置上打上一根木桩，以便进行下一步工作。另外，为提高测量精度，必须对角度进行测量，因为全站仪一直在更新，所以功能也在不断改进，使测量角度变得更容易，把全站仪放平，再启动，就可以进入测角方式，让测量工作人按实际需要进行操作[5]。

图2 用全站仪由A 点测得B 点的坐标

3.6 利用全站仪进行高程测量

道路高程测量是道路施工中的一个关键环节，既可以计算出填挖深度，又可以观察和计算路面的沉降。所以，在道路工程中，必须采用全站仪进行高程测量，从而为道路工程提供精确的数据。一般情况下，水平测量是比较常用的一种方法，但这种方法受地势的限制，尤其是在高起伏地区。而全站仪，不受地势的限制，只要保持两个点的通视就能进行测量。在实际的测量中，可以采用三角形高程测量法，见图3，即把棱镜与刻度相等的对中棒固定，再把全站仪与棱镜对齐，再按下测距键，就可以测量出高程，从而达到道路工程测量的目的。

图3 三角形高程测量法

3.7 利用全站仪进行面积测量

无论是新修的道路，还是扩建道路，在工程中都会出现沟塘，沟塘的清理是一个关键的问题，必须对整个工程进行全面的清淤。这时，全站仪就能派上大用场了，只要在一定的范围内选定适当的特征点来假设棱镜，然后再按上述方法，按实际需要进行测量，这样既方便又有效。

3.8 利用全站仪进行中线的恢复

中线是整个道路测绘关键的一部分，只要把这条中线给修补好，就可以确保整个道路工程的正常运行。在实际工程中，对中线进行恢复的方式有很多，但是由于道路工程的需要，对测量的准确性提出了更高的要求，因此全站仪在中线测量被普遍采用。全站仪利用极点坐标方法，有效的提高测量质量和效率，在全站仪极点坐标方法中定制的一套计算系统，可以实现对被测点坐标、后视点坐标等进行精确的计算。通过实践证明，全站仪的使用不但减少了手工作业带来的错误，还减少了人力、设备的消耗，由于使用了仪其测量，使其精度和工作效率得到了很大的提升。

4 道路测量全站仪测绘技术应注意的问题

其一，根据测量需要，选用适当的全站仪。在打开箱子取出全站仪之前，要根据现场的实际情况来决定。测量工作人员必须牢牢地抓住仪器的底座(不能抓着显示器的底部，以免影响全站仪的工作)，确保仪器的位置和稳定性，为以后的测绘工作做好准备。

其二，在仪器的使用中，如果在现场受到强烈的太阳辐射，应注意覆盖措施，这样既可以减少现场的高温对仪器的损害，又可以增加测量结果的精确度。

其三，在斜距测量时，需要比较高要求的精度，观察到的垂直角度要准确，否则会影响到平距和高差之间的转换精度。在采用垂直角度测距时，采用盘左、右两种方式比较适宜，通过对数据进行综合，得到平均值，这种方法可以降低测量误差。采用这种方法，可以减少大气折光对测量精度的影响。

其四，光学元件，对外界的干扰有比较高的敏感，容易受到外界因素的影响而不能正常工作，所以一定要保持洁净。但由于工作环境的原因，如果受到外界的影响，不能用手去擦，而是用清洁的毛刷清洁，然后再用棉签和酒精清洁，在清洗的时候，要先从通镜的中央按“画圆圈”，慢慢地将杂质从内部中央清洁，直到被污染部分恢复干净如初的状态。

其五，全站仪也容易受场地的湿度影响，如果是在潮湿的现场环境，应注意清理湿气和其他杂物。测量完毕后，用柔软的布片将仪器表面的湿气和各种杂物清理干净，使其干燥、洁净，然后将其保管好。

其六，测量完毕后，对仪器进行细致的整理和保存。将镜子盖上，仪器上的灰尘清理干净，然后将全站仪放在盒子的指定位置，然后关上(这个过程不能用太大的力气，以免在震动中影响到全站仪)。

5 结语

综上所述，全站仪在道路工程和其他工程中有着广泛的应用。将全站仪标准化应用于道路工程，可以有效地提高测量结果的准确性，缩短整个过程所需的时间，为下一步的工作创造了有利的条件。研究全站仪测绘技术在道路工程中的应用，既能提高道路工程的质量，又能在测量工作方式上有所创新。因此，在道路测绘中，要大力推广全站仪的测绘技术，并对其进行深入的研究，以便更好地为测量工作服务。