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工業(yè)發(fā)展研究論文
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工程放樣工作大體可歸結(jié)為在地面上測(cè)設(shè)出點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程兩個(gè)問題。
一、傳統(tǒng)階段
在傳統(tǒng)的工程放樣方法中，必須求出設(shè)計(jì)圖中的放樣點(diǎn)或線相對(duì)于控制網(wǎng)或原有建筑的相互關(guān)系，即求出其間的角度及間距和高程，這些數(shù)據(jù)稱為放樣數(shù)據(jù)。然后按照放樣數(shù)據(jù)利用傳統(tǒng)光學(xué)經(jīng)緯儀、皮尺、鋼尺、水準(zhǔn)儀等工具測(cè)設(shè)出點(diǎn)位和高程。通常，測(cè)設(shè)點(diǎn)和高程是分開進(jìn)行的。測(cè)設(shè)點(diǎn)位的常用方法有：直角坐標(biāo)法，極坐標(biāo)法、角度交會(huì)法和距離交會(huì)法等。高程放樣最常用的是幾何水準(zhǔn)測(cè)量，對(duì)于工程精度要求稍低的，可用鋼卷尺直接丈量或用三角高程測(cè)量等方法。
工業(yè)建筑物的總圖設(shè)計(jì)，是根據(jù)生產(chǎn)的工藝流程要求和建筑場(chǎng)的地形情況進(jìn)行的，主要建筑物的軸線往往不能與測(cè)量坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸平行，如果設(shè)計(jì)建筑物的坐標(biāo)計(jì)算在測(cè)量坐標(biāo)系中進(jìn)行，則計(jì)算工作較為復(fù)雜。因此，建筑設(shè)計(jì)人員往往根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選定獨(dú)立坐標(biāo)系，使獨(dú)立坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸與主要建筑物的軸線方法相一致。這樣，再通過旋轉(zhuǎn)換算，把建筑坐標(biāo)換算成測(cè)量坐標(biāo)。X=X′cosα-Y′sinα+Xo，Y=X′sinα+Y′cosα+yo，XOY為測(cè)量坐標(biāo)系，X′O′Y′為建筑坐標(biāo)系。α為測(cè)量坐標(biāo)系的X軸正向順時(shí)針轉(zhuǎn)至建筑坐標(biāo)系X′軸正向的夾角，Xo、Yo為建筑坐標(biāo)系原點(diǎn)在測(cè)量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。在傳統(tǒng)的工程放樣中，圓曲線和緩和曲線的放樣最為繁雜，我國(guó)多采用螺旋線作為緩和曲線，測(cè)設(shè)方法多采用切線支距法和偏角法。這些方法很容易產(chǎn)生累計(jì)誤差，為了消除這些誤差，往往需要多次測(cè)量進(jìn)行分配誤差，不但浪費(fèi)了工時(shí)，而且精度不高。
二、坐標(biāo)放樣階段
隨著光電測(cè)距儀的發(fā)展，出現(xiàn)了一種測(cè)濾頭，可以直接安置到傳統(tǒng)經(jīng)緯儀的上面，這樣裝置曾戲稱“半站儀”。從而實(shí)現(xiàn)了同時(shí)測(cè)角和量距的任務(wù)，再結(jié)合計(jì)算器就可即時(shí)計(jì)算出所測(cè)設(shè)點(diǎn)的坐標(biāo)，出現(xiàn)了坐標(biāo)放樣法。坐標(biāo)放樣法克服了傳統(tǒng)方法中的求取放樣數(shù)據(jù)的麻煩工序，直接獲取放樣點(diǎn)的坐標(biāo)就可以放樣出設(shè)計(jì)點(diǎn)。下面是結(jié)合CASIOf×4800計(jì)算器的里程偏距反算程序，說明圓曲線的放樣步驟：首先將儀器置于控制點(diǎn)上；然后測(cè)出前視點(diǎn)坐標(biāo)，把測(cè)出的坐標(biāo)輸入計(jì)算器中，反算出該點(diǎn)距線路中線的偏距和該點(diǎn)在中線上的正投影點(diǎn)的里程值；最后根據(jù)所要放樣點(diǎn)對(duì)中線的偏距并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，確定前視點(diǎn)需要左右移動(dòng)的距離，再次安置前視點(diǎn)，直至精確放出前視點(diǎn)。
計(jì)算機(jī)的普及和發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了大容量和高速運(yùn)算，為autoCAD的應(yīng)用提供了便利。在autoCAD軟件中，可直接調(diào)用各種工程放樣程序。放樣路線設(shè)計(jì)好后，即可提取放樣數(shù)據(jù)。提取放樣點(diǎn)坐標(biāo)的方法有：①行命令法；②菜單命令法；③批處理命令法（通過autoCAD二次開發(fā)語言LSP等進(jìn)行）。在利用autoCAD進(jìn)行放樣設(shè)計(jì)時(shí)，只要采用大地坐標(biāo)系，則可以直接提取放樣點(diǎn)的大地坐標(biāo)，不必要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等工序，而且提取的坐標(biāo)能保證到小數(shù)點(diǎn)后6位，一般工程放樣保證到0.001m即可，從精度和穩(wěn)定性方面都得到了保障，而且減少了過程誤差。
在計(jì)算機(jī)普及和發(fā)展的同時(shí)，電子經(jīng)緯儀即全站儀（TotalStation）迅速發(fā)展取代了傳統(tǒng)的光學(xué)經(jīng)緯儀。計(jì)算機(jī)的普及使用為放樣數(shù)據(jù)的求取精度和求取工序、速度作出了極大的貢獻(xiàn)，全站儀則在具體的放樣工作中簡(jiǎn)化了放樣工作程序。現(xiàn)在各大廠商生產(chǎn)的全站儀，如徠卡、索佳、拓普康、南方都配備有施工放樣模式，使用方法簡(jiǎn)單易懂，下面簡(jiǎn)述南方全站儀的放樣步驟：
A.放樣準(zhǔn)備
1.選擇、錄入放樣數(shù)據(jù)文件。
2.選擇、錄入坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件。可進(jìn)行測(cè)站坐標(biāo)數(shù)據(jù)及后視坐標(biāo)數(shù)據(jù)的調(diào)用。
3.置測(cè)站點(diǎn)。
4.置后視點(diǎn)、確定方位角。
5.輸入所需的放樣坐標(biāo)，開始放樣。
B.實(shí)施放樣
實(shí)施放樣有兩種方法可供選擇，都可快速進(jìn)行放樣。
1）通過點(diǎn)號(hào)調(diào)用內(nèi)存中的坐標(biāo)值。
2）直接鍵入坐標(biāo)值。
三、一體化階段
從傳統(tǒng)的放樣方法發(fā)展到坐標(biāo)放樣方法，放樣工序簡(jiǎn)化了，精度提高了，但是由于工地現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性，例如：堆料、不通視等因素的影響，降低了勞動(dòng)效率，而且放樣一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)往往需要來回移動(dòng)目標(biāo)，須2~3人參加操作。RTK（RealTimeKinematic）技術(shù)是實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)站載波相位觀測(cè)的差分方法，即是將基準(zhǔn)站采集的載波相位傳給用戶接收機(jī)進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。RTK技術(shù)的出現(xiàn)使施工放樣有了突破性的發(fā)展，不但克服了傳統(tǒng)放樣法和坐標(biāo)放樣法的缺點(diǎn)，而且具有觀測(cè)時(shí)間短，精度高、無須通視、現(xiàn)場(chǎng)給出精確坐標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)、經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、在距離參考站約3公里處，平面定位誤差小于5cm，高程誤差小于10cm。GPS接收機(jī)只要1~3min就能進(jìn)入RTK工作狀態(tài)，在此狀態(tài)下1min內(nèi)即可得到厘米級(jí)的點(diǎn)位精度。以徠卡雙頻RTK-GPS為例，簡(jiǎn)單介紹RTK放樣作業(yè)流程：
�。�1）設(shè)置參考站：在已知控制點(diǎn)上架設(shè)接收機(jī)和天線，打開接收機(jī)，將PC卡上室內(nèi)設(shè)置的參數(shù)（坐標(biāo)系統(tǒng)）讀入GPS接收機(jī)，建立（或選擇）配置集，輸入?yún)⒖颊军c(diǎn)的準(zhǔn)確的相應(yīng)坐標(biāo)和天線高，參考站GPS接收機(jī)通過轉(zhuǎn)換參數(shù)將相應(yīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為WGS-84坐標(biāo)，同時(shí)連續(xù)接收所有可視GPS衛(wèi)星信號(hào)，并通過數(shù)據(jù)發(fā)射電臺(tái)將其測(cè)站坐標(biāo)、觀測(cè)值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機(jī)工作狀態(tài)發(fā)射出去，待電臺(tái)指示燈顯示發(fā)出通訊信號(hào)后流動(dòng)站即可開展工作。
�。�2）流動(dòng)站工作：打開接收機(jī)，新建（或打開）工作項(xiàng)目，建立（或選擇）配置集（要求與參考站相匹配）。流動(dòng)站接收機(jī)在跟蹤GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)也接收來自參考站的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理獲得流動(dòng)站的三維WGS-84坐標(biāo)，最后通過與參考站相同的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)將WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)坐標(biāo)，并實(shí)時(shí)顯示在流動(dòng)站的TR500終端上。接收機(jī)可將實(shí)時(shí)位置與設(shè)計(jì)值相比較，指導(dǎo)放樣的正確位置。
RTK技術(shù)特別適合道路等大批量設(shè)計(jì)點(diǎn)位的放樣工作，尤其是道路邊樁，征地范圍線等放樣。無須沿途布設(shè)圖根控制點(diǎn)，從而減少施工控制網(wǎng)的布設(shè)密度，節(jié)約經(jīng)費(fèi)，節(jié)省時(shí)間。由于其無須通視等優(yōu)點(diǎn)和可以單人作業(yè)更顯示出其優(yōu)越性。中海達(dá)公司的HD5800一體化藍(lán)牙RTK-GPS系統(tǒng)，RTK水平精度可達(dá)±1cm；RTK垂直精度可達(dá)±3cm；最大工作距離：25km，在10km范圍內(nèi)為最佳狀態(tài)。
四、結(jié)束語
技術(shù)的進(jìn)步、儀器工具更新和改進(jìn)，促使施工放樣工作越來越簡(jiǎn)化，精度也越來越高。人們可以根據(jù)需要采用不同的放樣方式。對(duì)一些放樣點(diǎn)數(shù)少，又有相關(guān)地物點(diǎn)能保證精度的，可采用傳統(tǒng)的方法。對(duì)于精度要求高的，如貫通工程、橋梁等要采用全站儀結(jié)合水準(zhǔn)儀進(jìn)行坐標(biāo)和高程放樣。RTK-GPS測(cè)在道路放樣方面突顯優(yōu)勢(shì)，一套基準(zhǔn)站可配多套流動(dòng)站同時(shí)工作。幾種方法亦可以結(jié)合使用，例如在全站儀放樣時(shí)，可配合使用小鋼尺等工具。在全站儀坐標(biāo)放樣中，如何解決高程的放樣及其精度問題；RTK-GPS放樣中的精度問題；這兩方面還需積累經(jīng)驗(yàn)和探討。
【參考文獻(xiàn)】
[1]《RTK-GPS在高速公路工程放樣的應(yīng)用》，覃昌佩，《廣西測(cè)繪》2004.2
[2]《HD5800一體化藍(lán)牙RTK-GPS在水電地質(zhì)測(cè)繪的應(yīng)用》，李桂炎，《中海達(dá)GPS報(bào)》2004-4
[3]《測(cè)繪學(xué)》，武漢測(cè)繪學(xué)院《測(cè)量學(xué)》編寫組
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