工程放样发展研究论文

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【摘要】本文阐述了施工放样的几个大致发展阶段，比较几种放样方法的优缺点，指出今后要完善的事项。

【关键词】放样里程偏距RTKGPS

工程放样工作大体可归结为在地面上测设出点的平面坐标和高程两个问题。

一、传统阶段

在传统的工程放样方法中，必须求出设计图中的放样点或线相对于控制网或原有建筑的相互关系，即求出其间的角度及间距和高程，这些数据称为放样数据。然后按照放样数据利用传统光学经纬仪、皮尺、钢尺、水准仪等工具测设出点位和高程。通常，测设点和高程是分开进行的。测设点位的常用方法有：直角坐标法，极坐标法、角度交会法和距离交会法等。高程放样最常用的是几何水准测量，对于工程精度要求稍低的，可用钢卷尺直接丈量或用三角高程测量等方法。

工业建筑物的总图设计，是根据生产的工艺流程要求和建筑场的地形情况进行的，主要建筑物的轴线往往不能与测量坐标系的坐标轴平行，如果设计建筑物的坐标计算在测量坐标系中进行，则计算工作较为复杂。因此，建筑设计人员往往根据现场情况选定独立坐标系，使独立坐标系的坐标轴与主要建筑物的轴线方法相一致。这样，再通过旋转换算，把建筑坐标换算成测量坐标。X=X′cosα-Y′sinα+Xo，Y=X′sinα+Y′cosα+yo，XOY为测量坐标系，X′O′Y′为建筑坐标系。α为测量坐标系的X轴正向顺时针转至建筑坐标系X′轴正向的夹角，Xo、Yo为建筑坐标系原点在测量坐标系中的坐标值。在传统的工程放样中，圆曲线和缓和曲线的放样最为繁杂，我国多采用螺旋线作为缓和曲线，测设方法多采用切线支距法和偏角法。这些方法很容易产生累计误差，为了消除这些误差，往往需要多次测量进行分配误差，不但浪费了工时，而且精度不高。

二、坐标放样阶段

随着光电测距仪的发展，出现了一种测滤头，可以直接安置到传统经纬仪的上面，这样装置曾戏称“半站仪”。从而实现了同时测角和量距的任务，再结合计算器就可即时计算出所测设点的坐标，出现了坐标放样法。坐标放样法克服了传统方法中的求取放样数据的麻烦工序，直接获取放样点的坐标就可以放样出设计点。下面是结合CASIOf×4800计算器的里程偏距反算程序，说明圆曲线的放样步骤：首先将仪器置于控制点上；然后测出前视点坐标，把测出的坐标输入计算器中，反算出该点距线路中线的偏距和该点在中线上的正投影点的里程值；最后根据所要放样点对中线的偏距并结合现场情况，确定前视点需要左右移动的距离，再次安置前视点，直至精确放出前视点。

计算机的普及和发展，实现了大容量和高速运算，为autoCAD的应用提供了便利。在autoCAD软件中，可直接调用各种工程放样程序。放样路线设计好后，即可提取放样数据。提取放样点坐标的方法有：①行命令法；②菜单命令法；③批处理命令法（通过autoCAD二次开发语言LSP等进行）。在利用autoCAD进行放样设计时，只要采用大地坐标系，则可以直接提取放样点的大地坐标，不必要进行坐标转换等工序，而且提取的坐标能保证到小数点后6位，一般工程放样保证到0.001m即可，从精度和稳定性方面都得到了保障，而且减少了过程误差。

在计算机普及和发展的同时，电子经纬仪即全站仪（TotalStation）迅速发展取代了传统的光学经纬仪。计算机的普及使用为放样数据的求取精度和求取工序、速度作出了极大的贡献，全站仪则在具体的放样工作中简化了放样工作程序。现在各大厂商生产的全站仪，如徕卡、索佳、拓普康、南方都配备有施工放样模式，使用方法简单易懂，下面简述南方全站仪的放样步骤：

A.放样准备

1.选择、录入放样数据文件。

2.选择、录入坐标数据文件。可进行测站坐标数据及后视坐标数据的调用。

3.置测站点。

4.置后视点、确定方位角。

5.输入所需的放样坐标，开始放样。

B.实施放样

实施放样有两种方法可供选择，都可快速进行放样。

1）通过点号调用内存中的坐标值。

2）直接键入坐标值。

三、一体化阶段

从传统的放样方法发展到坐标放样方法，放样工序简化了，精度提高了，但是由于工地现场环境的复杂性，例如：堆料、不通视等因素的影响，降低了劳动效率，而且放样一个设计点往往需要来回移动目标，须2~3人参加操作。RTK（RealTimeKinematic）技术是实时处理两个测站载波相位观测的差分方法，即是将基准站采集的载波相位传给用户接收机进行求差解算坐标。RTK技术的出现使施工放样有了突破性的发展，不但克服了传统放样法和坐标放样法的缺点，而且具有观测时间短，精度高、无须通视、现场给出精确坐标等优点、经现场检测、在距离参考站约3公里处，平面定位误差小于5cm，高程误差小于10cm。GPS接收机只要1~3min就能进入RTK工作状态，在此状态下1min内即可得到厘米级的点位精度。以徕卡双频RTK-GPS为例，简单介绍RTK放样作业流程：

（1）设置参考站：在已知控制点上架设接收机和天线，打开接收机，将PC卡上室内设置的参数（坐标系统）读入GPS接收机，建立（或选择）配置集，输入参考站点的准确的相应坐标和天线高，参考站GPS接收机通过转换参数将相应坐标转换为WGS-84坐标，同时连续接收所有可视GPS卫星信号，并通过数据发射电台将其测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态发射出去，待电台指示灯显示发出通讯信号后流动站即可开展工作。

（2）流动站工作：打开接收机，新建（或打开）工作项目，建立（或选择）配置集（要求与参考站相匹配）。流动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同时也接收来自参考站的数据，进行处理获得流动站的三维WGS-84坐标，最后通过与参考站相同的坐标转换参数将WGS-84坐标转换为相应坐标，并实时显示在流动站的TR500终端上。接收机可将实时位置与设计值相比较，指导放样的正确位置。

RTK技术特别适合道路等大批量设计点位的放样工作，尤其是道路边桩，征地范围线等放样。无须沿途布设图根控制点，从而减少施工控制网的布设密度，节约经费，节省时间。由于其无须通视等优点和可以单人作业更显示出其优越性。中海达公司的HD5800一体化蓝牙RTK-GPS系统，RTK水平精度可达±1cm；RTK垂直精度可达±3cm；最大工作距离：25km，在10km范围内为最佳状态。

四、结束语

技术的进步、仪器工具更新和改进，促使施工放样工作越来越简化，精度也越来越高。人们可以根据需要采用不同的放样方式。对一些放样点数少，又有相关地物点能保证精度的，可采用传统的方法。对于精度要求高的，如贯通工程、桥梁等要采用全站仪结合水准仪进行坐标和高程放样。RTK-GPS测在道路放样方面突显优势，一套基准站可配多套流动站同时工作。几种方法亦可以结合使用，例如在全站仪放样时，可配合使用小钢尺等工具。在全站仪坐标放样中，如何解决高程的放样及其精度问题；RTK-GPS放样中的精度问题；这两方面还需积累经验和探讨。

【参考文献】

[1]《RTK-GPS在高速公路工程放样的应用》，覃昌佩，《广西测绘》2004.2

[2]《HD5800一体化蓝牙RTK-GPS在水电地质测绘的应用》，李桂炎，《中海达GPS报》2004-4

[3]《测绘学》，武汉测绘学院《测量学》编写组