全站仪在缓和曲线测设中的应用及精度分析

杨庆振

摘  要：当前重点基础项目建设进入了加速期，同时随着光电测距仪器的快速发展，工程对全站仪的应用以及缓和曲线测设精度提出了更高要求。该文首先介绍了全站仪的应用特点，分别从应用需求、缓和曲线特征要素计算、全站仪自由设站与精度分析等多个角度与方面，详细阐述了全站仪在缓和曲线测设中的应用及精度问题，希望对全站仪的应用实践有所裨益。

关键词：全站仪  缓和曲线  测设应用  精度分析

中图分类号：U412.2           文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）07（c）-0060-03

Application and Accuracy Analysis of Total Station in Surveying and Setting of Transition Curve

YANG Qingzhen

（Institute of Surveying and Mapping， Land and Resources Bureau of Linyi City， Linyi， Shandong Province， 276000 China）

Abstract： At present， the construction of key basic projects has entered an accelerated period. At the same time， with the rapid development of photoelectric distance measuring instruments， the project has put forward higher requirements for the application of the total station and the accuracy of the survey curve design. This article first introduces the application characteristics of the total station， from a variety of angles and aspects， such as application requirements， calculation of the characteristic elements of the transition curve， free station setting and accuracy analysis of the total station， and elaborate on the total station in the transition curve measurement and design. The application and accuracy of the application are expected to be beneficial to the application of the total station.

Key Words： Total station; Transition curve; Survey application; Accuracy analysis

作为提高缓和曲线测设精度的重要技术方法之一，相对于传统光学经纬仪角度放线、钢尺量距定点而言，全站儀的应用优势不言而喻。在工程类项目建设节奏不断提高的背景下，必须突出强化全站仪的实际应用，并客观审视其在缓和曲线测设及精度控制中的客观现状问题，进而采取有效措彰显全站仪应用的价值，切实提高缓和曲线测设的工程精度。

1  全站仪在缓和曲线测设中的应用优势

全站仪是工程项目建设实践中的常用测量仪器，具有高效性、准确性、集成性等多项优势特点，可在特定条件下保质保量地完成工程测量任务。随着道路、桥梁、水利等工程项目建设节奏的持续加快，全站仪凭借着简便的应用操作、精准的测量数据等优势，取得了良好的测量实践效果。与传统测量方法不同，全站仪测绘有效消除了水平角指标差，减少了不必要的外界要素干扰，实现了对测量误差的精细化控制。缓和曲线是道路工程设计中的常用线形类型，其具体设计效果既需满足道路交通车辆转弯时的行车轨迹，又要具备一定的视觉效果，保证简约、美观、平顺，符合车辆驾驶人员的心理预期，在保证安全行车的基础上，提高道路交通车辆通行效率。若缓和曲线长度设计不当，则极易导致行车舒适性降低，影响道路交通安全。纵观当前缓和曲线测设实践，普遍存在着技术标准不统一、缓和路段过长、平面线半径不足等问题，不利于道路交通车流量的平顺通行。而通过全站仪的深入应用，可为缓和曲线设计提供更为精准的测绘数据，对于提高缓和曲线设计的科学性具有重要价值[1]。

2  全站仪在缓和曲线测设中的应用

2.1 应用需求分析

长期以来，国家高度重视道路工程等基础设施建设，公路建成里程连年攀增。同时，经济发展质量不断提高，道路货物运输量呈爆发式增长态势，对道路工程的安全性与平顺性提出了更高的要求。在此背景下，道路工程设计水平相应提高。在道路工程中，缓和曲线具有曲率变化连续均匀等特点，是提高道路车辆通行效果，保障行车舒适性，优化行车视野效果的重要参数指标。此外，通过科学合理的缓和曲线测设，可适度降低土地占用量，减少工程投资[2]。

2.2 缓和曲线特征要素计算

通过全站仪在缓和曲线测设中的应用，可更为简便地获取测设数据，不仅过程简便易行，而且工作量相对较低，可在更短的单位时间内完成更多测设任务，同时避免了反复测设过程。为准确计算缓和曲线特征要素，必须科学设置半径不同的曲线间的曲率过渡，在满足离心加速度原理的基础上，减轻横向冲击感，以提高行车平稳性。由于缓和曲线的测设主要面向直线段、缓和曲线段、圆曲线段这3个方面主要类型，因此缓和曲线特征要素的计算要以上述三者为主，而由于缓和曲线段部分具有自身特殊性，对道路工程的平顺性具有直接关联，因此缓和曲线特征要素的计算应该以缓和曲线段部分的测设为主[3]。

2.3 其他工程测量的相关技术

以卫星定位技术为手段的现代测绘技术，融合了计算机通信、数据差分定位等技术，通过载波相位差分，去除了大气层延迟、对流层延迟与接收机钟差等因素，大幅度提高了数据观测的精度与效率。同时，利用多基准站技术，将分布于一定区域的参考站，通过LAN网络构成具备一定规模的基准站网络系统，进行数据定位时，利用GSM/CDMA等网络将概略坐标播发给控制中心，并通过控制中心根据GGA数据来分配周边虚拟参考站，并将相应的坐标位置、伪距等修正数据播发给用户流动站，从而达到精确测绘的目的。

传统经纬仪-钢尺定点，一般需要计算外矢距、截距等要素，伴随全站仪定线的应用，可直接提取曲线的起点、中点、终点、边桩等坐标数据，并导入全站仪内存，直接调取点号坐标进行测量放线，极大降低了手工计算的工作量，避免了计算中的粗差概率[4]。

3  全站仪自由设站在缓和曲线测设中的精度分析

全站仪自由设站法即从曲线测设的客观实际环境出发，在具体测设任务的引导下，通过全站仪进行距离测量，并选择符合工程测绘实际的点位架设测量设备与仪器，通过测量设备与仪器功能的发挥，对部分目标点位进行观测，最后根据相关技术标准与行业规范计算出具体参数，获得相应坐标点，为缓和曲线的设置提供理想的基础数据[5]。

自由设站方法具有较为显著的自主性特征，可极大程度上提高设站的科学性与灵活性，符合缓和曲线测设的未来发展趋势。根据已知的某两个控制点，对另一个中间加密坐标进行解算，是全站仪自由设站方法的关键所在，也是全站仪在缓和曲线测设中的突出优势所在。在对道路工程充分勘察、科学设计的基础上，往往面临着后续测设控制点不足等问题，造成这些问题的原因主要有数据丢失、人为失误、工程损毁等。面对这些问题，通过全站仪自由设站操作，则可有效弥补其不足之处[6]。

为了提高全站仪自由设站测量精度，必须合理掌握中线桩的关键点位。由于设站过程中，受地形地貌、人为操作等方面要素的影响，难免会存在布设误差，因此必须通过调整优化中线桩的位置，来合理规避误差，其计算公式为：

设P点坐标（XP，YP）的中误差分别为mx，mY，观测值β、DAP的中误差分别为mβ，mD，中间量γ的中误差为mγ。给出的XP=fx（β，DAP，γ），Yp=fy（β，DAP，γ），利用误差传播律可写出下列公式，表达中误差之间的关系：

采用全站仪进行线路定点放样前，一般采用卫星定位技术，采用静态或快速静态方式，布设一定数量和密度的控制点，作为全站仪测量与定位放线的基准点，其中静态测量方式为采用三脚架安置多台GPS接收机，同时开机进行静态数据采集，一般40min以上为1时段进行观测，经基线解算、网平差与联合平差，可达到毫米级数据精度，若无控制点，可采用全站仪自由设站进行观测。通过大量工程实践表明：在缓和曲线测设空间相对受限的情况下，采用全站仪自由设站可全面凸显其灵活性强、测量精度高、操作便捷等优势，有效降低了不利地形條件对测设造成的限制与制约，使在更加复杂多变的地形条件下开展高质量测设成为可能。在全站仪测设数据处理中，需要及时剔除模糊数据，使测绘数据更具实效性与针对性。可以预见，在GNNS定位信号较差的区域或对工程精度要求更为严苛的项目中，全站仪在缓和曲线测设实践中的实际作用与应用价值将更为突出。

4  结语

随着现代测绘技术的发展，以CORS为代表的高精度定位技术，配合全站仪等测量设备，逐步在外业地形数据采集、线路放样、土方量算等方面，发挥了巨大作用。同时以CORS-RTK技术可以避免全站仪控制点相互之间通视的要求，测量误差不累积，保证测量坐标的基准与精度的相对统一。

综上所述，全站仪的诸多优势特点决定了其在缓和曲线测设及精度控制中的应用地位。在工程类项目建设实践中，技术人员要充分遵循全站仪的基本应用规律，创新理念与方法，全面客观获取全站仪测绘数据，切实提高缓和曲线测设效果，保证测设精度，为工程项目建设提供最为可靠的数据保障，为提高工程项目建设效益奠定基础。

参考文献

[1] 陈寿辙，高芳群.电力线路带状地形测量内容与外业施测探讨[J].科技创新导报，2017，14（22）：47-48，50.

[2] 郭彩立，陈波.高精度陀螺全站仪在轨道交通工程测量中的应用研究[J].测绘与空间地理信息，2019（26）：181-183.

[3] 杨佳嘉，张玲玲，常晏宁.全站仪在建筑测量与质量控制中的应用[J].设备管理与维修，2018（12）：293-294.

[4] 赵祚喜，罗阳帆.基于全站仪的插秧机卫星导航作业精度检验方法[J].农业机械学报，2019（B7）：150-156.

[5] 张俊中，朱义朝，刘乾.基于全站仪在桥梁挠度检测中的应用和研究[J].测绘与空间地理信息，2019（1）：152-155.

[6] 梁中原，梁磊磊.探析道路测量的方法与施工测量要点[J].科技创新导报，2017，14（12）：97-98.

[7] 刘大鹏，关于缓和曲线用全站仪测设和计算的有关问题[J].科技创新与应用，2012（13）：29.