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施工测量中各种放样方法的对比李春林 周奎（浙江省隧道Z-程公司，浙江杭州310013）摘要：随着科学技术的不断发展，土建工程质量的好坏与其施工放样大有关联，测量工程与测量仪器工具也在不 断的更新，促使施工放样工作越来越简化，精度也越来越高.今日计算机技术的普及,高科技技术的应用,都在土 建放样中所起的作用越来越明显。文章对比阐述了传统放样和高科技放样方法,基于测量放样技术，探讨了当前放 样技术新趋势. 关键词：工程构造;施工放样；精度 中图分类号：X734 文献标识码：A文章编号:10067973（2013)Z1-0246-04 一、前言 工程构造物主要指路基、路面、桥涵、隧道及其附属构 造物和排水构造物。在构造物施工前，通过测量放样确定构 造物的施工位置，在施工过程中，通过测量放样对工程构造 物外形几何尺寸进行控制和检测,及时修正偏差，以准确体 现设计意图。在工程竣工后,通过测量对工程迸行质量检查 和验收.实践证明,精确地测量放样能准确控制施工质量和 节约工程成本.因此，施工放样是工程施工过程中的重要一 环它贯穿工程施工全过程。 在日常测量中,我们遇到的放样主要有施工放样、道路 放样、用地红线放样、建筑物角点放样、桥梁放样等。在放 样中,我们经常遇到一些问题，比如基准点与放样点之问坐 标系不一致，放样点点位通视条件差,放样点位精度差等。 如何解决这些问题,对于不同放样要求我们进行针对性的分 析.找到解决的方法. 二、常见的施工放样类型 1。传统经纬仪放样阶段 传统阶段的工程施工放样，是指利用光学经纬仪、钢尺、 水准仪等传统的测量仪器和工具来测设出点的平面位置和高 程位置.在传统的工程施工放样方法中，必须求出设计图中 的放样点或线相对于已知的点或线的相互关系，即水平角、 水平距离和高程，这些数据称为放样数据.然后按照放样数 据利用光学经纬仪拨出水平角，利用钢尺丈量出水平距离来 定出点的平面位置，最后利用水准仪测设出该点的高程位置。 因此，测设点的平面位置和高程位置是分开进行的。测设点 的平面位置最常用的方法有极坐标法和直角坐标法两种,另 外还有角度交会法和距离交会法等辅助方法。高程放样通常 采用视线高程法和高程传递法两种，视线高程法是用水准仪 在较为平坦的场地上测设高程的一种方法,而高程传递法是 用水准仪配合钢尺测设高差较大的点的高程的一种方法。 在传统的工程施工放样中，由于要用到钢尺丈量水平距 离，对于距离较长或地形起伏较大的地区，放样工作则显得 困难重重。对于有圆曲线或缓和曲线工程施工放样则更加复 杂,其测设大多采用偏角法或切线支距法，这些方法很容易 产生累计误差，放样的精度不高，而且放样的速度较慢. 因此,传统阶段的工程施工放样工作,不仅有大量的内 业计算，而且受地形限制，放样的速度较慢，放样的精度较 低。但不可否认的是，它的放样原理正是工程施工放样方法 向前发展的基础。 2。全站仪坐标放样阶段 随着光电测距仪的发展,出现了一种测距头，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CASIOLx4800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:行命令法；菜单命令 法；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。00Im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，全站型电子经纬仪即全站 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。 随着我国经济的快速发展以及测绘科学技术的不断进 步,全站仪已经越来越普及于各测绘单位和施工单位，现在 各个厂商生产的全站仪如徕卡、索佳、拓普康、南方、苏光 等都配有施工放样模式，使用方法简单易懂。首先是光学对 中及整平，然后是测站点设置接着是后视点设置，最后输入 放样点坐标,开始放样,完成后按“下点”键，继续放样。 从传统的经纬仪放样方法发展到全站仪坐标放样方法. 无需做任何放样数据的计算，放样的工序简化了,放样的精 度提高了，而且不受地形的限制。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多次移动目标，须23 人参加操作,这是全站仪坐标放样方法的不足之处。 3。KTK技术放样阶段 RTK（RealTime Kinematic)技术是基于载波相位观 测值的实时动态定位技术,它能够实时地提供测站点在指定 坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业 模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起 传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数 据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进 行实时处理。流动站可处于静止状态,也可处于运动状态。 RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术。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13min就能进入RTK工作状态， 在此状态下lmin内即可得到厘米级的点位精度。以徕卡双频 RTl卜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,输人参考站点的准确 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一84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一84坐标,最后通过 与参考站相同的坐标转换参数将WGS一84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lcm；RTK垂直精度可达3cm；最 大工作距离：25kin,在10kin范围内为最佳状态。 尽管如此，GPS接收机昂贵的价格还是让很多中、小型 施工单位望而却步，它还无法做到像全站仪那样普及，这是 推广RTK技术放样的最大障碍. 三、RTK与全站仪的比较 传统的方法在地形复杂的地方精度不高，在此就不做过 多比较，重点对RTK和全站仪进行一个比较。 1.使用条件 全站仪的使用必须有充足的可见光，因为在实现了自动 测量后仍旧需要人眼进行目标的瞄准,如果光线较弱就影响 了对目标的观测；其次还要有光学通视，也就是在目标物与 观测仪之间不能有遮挡物,以防止瞄不准目标或者测量不出 数据。 RTK技术不需要很强的光线，但是要求对天的光学通视, 因为此技术要利用人造卫星的信号，而此信号又比较弱.因 此要求在开阔的天空下进行；RTK各主机之间不需要光学通 视，即固定不动的主机以及流动站的主机不必光学通视，因 为连接使用的是无线电信号. 由于实际中对天的通视要比光学的通视更易于实现，所 以RTK技术应用的更为广泛。 2.测量的距离 一般的全站仪可以说是短距离测量工具,因为其最长的 测距也就1,500m，再远的话人眼就会难以辨认目标；而RTK 技术的一般测量距离在10，000m左右，因此在实际的测量 中可以一次性地完成测量任务。 3。测量的误差 正如上面提到的测量距离问题，由于全站仪要在实际的 测量中搬站，在此过程中会产生误差，毕竟每个站点都不是 绝对的精确,这一理论叫做误差传播理论即搬站的次数越多, 累积的误差值也就越大.由于RTK技术在测量过程中得到的 每一点的误差都是相对于基准站而言的，不会像全站仪那样 出现误差传播的问题,更不会有误差累积的后果。 4。引点问题 无论在发达的城市还是在落后的乡镇，控制点的数目都 不足够.此时使用全站仪不可避免地产生误差的累积效应； 而使用RTK技术就不必担心控制点的问题。 5.人员问题 全站仪实施测图至少要3个人,且都是专业人士；而RTK 只需要一个专业人士,此外放样的效率也是极大的优于全站 四、工程放样基本方法的分析1.角度放样方法 放样角度（这里指放样水平角，也称拨角），是在一点上 设站，以该点的某一固定方向为起始方向，按设汁转角放出另 一方向,按精度要求和使用仪器的不同，可选用不同的方法. (1）经纬仪盘左盘右分中法测设水平角 设地面上已有OA方向线，拟从OA方向顺时针测设已 知水平角B，为此，将经纬仪安置在.点，先置盘左位置用 望远镜瞄准A点，读取水平度盘读数,松开水平制动螺旋, 旋转照准部使读数增加p角值,在此视线方向上定出B点。 (2)归化法测设水平角有时为了提高放样角度的精度，可以采用归化的方法， 即将直接放样的点位作为过渡点，然后用普通测量的方法施 测过渡点与已知点之间的角度,将实测值与设计值比较得出 差值,再由过渡点修正这一差值，把点位归化到较精确的位 置。当要求测设水平角的精度较高时，可采用测设端点的垂 线改正的方法。 (3）角度放样精度及误差来源 1）仪器误差所引起的测角误差。仪器使用前一般都要进 行检查校正，但仍不可避免有残余误差，只能在使用过程中 采取措施使之抵消或削弱，一般要求做到以下几点：利用校 正好的水平度盘水准管仔细安平，使仪器竖轴铅直；均匀使 用水平度盘刻划，交换度盘位置读数;采取正、倒镜观测， 取其平均值；望远镜的倾斜角不宜过大，仪器至两观测目标 的距离应大致相等. 2）由外界影响所引起的测角误差。旁折光、风力、烟尘、 仪器受热不均匀等外界影响均会引起测角误差。由于此种误 差大小难以用公式推算，故应采取措施设法避免，例如，尽 量选择无风时间观测，给仪器打伞等。 3）观测方法本身所引起的测角误差.水平角观测一般采 用测回法或全圆测回法进行观测，但无论用哪种方法,都必 须进行精确瞄准和读数,而每次瞄准和读数都不可避免的产 生误差。 2。长度放样方法 在施工放样中，往往需要由已知点沿已知方向，按设计 的长度放出另一点的位置,即进行已知水平距离的测设，按 精度要求和使用的工具、仪器不同,通常有以下几种方法。 (1）一般方法。在现场测设某长度时，线段的起点和方 向是已知的。在要求一般精度情况下的测设时，从已知点开 始，按已给定的方向，以一般丈量方法，丈量出给定的长度 值，将线段的另一端暂时标定于地面,为了检核，应进行两 次测设或测设后返量。若两次丈量之差在限差范围之内,取 其平均值作为最后结果，根据其与给定距离的差值，可将暂 定点进行改正或改钉. （2）用钢尺精密的测设法。根据钢尺精密量距的原理， 测设已知长度的直线时,将设计尺寸结合钢尺的实际长度、 丈量时的温度以及地面起伏的情况,计算出应该丈量的数值， 计算时尺长、温度、倾斜等项改正数的符号与量距时相反。 （3)长度放样精度。长度放样的精度主要取决于二个方 面，一是测量长度的相对中误差m，另一是修正值的相对中 误差ma，根据误差传播定律得距离放样的相对中误差平方 为：rn=m2+mA2。 因为放样时的修正数一般较小，所以距离放样时的误差 主要取决于测量长度的误差。目前，普通钢尺量距方法仍普 遍采用，而在长度测量的过程中也同样会产生误差,即使加 入尺长、温度、高差等改正项，还仍然存在误差，影响丈量 长度的精度。其产生误差的主要来源有以下几个方面:钢尺 长度误差（或检定误差）的影响ml尺；拉力误差影响mlp； 温度变化误差影响mh；钢尺垂曲误差影响mlI;钢尺倾斜误 差影响mlh；定线误差影响ml定；钢尺读数误差影响ml 上述各项误差本身有的属于系统误差，有的属于偶然误差。而对长度测量的影响也可能是系统或偶然性质，必须按 实际情况加以确定。 3.高程放样方法 高程放样方法很多，最常用的是几何水准测量,此外, 有时也用卷尺直接丈量或用三角高程测量方法等。采用何种 方法，应根据工程需要的精度决定。比如，进行精密高程放 样时则可采用液体静力水准方法。 4.悬挂钢尺法放样 当所放样点高程与已知点高程相差较大，即高差较大， 算出的b（绝对值）超过水准尺的长度时，可采用两台水准 仪并借助于悬挂钢尺(零端在下）的方法. 若钢尺的零点在下端，则HB=HA+a1_bl+a2一b2。 式中,HA为已知点高程；HB为放样点设计高程；al,a2 为后视水准尺和钢尺上的读数；bl为前视钢尺上的读数；b2 为放样点处前视水准尺的应有读数。它可根据需要作尺长、 温度等项改正。悬挂的钢尺下端应挂上检定钢尺时的标准拉 力重锤.否则须进行拉力改正。在施工测量中，往往遇到放 样具有同一高程的许多点位,例如平整场地、梁面水平等, 这在施工中俗称“抄平”。 抄平工作除了可应用上述方法逐点进行高程放样外，为 提高放样速度，避免发生读数错误或减少放样时的读数误差 影响,通常采用下述方法进行. 五、基本放样方法的类比分析 施工放样方法有多种。我们就直角坐标法、极坐标法、 方向线交会法、角度前方交会法几种基本施工放样方法进行 分析比较。弱就影响了对目标的观测；其次还要有光学通视， 也就是在目标物与观测仪之间不能有遮挡物,以防止瞄不准 目标或者测量不出数据。 RTK技术不需要很强的光线，但是要求对天的光学通视， 因为此技术要利用人造卫星的信号，而此信号又比较弱.因 此要求在开阔的天空下进行;RTK各主机之间不需要光学通 视，即固定不动的主机以及流动站的主机不必光学通视,因 为连接使用的是无线电信号。由于实际中对天的通视要比光 学的通视更易于实现，所以RTK技术应用的更为广泛. 1.直角坐标法 先在地面上设两条互相垂直的轴线,作为放样的控制线。 沿着X轴测设纵坐标,再由纵坐标的端点对X轴作垂线,在 垂线上测设横坐标。为了使放样工作精确和迅速,在整个建 筑场地应布设方格网作为放样工作的施工控制网。这样，建 筑物的各点就可根据最近的方格网顶点来放样.用直角坐标 法放样时，所用测量工具简单,但能达到较高的精度。但应 用这种方法的基本条件是沿着坐标轴方向，以及由坐标轴至 各点，都能够直接丈量和相互通视. 2.极坐标法 先要相对于起始方向测设己知的角度。再由控制点测设规定的距离。此法具有测量工具简单、精度较高的特点。适 用于测设点靠近控舸点,便于量距的地方：短点是工作量太、 既要测角又要量距。同时还要对所测设的角度进行改正。 3。方向线交会法 测定点由相对应的两己知点或两定向点的方向线交会而 得。可以利用最近的方格网顶点来放样。此法所用测量工具 简单.但能达到较高的精度。适用于测设点在相对应的两己 知点或两定向点的方向线上.优点是不用测角和量距。 4。角度前方交会法 在己知控制点上，用由计算而得的交会角A和B的两条 方向线的交点求得放样点.用角度前方交会法放样时，所用 测量仪器精度要求较高.此法适用于不便量距或测设点远离 控制点的地方。 六、基本建筑放样方法的选择 当我们要放样某一建筑物的各轴线点或细部点时，究竟 采用何种方法来放样,则需要综合考虑各种因素的影响: （1)建筑物所在地区的条件;（2)建筑物的太小、种 类和形状；（3）放样所要求达到的精度;（4）施工的方法和 速度；(5）施工阶段；（6）测量人员的技术条件；（7）现有 的仪器条件: 1）对于直角坐标法而言,它适用于各种类型与大小的建 筑，也适用于各种不同的精度。例如，工业企业的建造、城 市和市镇建筑物的放样.在工业场地上小型桥梁和小型小工 建筑物的放样等。 2)极坐标法放样点位时，可采用直接丈量由极电到放样 点的距离.适用于各种类型与太小的建筑. 3）在大型工业企业施工场地上，当建筑物上的某些点离 放样控制点很远,不可能直接丈量距离时，则用角度前方交 会法进行放样较为有利. 4)在工业企业的施工放样中，时常用方格网的形式作为 施工控制阿,控制点均位于边长为50m一100m的方格网顶 点上。这样，对于距离较近的建筑物，可以用方向线交会法 或直角坐标法来放样。 5)施工的速度对于放样方法的选择,影响很大。如果建 筑物很大,而且是一下子全面施工，则所采用的放样方法必 颓要保证从建筑物的外面来放样出建筑物的大小。在这种情 况下，则采用角度前方交会法能较容易地从建筑物的外面放 6)在旋工全面开展的情况下，还可以这样做，即将建筑物的个别部分放样在设计的位置，在这个别部分上从外面标 定一些辅助控制点,再由这些辅助控制点直接在建筑物上进 行该建筑物其余部分的放样。不过这种放样程序，不是随时都可能的，而且应当很好地与总的施工计划相配台。 g）施工阶段对放样方法的选择也起着相当大的作用.例 如，在水中进行施工时,则起初的一个阶段显然是采用角度 前方交会法或方向线交会法进行放样。其它方法是无法进行 7）对于曲线形的大型建筑物的放样，通常采用角度前方交会法。只有连续形式的啦线形建筑物,例如，道路的路基、 渠道、挡土墙等，才借助于曲线测设用表,用直角坐标法或 其它的方法来放样. j)测量人员的技术条，牛和施工测量部门所具有的仪器 的精度，在一定程度上也影响着放样方法的选择。例如，当 具有的仪器精度较低时，就不宜于用角度前方交会法来放样, 而要选用其它的方法。同时,根据所用仪器的精度、观测方 法及测量人员的技术条件、仔细的程度,各种放样方法之间 的精度差别也是很大的. 七、结论 随着仪器不断更新、改进和计算机的处理数据的广泛应 用,施工放样工作越来越简化,精度也越来越高。人们可以 根据实际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，如隧道、桥梁等要采用全站仪和水准仪进行坐标和高 程放样；RTK-GPS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 利用RTKGPS进行导线点的测量和加密，用全站仪进行放样。总之，现在的工程施工要求满足更多的技术指标,放样的技术也就和仪器的发展以及处理数据的新方法密切联系, 每一种方法都有优点和使用的范围,灵活的应用可以提高生 产效率.在放样中，工作人员还要认真做好数据的分析工作， 不断地积累和探讨在精度范围内的放样经验,以精确、快速、 实用为标准，满足以后不断进步的施工技术需要. 参考文献 【11孔祥元，郭际明，刘宗泉。大地测量学基础M。武汉：武 汉大学出版社，2001,9. 2】刘培文。现代公路勘测设计实用技术【M】.北京:人民交通 出版社，1999，5. 3姜晨光，闰桂峰。公路工程控制测量中应用兰勃特投影的 理论分析U.中国公路学报，1999，10. 【4】4欧阳平,张峪.曲线拟合高程在公路测量申的应用研究U. 测绘通报，2004，8. 5付锌砂,龚德俊。公路测设新技术的现状与展望U。中国公 路学报，1998，7.