基于全站仪的山体土石方测量

基于全站仪的山体土石方测量

摘要：全站仪具有放样和一次性空间三维坐标测量的特性，利用这种特性测量山体土石方很方便，特别是没有地形原始资料又设计成不规则开挖面时更方便。本文主要介绍利用徕卡TC-1100全站仪在没有地形原始资料的情况下对开挖土石方量进行数据采集、数据处理及其优点等。

关键词：全站仪；不规则开挖面；土石方；测量

在以往的测量工作过程中，利用全站仪在实地先后量测了京津二线高速公路备土场土石方量；四川普光气田三通一平工程场平山体土石方量测；现以四川普光气田三通一平工程为例说明这种方法。

1 数据采集

地形概况:普光气田净化厂三通一平工程位于四川盆地东部，大巴山南坡前山带，属盆地边缘低山-丘陵区，地形起伏较大。厂区内山坡坡面树林密集，灌木杂草较多。厂区内地表上伏较薄的坡洪积层与坡残积层，厚0-5m，下附基岩为泥岩、砂岩、砂泥岩互层。主要工程量为挖方，开挖最大标高为478m，开挖的最大高度在100米左右，最低在20米左右。在开挖之前要进行山体土石方测量，那么要首先要建立测量坐标系。坐标系建立要依照以下几条原则。

1)此坐标系建立要根据地形特点，考虑实际测量时视线好坏方便与否。

2)此坐标系建立后具有永久性，在需要时能很快恢复出来。

3)坐标系建立能体现设计意图。即在坐标系建立时就要考虑以后的数据处理。如果坐标系没有建好，以后数据处理就很麻烦，也就无法体现这种测量方法的优点。

在本次测量中，把坐标原点即第一次架仪时的假设本站坐标(0，0，0)，取为靠近开挖地段的一个废弃房屋的顶端的水泥地面上。考虑到靠近公路的山坡是挖方边坡，因而具有规则坡面。为了减少计算不规则方格网，取公路方向为y轴正方向，然后利用全站仪的测距功能，在X轴正方向测定一个距离L，与坐标原点的高差H，则后视点坐标为(L，0，H)。对好后视以后，就可以采集山体开挖前的数据，为了能在具体施工过程中检查和施工完成后的验收，坐标系设置好以后还要在一个永久性构筑物上另设一个坐标点，跟永久性的坐标原点成为一对已知导线。本次测量的该点设在靠近边坡方向的电力线基座上。最后进行数据测量。

1)采集方法：坐标系设计好后，依据地形条件和测量精度要求进行采集。如果地形复杂，起伏变化大，或精度要求高，则应将山体分解成10米乘10米的方格网，如果山体地势平缓有规则，则可以减少和计算的工程量，可将其分成20 米乘20米的方格网，则对应的平面坐标为(0，20)、(0，40)⋯⋯、(20，0)、(20，20)、(20，40)⋯⋯。利用全站仪的放样和测坐标功能，先放样和测坐标，得到对应方格网交点的高程，同样，在施工完成后，利用原来设置好的坐标系将这些方格网角点恢复出来，再测高程，就可知道开挖是否到位。本次测量是将山体分成20米乘20米的方格网，具体测量数据见附图1方格网中的数据，

我将原地面高程与设计高程都标记在图上，上方数据为设计高程，下方数据为原地面高程。

2)利用全站仪采集数据有3个阶段：

①开挖前的山体，即原地面的高程数据。

②具体施工过程中的检验数据。根据检验数据判断此山体是否开挖到位，是否达到设计要求。

③竣工测量数据采集。

2 数据处理

按照图纸给好的控制点进行比较，将各坐标轴上的点和方格网角点的设计高程计算出来，计算数据见方格网中括号内数据。实测高程和设计高程都到图上后，就可以将各点上的高差计算出来，依据方格网土石方计算规则将开挖土石方计算出来。为计算有条理和利用计算机计算方便，将所有方格编号，如附图1上的1、2、3、4⋯⋯等共57个方格，例如方格2：4个点高差分别为40.13 m、43.85 m、63.42m、60.84 m，故方格2要开挖的土石方为：(40.13+43.85+63.42+60.84)／4×400=20824 m3。然后依据这种计算思路将所有方格计算完，汇总得所要开挖的土石方。

综上所述，故总结出土石方测量大体可以遵循的原则是方格网部分：方格网是20m×20m的方格，通过计算四个角的高差，然后相加取平均高差乘上单个方格网的面积，即得出单个方格网的挖方量，最后将其单个方格相加起来得出总开挖量。

3 这种测量方法的优点

1)数据准确。传统方法是在地形图上任设方格网，然后利用内插法将方格网上的高程计算出来；等高线绘制时就利用了内插法，现在方格网又用了内插法，数据就不真实了，但现在这种方法是实地用仪器一个点一个点测出来的，当然就比内插法所得数据要准确可靠。

2)操作性强。传统的方法是在地形图上设置方格网，利用最小二乘法算出最佳平面，遇到不规则开挖面时就很难设计出来，也无法检查是否开挖到位，这种方法在施工完成后，用全站仪利用最初测量时的坐标系将原设计点在开挖后的平面上恢复出来，测出高程，跟设计高程比较，判断是否到位，即这种方法既可判断开挖成同一高程面的情景，又可判断设计成不规则平面是否开挖到位的情景，因而这种测量方法的可操作性强。

3)适用性强。如果没有原始地形图，传统方法操作起来难，重新绘制地形图则工程量很大，现在这种方法要用全站仪将各个方格网布设到实际地形中，不受原始资料的限制，不受实际设计思路的影响，因而适用性强。

4 结束语

这种测量方法的关键之处就是将山体置于自己所设置的三维坐标系中。在具体操作中利用全站仪的测量优点，在设计、施工和竣工验收中始终利用自己所设的坐标系。因而比传统的测量方法有更广泛的适用性。

参考文献：

[1] GB50026-1993，工程测量规范 [S]．北京：中国计划出版社，2001．

[2]聂让，等公路工程施工测量[M]．北京：人民交通出版社，2000．

[3]钟孝顺，聂让，等．测量学[M]．北京：人民交通出版社，1999．