CN112921767B - 一种公路中线坐标放样方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种公路中线坐标放样方法，用以解决现有的放样方法外业操作步骤多、外业作业效率低的问题。该方法包括根据公路施工精度要求和用于放样的全站仪的标称精度参数，确定公路中线的放样点和测站点之间的最大控制距离；根据测站点的位置和最大控制距离，将公路中线划分为若干放样区段；进行中线放样作业之前，基于预先设定的程序，根据测站点坐标、后视点坐标和放样点坐标，计算标准放样元素；按照标准放样元素，通过放样设备，在放样区段进行中线放样。通过在室内计算公路的每个放样点在设定的测站点和后视点的条件下的放样元素，将原本需要在现场进行的一些操作转移到室内，可大大提高外业作业效率，减少外业错误出现的几率。

Description

一种公路中线坐标放样方法

技术领域

本申请涉及施工测量领域，尤其涉及一种公路中线坐标放样方法。

背景技术

全站仪和GPS实时动态测量(real-time kinematic survey)技术是公路中线放样的主要技术手段。在有树木等遮挡的情况下，全站仪放样测量相比GPS实时动态测量更具有独特的优势，全站仪已经成为公路中线放样的主要技术手段之一。

现有的公路中线放样方法，主要是通过直线和曲线的测设，将公路中线的平面位置按照一定的桩距标定在实地上，并测定路线的实际里程。传统的全站仪坐标放样方法，需要现场计算每个放样点的放样元素，致使外业操作步骤多、外业作业效率低，控制放样点位的精度不易控制，在现场进行数据输入操作也容易出现操作性的错误。

发明内容

本申请实施例提供一种公路中线坐标放样方法，用以解决现有的放样方法外业操作步骤多、外业作业效率低，放样点位的精度不易控制，在现场进行数据输入操作也容易出现操作性的错误的问题。

本申请实施例提供的一种公路中线坐标放样方法，包括：根据公路施工精度要求和用于放样的全站仪的标称精度参数，确定公路中线的放样点和测站点之间的最大控制距离；根据所述测站点的位置和所述最大控制距离，将所述公路中线划分为若干放样区段；进行中线放样作业之前，基于预先设定的程序，根据测站点坐标、后视点坐标和放样点坐标，计算标准放样元素；所述标准放样元素包括标准放样角度和标准放样距离；按照所述标准放样元素，通过所述全站仪，在所述放样区段进行中线放样。

在一个示例中，根据公路施工精度要求和用于放样的全站仪的标称精度参数，确定公路中线的放样点和测站点之间的最大控制距离，具体包括：根据公路施工精度要求，确定所述公路要求的放样精度；基于所述公路要求的放样精度，选择用于放样测量的全站仪；根据所述公路要求的放样精度和所述全站仪的标称精度参数，确定公路中线的放样点和测站点之间的最大控制距离。

在一个示例中，所述方法还包括：若所述公路中线上有部分放样点和所有测站点之间的距离都大于所述最大控制距离；则增加所述测站点的数量，直至所述放样点和至少一个测站点之间的距离小于所述最大控制距离。

在一个示例中，基于预先设定的程序，根据测站点坐标、后视点坐标和放样点坐标，计算标准放样元素，具体包括：确定预设的用于计算标准放样元素的程序；针对每个放样区段，确定测站点坐标、后视点坐标和放样点坐标，生成数据文件；根据所述放样区段的数据文件，基于所述用于计算标准放样元素的程序，计算所述放样点在所述测站点、所述后视点坐标下的标准放样距离、标准放样角度。

在一个示例中，计算所述放样点在所述测站点、所述后视点坐标下的标准放样距离、标准放样角度，具体包括：根据所述测站点坐标与所述放样点坐标，计算所述测站点与所述放样点的距离，作为标准放样距离；计算后视点坐标与测站点坐标连线的第一坐标方位角和测站点坐标与放样点坐标连线的第二坐标方位角；根据所述第一坐标方位角和所述第二坐标方位角，计算后视点坐标与测站点坐标连线与测站点坐标与放样点坐标连线之间的标准放样角度。

在一个示例中，按照所述标准放样元素，通过所述全站仪，在所述放样区段进行中线放样之后，所述方法还包括：计算所述所有放样点的实际测定坐标与所有放样点的设计坐标的差值；确定所述误差值小于预设阈值，则确定所述放样区段的放样工作完成。

在一个示例中，在所述放样区段进行中线放样之前，所述方法还包括：确定每个放样区段的测站点编号、后视点编号；根据所述测站点编号、后视点编号对应的标准放样元素，生成数据文件；所述数据文件包括放样区段内所有放样点对应的放样点桩号和每个放样桩对应的标准放样元素。

在一个示例中，将所述公路中线划分为若干放样区段，具体包括：根据所述放样区段的测站点和后视点，确定所述放样区段内与连续两个测站的距离都小于最大控制距离的放样点；将所述与连续两个测站的距离都小于最大控制距离的放样点作为两个连续放样区段的重合区段。

在一个示例中，按照所述标准放样元素，通过所述全站仪，在所述放样区段进行中线放样，具体包括：正确安置在所述放样区段测站点的全站仪，全站仪开机；进行后视，全站仪瞄准后视点上的棱镜，水平角度置零；根据所述室内计算的该区段内放样点的标准放样距离和放样角度进行放样；按照标准放样角度确定放样方向，在放样方向上通过全站仪实际测距，不断调整放样棱镜与测站点的距离，直至所述放样桩的实际放样元素与所述标准放样元素在要求的精度上相吻合，确定放样点点位。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本申请实施例通过编写程序并在室内计算公路的每个放样点在设定的测站点和后视点的条件下的放样元素，外业工作时直接按照预先计算的放样元素进行放样。将原本需要在现场进行的一些操作转移到室内，可大大提高外业作业效率，减少外业错误出现的几率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种公路中线坐标放样方法流程图；

图2为本申请实施例提供的一种划分放样区段的示意图；

图3为本申请实施例提供的一种计算放样元素的示意图；

图4为本申请实施例提供的一种对应于图2的部分放样区段的示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

全站仪能进行角度测量和距离测量并能够进行简单的计算，具有测量水平角度和平距的基本功能，几乎所有的全站仪都有放样测量的模块可以利用。利用全站仪的放样测量模块进行放样工作在每个测站都需要在现场输入测站点和后视点的点号和坐标，每一个放样点的放样坐标也需要现场输入或调用，不仅外业操作步骤多、外业作业效率低，也容易出现操作性错误。

图1为本申请实施例提供的一种公路中线坐标放样方法流程图，具体包括以下步骤：

S101：根据公路施工精度要求和用于放样的全站仪的标称精度参数，确定公路中线的放样点和测站点之间的最大控制距离。

在本申请实施例中，在工程测量中当施工控制网建立以后，为了满足工程的需求，需要将已设计好的路线位置在实地标出，以便施工，这个过程我们称为放样。在进行施工放样之前，首先要根据已经设计好的公路施工精度要求和用来进行放样的设备精度参数，确定待放样的公路中线的放样点和待设置的测站点之间的最大控制距离，并确定出待设置全站仪的测站点。

其中，在公路放样施工中，道路中线是已有设计坐标的点，但是不知道具体实地位置，需要用测量仪器去找到道路中线的实际位置，这样的点叫做放样点。测站点指的是外业测量时安放仪器进行观测的地点，本申请实施例中具体指用来放置全站仪的点位。

需要说明的是，本申请实施例中，放样设备具体可包括全站仪，放样设备参数具体可包括全站仪的测角和测距精度。

全站仪是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、高差测量功能于一体的测绘仪器***。

具体的，针对不同的公路，进行施工放样要求的施工精度也有不同的要求，进行放样之前，需要确定待放样的公路要求的放样精度，因此，根据待放样的公路施工精度要求，确定待放样的公路要求的放样精度，并基于带放样的公路要求的放样精度，选择用于放样测量的放样设备；公路要求的放样精度越高，也相应的选择精度越高的放样设备；在放样设备选择完成后，根据公路要求的放样精度和放样设备的测角和测距精度，确定公路中线的放样点和待设置的测站点之间的最大控制距离。

在本申请实施例中，放样点和实际测站点的距离要小于最大放样距离，若部分放样点和所有测站点之间的距离均大于最大控制距离，表示测站点的数量较少，在最大控制距离内，无法使每个放样点都对应一个测站点，也就无法利用测站点对全部放样点进行放样。因此，增加测站点的数量，直至放样点和测站点之间的距离小于最大控制距离，保证每个放样点都对应一个测站点，能够利用测站点对放样点进行放样。

具体的，根据设计和施工规范要求的公路中线坐标放样精度，结合所使用全站仪的测角和测距标称精度，确定放样点和测站点之间的最大控制距离。根据公路中线展点图和控制点分布图，将需要放样的公路中线分为若干个放样区段，每个区段内选择一个测站点和一个后视点，使放样区段内所有放样点和测站点之间的距离都小于最大控制距离。

S102：根据测站点的位置和最大控制距离，将公路中线划分为若干放样区段。

在本申请实施例中，根据测站点的位置和最大控制距离，对待放样公路进行划分区段，并将公路中线划分为若干放样区段，使每个放样区段内的所有放样点到其中至少一个测站点的距离小于最大控制距离。

公路一般是由直线、曲线段组合而成，公路施工过程中，一般把直线段和圆曲线的接点称为直圆点，把圆曲线的中间点称为曲中点，把圆曲线和直线段的接点称为圆直点。在等级较高的公路中，直线段和圆曲线段之间还会加缓和曲线段，相对于直线部分的放样区段来说，缓和曲线和圆曲线段的放样点位应该更为密集。

在本申请实施例中，根据放样区段的测站点和后视点，确定放样区段内与连续两个测站的距离都小于最大控制距离的放样点；将与连续两个测站的距离都小于最大控制距离的放样点作为两个连续放样区段的重合区段。此时，既可以利用前一个测站点对重合区段进行放样，也可以利用后一个测站点对重合区段进行放样，还可以利用前后两个测站点分别对重合区段进行放样，能够保证重合区段的放样精度。

具体的，图2为本申请实施例提供的一种划分放样区段的示意图，如图2所示，根据公路施工精度要求和用于放样的全站仪的标称精度参数，确定公路中线的放样点和待设置的测站点之间的最大控制距离为300m，测站点的位置为KZ01、KZ02、KZ03和KZ04。可将0+000～0+500区段作为第一放样区段，第一放样区段的测站点为KZ02，KZ02为放置全站仪进行放样的点，第一放样区段的后视点为KZ01。可将0+400～0+900作为第二放样区段,第二放样区段的测站点为KZ03，第二放样区段的后视点为KZ02，第一放样区段和第二放样区段内所有放样点至测站点的距离都小于最大控制距离300米。第一放样区段和第二放样区段的重合区段为0+400～0+500，重合区段上的放样点利用测站点KZ02在第一放样区段进行放样，也可以利用测站点KZ03在第二放样区段进行放样。保证第一放样区段和第二放样区段之间没有遗漏放样点，能够大大提高放样精度。

S103：进行中线放样之前，基于预先设定的程序，根据测站点坐标、后视点坐标和放样点坐标，计算标准放样元素。

在本申请实施例中，进行公路中线放样作业之前，基于预先设定的程序，根据测站点坐标、后视点坐标和放样点坐标，并将放样点坐标、测站点坐标、后视点坐标输入预先设定的程序，室内计算标准放样元素。其中，标准放样元素包括标准放样角度，标准放样距离。

在本申请实施例中，为了避免在野外施工现场输入后视点和放样点坐标，并进行放样测量导致的外业操作步骤多、外业作业效率低。因此，在进行公路中线放样之前，需要编写用于计算放样元素的程序，提前计算出标准放样角度，标准放样距离，无需在野外施工现场逐一输入后视点坐标和放样点坐标，能够将需要在现场进行的一些计算操作转移到室内，可提高外业作业的效率，减少外业作业出现错误的概率。

需要说明的是，后视点是已知坐标的数据点，后面的数据是以此为基础进行传递的。因此，在本申请实施例中，可将前一个放样区段对应的测站点坐标作为后一个放样区段对应的后视点坐标。

在本申请实施例中，首先选取每个放样区段的测站点和后视点，编制出用于计算标准放样元素的程序。

然后，服务器根据公路设计图中的放样点坐标和放样区段的测站点和后视点坐标，基于用于计算标准放样元素的程序，计算放样点在测站点、后视点坐标下的标准放样距离、标准放样角度。

在本申请实施例中，首先根据测站点坐标与放样点坐标，计算测站点与放样点的距离，作为标准放样距离；然后，计算后视点坐标与测站点坐标连线的第一坐标方位角和测站点坐标与放样点坐标连线的第二坐标方位角；最后，根据第一坐标方位角和第二坐标方位角，计算后视点坐标与测站点坐标连线与测站点坐标与放样点坐标连线之间的标准放样角度。

具体的，计算标准放样元素包括以下步骤：

步骤一、计算标准放样距离。

图3为本申请实施例提供的一种计算放样元素的示意图，如图所示，A点为测站点，且A点坐标为A(x_a,y_a)，B点为后视点，且B点坐标为B(x_b,y_b)，C点为待放样点，且C点坐标为C(x_c,y_c)。

标准放样距离为测站点A和放样点C之间的距离,利用公式

计算出测站点A和放样点C之间的距离即为标准放样距离。

步骤二、计算第一坐标方位角。

利用公式

计算后视点坐标与测站点坐标的连线的第一坐标方位角。

其中，t_ba表示第一坐标方位角，57.29577951308°表示与1弧度相等的度数。sgn(dy)为符号函数，在dy>0时，sgn(dy)＝+1；在dy<0时，sgn(dy)＝-1。实际计算过程中，为了避免分母dy为零，可让dy＝y_a-y_b+0.00001，一般测站点坐标精确到毫米位，dy加一个非常小的量对计算结果几乎没有影响，可以防止由于测站点与后视点的水平坐标y相等时导致分母dy＝0而出现奇异的结果。

需要说明的是，坐标方位角是由坐标北方向起，顺时针量到直线间的夹角，坐标方位角为正值，取值范围为0°-360°。

步骤三、计算第二坐标方位角。

利用公式

计算测站点坐标与放样点坐标与测站点坐标的连线的第二坐标方位角。

其中，t_ac表示第二坐标方位角，实际计算过程中，为了避免分母dy为零，可让dy＝y_c-y_a+0.00001。

步骤四、计算标准放样角度。

标准放样角度为后视点坐标与测站点坐标的连线和测站点坐标与放样点坐标与测站点坐标的连线之间形成的角度，图3中的∠BAC即为标准放样角度，利用公式K＝t_ba-t_ac+180°计算标准放样角度。

需要说明的是，坐标方位角取值范围为0°-360°。如果K>360°则标准放样角度＝K-360°；如果t_bc<0°，则标准放样角度＝K+360°。

在本申请实施例中，步骤四计算的标准放样角度是以度为单位的，利用全站仪进行角度放样是采用全圆周为360°的度分秒制,因此，需要将以度为单位的标准放样角度转换为度分秒制。

在本申请实施例中，在计算出标准放样元素后，需要将标准放样元素与对应的放样点汇总成数据文件。首先要确定每个放样区段的测站点编号、后视点编号，然后，服务器根据测站点编号、后视点编号对应的标准放样元素，生成数据文件。

其中，数据文件包括测站点编号、后视点编号、放样区段内所有放样点对应的放样点桩号和每个放样桩对应的标准放样元素。

例如，参见表1，表1是对应于图4的放样区段的数据文件。如图4所示，放样区段测站点为KZ02，后视点为KZ01，公路中线桩距取50.0m，该放样区段0+000～0+386.5为直线段，0+386.5～0+500为圆曲线段，桩号0+386.5为直圆点。

表1

S104：按照标准放样元素，通过全站仪，在放样区段进行中线放样。

在本申请实施例中，根据计算出的标准放样角度和标准放样距离，通过将全站仪设置在测站点，在放样区段进行中线放样。

在本申请实施例中，确定放置在放样区段测站点的全站仪，并获取全站仪测量出的放样桩的实际放样元素，调整该放样桩的位置，直至放样桩的实际放样元素与标准放样元素吻合，表示放样成功。其中，实际放样元素包括实际放样距离和实际放样角度。

具体的，在测站点正确安置全站仪，瞄准后视点，水平角置零，按照标准放样角度确定放样点的方向，在放样点方向上调整放样点对应的放样桩的位置，直至放样桩的实际放样元素与标准放样元素吻合，表示放样成功。其中，实际放样元素包括实际放样距离和实际放样角度。

在本申请实施例中，放样完成后，重新测定放样区段内所有放样点的坐标，计算所有放样点的坐标与所有放样点的设计坐标的误差值，若误差值小于预设阈值，表示放样精度达到了公路施工要求的精度，若误差值大于预设阈值，表示放样精度未达到公路施工要求的精度，如果放样点的坐标与放样点的设计坐标的误差值小于预设阈值，则确定放样区段的放样工作完成。如果放样点的坐标与放样点的设计坐标的误差值大于预设阈值，则需要对放样区段的进行重新放样。

具体的，以图4为例，KZ02为测站点，KZ01为后视点。进行公路放样之前，首先要设置全站仪棱镜常数、气温、气压值。然后，将全站仪架设在KZ02点,对中整平，后视KZ01点，全站仪水平角置零，完成后视工作。先放样桩号0+000，按照桩号0+000对应的数据文件中的标准放样角度和标准放样距离，将全站仪水平角转动至15°20′56″，固定全站仪水平角制动螺旋，放样点即在全站仪望远镜十字丝所确定的方向上。然后，指挥放样人员在放样方向上进行移动，多次测量放样桩与全站仪的距离并进行距离调整，如果所测距离大于标准放样距离，则指挥棱镜向测站点移动，如果所测距离小于标准放样距离，指挥棱镜向远离测站点的方向移动，直到棱镜和测站点的距离等于或者非常接近261.789m，获得满足放样精度要求的放样点位置。再继续放样桩号0+050，将全站仪水平角转动至9°25′32″，再调整放样距离至225.665m。逐点进行放样，直至该区段内所有放样点位放样完毕，再进行下一区段的公路中线放样。

本申请实施例通过编写程序并在室内计算公路的每个放样点在设定的测站点和后视点的条件下的放样元素，外业工作时直接按照预先计算的放样元素进行放样。将原本需要在现场进行的一些操作转移到室内，大大提高了外业作业效率，减少外业错误出现的几率。

本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种公路中线坐标放样方法，其特征在于，包括：

根据公路施工精度要求和用于放样的全站仪的标称精度参数，确定公路中线的放样点和测站点之间的最大控制距离，具体包括：

根据公路施工精度要求，确定所述公路要求的放样精度；

基于所述公路要求的放样精度，选择用于放样测量的全站仪；

根据所述公路要求的放样精度和所述全站仪的标称精度参数，确定公路中线的放样点和测站点之间的最大控制距离；

若所述公路中线上有部分放样点和所有测站点之间的距离都大于所述最大控制距离；

则增加所述测站点的数量，直至所述放样点和至少一个测站点之间的距离小于所述最大控制距离；

根据所述测站点的位置和所述最大控制距离，将所述公路中线划分为若干放样区段；

进行中线放样作业之前，基于预先设定的程序，根据测站点坐标、后视点坐标和放样点坐标，计算标准放样元素，具体包括：

确定预设的用于计算标准放样元素的程序；

针对每个放样区段，确定测站点坐标、后视点坐标和放样点坐标，生成数据文件；

根据所述放样区段的数据文件，基于所述用于计算标准放样元素的程序，计算所述放样点在所述测站点、所述后视点坐标下的标准放样距离、标准放样角度，具体包括：

根据所述测站点坐标与所述放样点坐标，计算所述测站点与所述放样点的距离，作为标准放样距离；

计算后视点坐标与测站点坐标连线的第一坐标方位角和测站点坐标与放样点坐标连线的第二坐标方位角；

根据所述第一坐标方位角和所述第二坐标方位角，计算后视点坐标与测站点坐标连线与测站点坐标与放样点坐标连线之间的标准放样角度；

所述标准放样元素包括标准放样角度和标准放样距离；

按照所述标准放样元素，通过所述全站仪，在所述放样区段进行中线放样。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照所述标准放样元素，通过所述全站仪，在所述放样区段进行中线放样之后，所述方法还包括：

重新测定所述放样区段内所有放样点的坐标；

计算所述所有放样点的实际测定坐标与所有放样点的设计坐标的差值；

确定所述差值小于预设阈值，则确定所述放样区段的放样工作完成。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述放样区段进行中线放样之前，所述方法还包括：

确定每个放样区段的测站点编号、后视点编号；

根据所述测站点编号、后视点编号对应的标准放样元素，生成数据文件；所述数据文件包括放样区段内所有放样点对应的放样点桩号和每个放样桩对应的标准放样元素。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述公路中线划分为若干放样区段，具体包括：

根据所述放样区段的测站点和后视点，确定所述放样区段内与连续两个测站的距离都小于最大控制距离的放样点；

将所述与连续两个测站的距离都小于最大控制距离的放样点作为两个连续放样区段的重合区段。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，按照所述标准放样元素，通过所述全站仪，在所述放样区段进行中线放样，具体包括：

正确安置在所述放样区段测站点的全站仪，全站仪开机；

进行后视，全站仪瞄准后视点上的棱镜，水平角度置零；

根据所述室内计算的该区段内放样点的标准放样距离和放样角度进行放样；按照标准放样角度确定放样方向，在放样方向上通过全站仪实际测距，不断调整放样棱镜与测站点的距离，直至所述放样桩的实际放样元素与所述标准放样元素在要求的精度上相吻合，确定放样点点位。

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