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.\ 外 业 测 量 一、测量学的基本概念与测量仪器的使用注意事项 测量学是指研究如何测定地面点的平面位置及高程，如何将地球表面的地貌及其他信息测绘成图，如何确定地球的形状和大小，并将设计图纸上的工程构造物放样到实地上的科学。主要分为普通测量学、大地测量学、摄影测量学、工程测量学、制图学等。测量在道路、桥梁工程建设中起着重要作用，测量工作必须遵循“从整体到局部，由高级到低级，先控制后碎部”的原则。前期的控制及地形图测量可为获得一条最经济、最合理的路线提供重要的数据支持，纵横断面、桥涵的测量可为设计提供必要的数据，并可指导施工。道路、桥梁、隧道竣工后，在营运阶段要定期进行变形观测，确保道路、桥梁、隧道等构造物的安全使用。可以说，道路、桥梁、隧道等的勘测设计、施工、竣工后的养护维修各个阶段都离不开测量技术。作为一名路桥工程的专业技术人员，必须具备测量学的一些基本理论、基本知识和基本技能。 随着测绘事业的发展，测绘仪器越来越先进，操作越来越简单，但现在操作人员往往不注意各种仪器的正确操作，扭动螺旋时用力过大，仪器使用间隙远离立镜点。测量仪器作为一种精密仪器，任何不正确的操作都容易增大测量误差和造成仪器的损坏。 各种仪器一般都有其固定的操作程序。水准仪测量一般操作程序为：粗平、瞄准、精平、读数。但现今使用的水准仪大都为自动精平的，已基本省略了精平的步骤。但使用前应先检查仪器是否是自动精平水准仪。全站仪作为目前使用的主要仪器，其一般操作程序为：对中、粗平、精平、观测。但其对中、精平一般需两次以上。经纬仪目前已基本不再使用了。各种仪器在使用过程中，对角螺旋、制动螺旋、望远镜头等均需轻微扭动，以免造成仪器的观测误差和损坏。 水准仪、全站仪等测绘仪器是一种结构复杂、价格昂贵的精密仪器，如果仪器损坏或发生故障，都会给生产带来直接影响，因此必须严格遵守操作规程，正确使用。仪器在使用过程中一般应注意如下事项： 1、对于新购置的仪器或者是首次使用仪器时，应结合仪器认真阅读仪器使用说明书。通过反复学习、使用，力求做到“得心应手”，最大限度的发挥仪器的作用。 2、仪器的镜头不能直接照准太阳，否则容易造成仪器损坏或者导致观测者眼睛受到伤害。 3、在整个操作过程中，观测者不准离开仪器，以避免发生意外事故。特别是我们的项目大多是老路加宽改造，在公路上测量，车辆、行人较多，好奇者又较多，尤其需要注意这一点。 4、仪器使用时发现问题，且勿擅自打开、拆卸或者修理仪器。 5、仪器应保持干燥，在潮湿情况下使用或遇雨后应将仪器擦干，放在通风处，完全晾干后才能装箱。 6、所有制动螺旋不可拧的过紧。 7、全站仪在搬站时，即使距离很近，也应取下仪器装箱。 8、全站仪充电时应按说明书的要求进行，使用对应型号的充电器，充电时达到充满既可，不要长时间插在电源上，电池不要弄湿。 9、光学镜头不可直接用一般布或卫生纸擦拭。 二、平面控制测量与路线中线测量 （一）平面控制测量 1、控制测量的任务与基本内容 控制测量的任务就是精确确定地面点的空间位置。由这些点位构成的网形称为控制网。其作用是作为较低等级测量工作的依据，在精度上起控制作用。 控制测量的服务对象主要是各种工程建设、城镇建设和土地规划与管理等工作。这就决定了它的测量范围比大地测量要小，并且在测设手段和数据处理方法上具有多样化的特点。工程建设方面，根据建设进程，大体上可分为规划设计阶段（此阶段又分为可行性研究阶段、初步设计阶段和施工图设计阶段）、施工建设阶段和建设后营运阶段。每个阶段都对控制测量提出不同的要求。例如：在规划设计阶段需要建立适于测绘中、大比例尺地形图的测图控制网，用于作为图根控制测量的依据，以保证地形图的精度和图幅间的准确拼接。在施工建设阶段，必须建立必要精度的施工控制网，以保证将设计要素精确的放样到实地上去。建后运营阶段必须建立以监视建筑物变形为目的的变形观测专用网，为能精确的测出建筑物的微小变形，要求变形观测控制网具有较高的精度。 严格说来，控制测量作为一项工程，同样可分为三个阶段，每个阶段都有各自的任务。在控制网设计阶段的主要内容有可行性论证，估算起技术经济指标，撰写技术设计报告等。在控制网的施测阶段，主要内容是根据技术设计报告进行网的布设：踏勘选点、埋石、委托保管、观测、数据处理等。在使用阶段，主要是对控制网成果进行有效的管理，以便能够迅速、准确的为各项工程建设提供有用的资料，此外还包括对网的维护和补测等。但在实际操作过程中，各阶段的分界线并不是十分明确，甚至是往往有些交叉。作为我们目前情况来说，其中省略了不少内容。 2、控制网的布设形式 平面控制网的布设形式主要分为⑴三角网：在地面上选定一系列点位，使其相互通视，并按三角形的形式连接起来即构成三角网；三角网中的观测数据是网中的全部方向值；起算数据为起算边长、起算坐标、起算方位角。⑵导线网：导线网是目前工程控制测量中最常用的布设形式，它可以是单一的附合导线或者闭合导线，也可以是由一个或多个节点构成的导线网；网中的观测量为角度（方向）和边长；起算数据为坐标和方位角。⑶边角网和三边网：边角网是指测角又测边的以三角形为基本图形的网，如果只测边而不测角即为三边网。实际上导线网就可以看作边角网的特殊形式；随着测距仪、全站仪等测距设备的完善和普及，导线网和边角网得到了广泛的应用，已基本上代替了三角网作为等级控制；由于在测站上完成测边比完成测角要容易的多，因而在设备和现场条件允许的情况下，大多采用完全测边网。在精度要求较高的情况下，可采用部分测角或边角全测的边角网。⑷GPS网：进入90年代后，随着GPS定位技术在我国的引进，到目前为止，GPS和GPS RTK定位技术已成为我们控制测量的主要技术手段；作为高自动化、高精度的测量方法，它带来了测量技术、测量方法的一次革命性变革。 3、导线测量 导线测量作为我们目前最常用的一种方法，我们进行着重介绍一下。导线测量在公路、铁路水利、地下工程等带状地区、隐蔽地区的控制点测量中应用最为广泛。将测区内相邻控制点连成直线而构成的折线图形称为导线。导线测量就是依次测定各导线边的长度和各转折角，根据起算数据，推算各边的坐标方位角，从而求出各导线点的坐标。导线根据测区的不同情况可布设成闭合导线、符合导线、支导线三种形式。⑴闭合导线：从一已知点出发，最后仍回到这一点，组成一闭合多边形，需要已知起始点坐标和起始方位角，可采用附近高级控制点或者假定。闭合导线多用在面积较宽阔的独立地区作测图控制。⑵附合导线：从一对高级控制点出发，最后附合到另外一对高级控制点上。多用在带状地区作测图控制，并广泛应用于公路、铁路等工程的勘测施工。⑶支导线：从一控制点出发，既不闭合也不附合于已知控制点上。 闭合导线和附合导线在外业测量与内业计算中都能校核，因此是布设导线的主要形式。支导线没有校核条件，差错不容易发现。但目前我们在路网改建的平面控制测量中沿线国家高级控制点极少且距离较远，受地形条件和设备的影响，我们多采用支导线形式布设控制网，这就需要我们在测角、测距时要小心仔细，角度按两个测回测设以减少误差。控制点要放在通视条件好，不易被破坏的地方，栓桩要求准确，醒目明显。严格执行中华人民共和国行业标准《公路勘测规范》JTJ061-99。测量成果精度均应满足该规范规定。测量记录应现场立即记录，字迹要清楚，整齐，不准涂改，字改字，转抄；不准伪造数据以符合精度。 4、GPS系统简介：GPS是全球定位系统（Global Positioning System）的简称，该系统是美国国防部研制的以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。现在共有24颗卫星在工作，在地球表面任何地方任何时刻，在高度角15度以上，平均可同时观测到6颗卫星，随着美国政府取消了限制民用精度的“SA”政策，进一步提高了民用精度。GPS系统的建立为测绘工作提供了一个崭新的定位测量手段，GPS导航定位具有定位精度高、观测时间短、测站间无需通视、可提供三维坐标、操作简便、全天候作业、功能多应用广等显著特点，因而在城市与工程控制网的建立、更新与改造中得到了日益广泛的应用。随着GPS技术不断成熟，公路、铁路等线路勘测也逐步开始应用该技术。线路控制网大多以狭长形式布设，并且有很多工程是穿越山林，周围已知控制点较少，使得传统测量方法在网形布设、误差控制等多方面带来很大问题，同时作业时间也比较长，直接影响了工程建设的正常进度。GPS技术应用，使其测量效率及测量精度得到了可喜的提高。目前线路测量中应用GPS技术主要有两种情况，一种是应用GPS定位技术替代导线测量；一种是应用GPS定位技术加密国家控制点或建立首级控制网。现在RTK技术的发展，甚至可以不布设各级控制点，仅依据一定数量的基准控制点，便可以高精度并快速的测定地形点、地物点的三维坐标，为地形图测量和中线测量提供了更便捷的方法，采用RTK技术进行测图或者放样时不需点间通视，仅需一人背着仪器在要测的点位上呆上几秒钟即可完成，大大提高了测图和放样的工作效率，在其有效的接收范围内，基准站不需要搬迁。 （二）路线中线测量 路线中线测量是通过直线和曲线的测设，将道路的中线具体的测设到地面上去，并测出其里程。随着测设技术的发展，我们目前所指的中线测量主要是指中线放样，横断面的测量，在控制及地形图测量完成后采用先进的计算机技术一般先在计算机上定出路线的走向，并计算出沿线中桩坐标，然后采用全站仪或者RTK技术将设计数据放样到实地上，测出横断，中平后即可完成中线测量。由于测量设备的发展，现在基本都是采用极坐标法进行放样。中桩放样时应确保点位准确，纵横误差应满足规范要求，后一测站对前一测站所放中桩要有校核，中桩处应写有明显标识。测设时里程桩可分为整桩和加桩，加桩可分为地形加桩、地物加桩、曲线加桩和关系加桩，加桩要准确，使纵向地面线能准确反映实际地形起伏情况。 三、高程控制测量及路线纵横断面测量 （一）高程控制测量 在建立好平面控制网后必须建立相应的高程控制网，要布设高程控制网，首先必须建立一个统一的高程基准面，所有的都以这个面为零起算，也就是以高程基准面为零高程面。由于大地水准面所形成的体形是与整个地球最为接近的体形，因此通常采用大地水准面作为高程基准面，我国以青岛验潮站为基本验潮站，并推求其平均海水面作为我国的高程基准面，现在根据1952～1979年间的验潮资料计算确定的高程基准面成为“1985国家高程基准”。高程测量按使用的仪器和测量方法来分有水准测量、三角高程测量、气压高程测量三种。 水准测量是高程测量中最常用的方法。我们平常也主要是采用水准测量。水准测量的原理是利用水准仪的水平视线，在已知高程点和未知高程点上竖立水准尺并读取读数，测定两点间的高差，从而可由已知点的高程推算出未知点的高程。水准点是通过水准测量方法获得高程的高程控制点，在我们路线测量中通常用BM表示。在水准点之间进行水准测量所经过的路线称为水准路线，水准路线可布设成以下几种形式：⑴闭合水准路线，从某一已知水准点BM1开始，沿各高程待定的水准点进行水准测量，最后仍回到原出发水准点BM1，成为闭合水准路线。该测量所得各段的高差总和理论上应等于零，可以作为水准测量正确与否的检验。⑵附合水准路线，从已知水准点BM1出发，沿各高程待定的水准点进行水准测量，最后符合到另一个已知高程的水准点BMn上，称为附合水准路线。该测量所得各段的高差总和理论上应等于两端已知水准点间的高差，可以作为水准测量正确性与否的检验。⑶支水准路线，从一个已知高程的水准点BM1出发，沿各高程待定的水准点进行测量，其路线既不闭合也不附合，称为支水准路线。支水准路线应进行往返水准测量，往返高差总和绝对值应相等，而符号相反，以此作为支水准路线测量正确性与否的检验。 我们现在路网改建中高程控制测量由于沿线国家高等级水准点比较少，一般都是沿路线布设，采用假定高程，用支水准路线的方法进行测量，且都是用塔尺而非水准尺，从规范角度严格来说应归于五等水准测量，但通常我们都按四等水准的往返较差来控制精度。由于属于支水准路线，这就要求我们在测量读数时要极为仔细，以防出现较大的误差，特别是在转点时要注意塔尺应放在坚硬的地方。由于我们不采用水准尺，亦不存在红黑面读数的问题。根据我们目前的实际情况，测量误差主要来源于仪器误差、操作误差和外界条件影响产生的误差。我们尤其要注意的就是仪器要严格整平，塔尺尽可能竖直，读尺时不能误读整米，塔尺尺节是否全部拔出，十字丝上下丝错读为中丝，每站往返测量后要及时进行计算，以避免不必要的返工。同时，水准测量在满足精度的要求下，所设水准点点位处应平整易保存，间距在500米左右，标识明显醒目，点位描述精确。 （二）纵横断面测量 路线纵断面测量又称中线水准测量，它的任务是在道路中线测定后，测定中线各里程桩的地面高程，绘制路线纵断面图，供路线纵坡设计之用，即我们通常所说的中平测量。横断面测量是测定中线各里程桩两侧垂直于中线的地面高程，绘制横断面图，供路基设计、土石方数量计算以及施工放边桩之用。中平测量一般从一水准点开始，逐个测定中桩的地面高程，直至闭合到下一个水准点上。横断采用水准仪测量，路线每侧根据路基设计宽度测设足够横向宽度，在测量时要保证横断方向垂直路线方向，数据能精确反映路线横向的实际地形情况，在地形变化处，底宽大于50cm的沟渠要在沟渠底部分别立尺。 四、地形图测量 地形图的测绘就是将地球表面某区域内的地物和地貌按正射投影的方法和一定的比例尺，按规定的图式符号测绘在图纸上。地形图的测绘应遵循“由整体到到局部”的原则，先作控制测量，在测区内建立平面及高程控制，然后根据控制点进行地物和地貌的碎部测量。现在我们通常的碎部测量方法是采用全站仪或GPS采集碎部点，然后展点在计算机上，采用专业的绘图软件直接形成电子图。转化为AUTOCAD的图形文件格式，扩展名为DWG。平面组用全站仪现场采点，所采点位数据应能精确反映测区的地形地貌及地物，现场草图绘制人员应能熟悉地形图测绘知识，所绘草图应清晰明了，使内业编绘人员能正确连线，如亲临现场。 地形图应表示测量控制点、居民地和垣栅、工矿建筑物及其他设施、交通及附属设施、管线及附属设施、水系及附属设施、境界、地貌和土质、植被等各项地物、地貌要素，以及地理名称注记等。并着重显示与测图用途有关的各项要素。地物、地貌的各项要素的表示方法和取舍原则，除应按现行国家标准地形图图式执行外，还应符合如下有关规定。 1、测量控制点测绘，测量控制点是测绘地形图和工程测量施工放样的主要依据，在图上应精确表示。各等级平面控制点、导线点、图根点、水准点，应以展点或测点位置为符号的几何中心位置，按图式规定符号表示。 2、居民地的测绘，居民地的各类建筑物、构筑物及主要附属设施应准确测绘实地外围轮廓和如实反映建筑结构特征。房屋的轮廓应以墙基外角为准，并按建筑材料和性质分类，注记层数。 3、工矿建（构）筑物及其它设施的测绘，工矿建（构）筑物及其它设施的测绘，图上应准确表示其位置、形状和性质特征。工矿建（构）筑物及其它设施依比例尺表示的，应实测其外部轮廓，并配置符号或按图式规定用依比例尺符号；不依比例尺表示的，应准确测定其定位点或定位线，用不依比例尺符号表示。 4、交通及附属设施测绘，交通及附属设施的测绘，图上应准确反映陆地道路的类别和等级，附属设施的结构和关系；正确处理道路的相交关系及与其它要素的关系；铁路轨顶（曲线段取内轨顶）、公路路中、道路交叉处、桥面等应测注高程，隧道、涵洞应测注底面高程。公路与其它双线道路在图上均应按实宽依比例尺表示。国道应注出国道路线编号。公路、街道按其铺面材料分为水泥、沥青、砾石、条石或石板、硬砖、碎石和土路等，应分别以砼、沥、砾、石、砖、碴、土等注记于图中路面上，铺面材料改变处应用点线分开。铁路与公路或其它道路平面相交时，铁路符号不中断，而将另一道路符号中断；城市道路为立体交叉或高架道路时，应测绘桥位、匝道与绿地等；多层交叉重叠，下层被上层遮住的部分不绘，桥墩或立柱视用图需要表示，垂直的挡土墙可绘实线而不绘挡土墙符号。路堤、路堑应按实地宽度绘出边界，并应在其坡顶、坡脚适当测注高程。道路通过居民地不宜中断，应按真实位置绘出。高速公路应绘出两侧围建的栅栏（或墙）和出入口，注明公路名称。中央分隔带视用图需要表示。市区街道应将车行道、过街天桥、过街地道的出入口、分隔带、环岛、街心花园、人行道与绿化带绘出。跨越河流或谷地的桥梁，应实测桥头、桥身和桥墩位置，加注建筑结构。大车路、乡村路、内部道路按比例实测，宽度小于1M毫米时只测路中线，以小路符号表示。 5、管线测绘，永久性的电力线、电信线均应准确表示，电杆、铁塔位置应实测。各种线路应做到线类分明，走向连贯。 6、水系测绘，江、河、湖、海、水库、池塘、泉、井等及其它水利设施，均应准确测绘表示，有名称的加注名称。根据需要可测注水深，也可用等深线或水下等高线表示。河流、溪流、湖泊、水库等水涯线，按测图时的水位测 7、境界测绘，境界的测绘，图上应正确反映境界的类别、等级、位置以及与其它要素的关系。县（区、旗）和县以上境界应根据勘界协议、有关文件准确清楚地绘出，界桩、界标应测坐标展绘。乡、镇和乡级以上国营农、林、牧场以及自然保护区界线按需要测绘。两级以上境界重合时，只绘高一级境界符号。 8、地貌和土质的测绘，地貌和土质的测绘，图上应正确表示其形态、类别和分布特征。自然形态的地貌宜用等高线表示，坡、坎和其它特殊地貌应用相应符号或用等高线配合符号表示。各种天然形成和人工修筑的坡、坎，其坡度在70以上时表示为陡坎，70以下时表示为斜坡。 9、植被的测绘，地形图上应正确反映出植被的类别特征和范围分布。对耕地、园地应实测范围，配置相应的符号表示。大面积分布的植被在能表达清楚的情况下，可采用注记说明。同一地段生长有多种植物时，可按经济价值和数量适当取舍，符号配制不得超过三种（连同土质符号）。田块内应测注有代表性的高程。 10、注记，要求对各种名称、说明注记和数字注记准确注出。图上所有居民地、道路、街巷、山岭、沟谷、河流等自然地理名称，以及主要单位等名称，均应调查核实，有法定名称的应以法定名称为准，并应正确注记。地形图上高程注记点应分布均匀，丘陵地区高程注记点间距为图上2~3cm。 五、桥涵调查及测量 桥涵是公路最重要的组成部分之一，在公路建设中，无论从投资比例、施工期限、技术要求等诸方面看，桥涵都居于十分重要的地位。桥涵测量的主要内容包括桥涵位置、角度等。现今随着建造技术的发展，桥涵位置往往服从于路线走向的需要，不单独进行勘测，而是包含在路线勘测之内，控制及地形测量不再需要桥涵调查者进行单独的测量。桥涵测量调查者根据桥涵设计需要需进行桥轴线长度、桥涵角度、河流比降标准横断面图等的测量调查。在现场应能初步定出桥涵孔径大小，向当地群众了解历史最高洪水位，进行必要的水文计算。特别是我们的项目大都为老路加宽，此时要注意精确量取老桥涵的各个断面尺寸。桥涵调查严格执行中华人民共和国行业标准《公路桥位勘测设计规范》JTJ062-91；所有大、中、小桥、涵洞等桥梁部分均应严格、精确放线，收集有关详细资料，特别是老桥涵加宽部分，应仔细查看老桥形式、现状，量取老桥涵部分的尺寸、标高，绘制草图，确定老桥利用与否及加宽情况，所有调查资料均应可靠无误。认真搜集跨河大桥的水文气象资料，进行详细的水文调查和水文勘测，水文断面和水面比降的测量及精度应严格执行《公路桥位勘测设计规范》。新建桥涵应在现场初步确定桥涵中心桩号、孔跨及防护形式。