CN104280014A - 一种测量混凝土面高程及平整度的测量方法 - Google Patents

Abstract

一种测量混凝土面高程及平整度的测量方法，包括步骤：全站仪自由设站，得到设站点的三维坐标；对测量标架上的棱镜进行实时跟踪测量，获取测量标架上棱镜中心点的三维坐标；利用测量标架上安装的超声波测量元件，获取混凝土面任意位置的实际三维坐标包括待测混凝土面某位置的平面坐标和高程；通过蓝牙无线传输，将全站仪实时观测数据、超声波测量的数据实时发送至数据电脑中；实现了测量混凝土面设计平面坐标和高程批量计算。解决了水准测量方法在混凝土施工过程中不便于直接在混凝土表面上设立水准尺而造成高程测量困难、无法实时检测施工过程中混凝土顶面平整度是否满足验标要求的问题，具有快速、精准、智能、高效的特点,且保证了施工质量，提高了工作效率。

Description

一种测量混凝土面高程及平整度的测量方法

技术领域

本发明涉及一种测量混凝土面高程及平整度的测量方法，特别是一种用于板式无砟轨道底座板施工中测量混凝土面高程及平整度的测量方法。

背景技术

目前，国内板式无砟轨道底座板施工测量控制中，都采用传统水准测量的方法来控制其顶面高程，采用人工刮面找平来控制其顶面平整度。这种施工测量工艺存在以下几方面的缺点：

1、一次只能测量一个单点，人工测量工作量大，很容易造成人为操作错误；。

2、现场计算数据量大，不能实现批量计算，容易出现人为计算错误；

3、混凝土施工过程中，混凝土面不便于立尺，不便于过程控制测量和实时检测，不可靠、易返工；

4、现场测量人员工作强度大、且投入人力多，效率低、不经济。

发明内容

本发明其目的就在于提供一种测量混凝土面高程及平整度的测量方法，解决了水准测量方法在混凝土施工过程中不便于直接在混凝土表面上设立水准尺而造成高程测量困难、无法实时检测施工过程中混凝土顶面平整度是否满足验标要求的问题，具有快速、精准、智能、高效的特点,且保证了施工质量，提高了工作效率。

实现上述目的而采取的技术方案，

1、包括步骤：

1)全站仪自由设站，通过测站周围的4～6对CPⅢ点进行多方向后方交会，全站仪即能实时计算得到设站点的三维坐标包括设站点的平面坐标和高程；

2)采用具有自动跟踪、自动照准功能的全站仪，对测量混凝土面施工过程中的任意位置摆放的测量标架上的棱镜进行实时跟踪测量，即可实时获取测量标架上棱镜中心点的三维坐标；

3)利用测量标架上安装的的超声波测量元件，实时测量混凝土面至超声波元件中心位置的垂直距离，并根据测量标架上的倾角传感器计算混凝土面的倾角，以及标架上棱镜中心与各测量元件之间的结构尺寸数据，即可实时获取混凝土面任意位置的实际三维坐标包括待测混凝土面某位置的平面坐标和高程；

4)通过蓝牙无线传输，将全站仪实时观测数据、超声波测量的数据及倾斜传感器测量的数据实时发送至数据电脑中；

5)通过电脑中的线形坐标正、反算程序，实现了测量混凝土面设计平面坐标和高程批量计算，且能实时计算出待测点位所对应的线路里程，实时计算出待测点位的实测高程与设计高程之差值，进行判别所施工的测量混凝土面顶面高程控制是否达到规范标准的要求，对超出规范标准要求的部位实时进行处理。

与现有技术相比本发明具有以下优点。

1，测量效率高

对于测量同一个断面，采用传统水准测量方法，技术人员应首先要计算出所测量断面上各点位的平面坐标，再用全站仪根据平面坐标在施工现场放样出该断面上各个点，还要采用水准仪对该断面上的每个点进行人工观测，再计算出各点的实测高程与设计高程之差值，从而判定该断面上各点的高程是否满足规范要求；而非接触智能化测量，打破了常规的测量模式，实现了测量计算程序化、批量化，外业观测自动化，测量标架摆放在任意断面位置，瞬时就能测量出断面上各点的高程，且及时显示出待测断面实测高程与设计理论高程之差值，从而直观地判别该断面的平整度是否达到规范设计要求。

按一个断面上测量4个点计算，传统水准测量方法需要5分钟时间才能完成，而非接触智能化测量，仅需10秒钟就能完成，测量效率是传统测量方法的30倍。

2，测量过程操作简单、易懂

非接触智能化测量方法，易学、易懂，操作起来十分的简单快捷，全站仪自由设站完毕后，人工只需在测量标架的电脑上进行操作，点击测量按键即可完成断面上各点高程测量。

3，测量步骤简化、减少现场测量人员及工作量

传统水准测量方法，完成一个断面的高程测量工作，需要配置2组测量人员，一组人员先进行现场放样，放样前需先放样里程点位的平面坐标，再在施工现场放样出该待测断面的位置(里程)，另一组人员则对该断面进行高程测量，而高程测量就需要1人实时观测仪器、1人实时记录数据，1人立尺，并且还需要在现场及时对观测数据的可靠性进行判别，合格后还需要对观测数据进行计算平差，每组测量人员最少需要3人，测量过程繁杂、现场人工计算量大、而且还容易出现人为计算和人为操作错误，引起测量质量事故。而采用非接触智能化测量方法仅需2个人便可以完成整套测量工作，不需要人工计算测量标架位置对应的里程，测量标架任意摆放，即可实时测量出该位置的三维坐标，反算出该位置对应的里程以及该位置的高差值，大大减化了测量步骤，减少了现场测量人员。

4，测量以“面”代“点”

该方法测量过程是一次扫描一个“断面”的数据，既有断面的各点的高程值，又能反映断面的平整度情况，真正实现了测量“面”的功能，解决了传统水准测量方法一次只能测量一个“点”。

5，相对测量与绝对测量结合

绝对测量：①全站仪通过CPⅢ进行后方交会，确定全站仪设站点的绝对坐标；②全站仪对测量标架上的棱镜进行测量，确定测量标架位置的绝对坐标。相对测量：①测量标架上棱镜与各测量元件之间结构尺寸是相对的；②测量元件(声波传感器、倾斜传感器)与接触面之间的测量是相对的。

将相对测量方法与绝对测量方法结合在一起，形成一套测量工装，解决了传统测量方法中既要用全站仪进行放样，又要用水准仪进行测量等多套测量工序。实现了在任意位置测量，就能即时反映出该位置的绝对位置(里程)、实际高程与设计高程之差值，以及待测断面的平整度情况。

6，非接触测量技术

超声波测量是声波传感器以脉冲的形式发射声束，根据反射波的时间计算传感器与被测对象之间的距离，测量精度可达到±0.2mm。将超声波测量技术引入到无砟轨道底座板高精度施工测量上来，解决了底座板施工过程中，由于混凝土未凝固，还处于流体状态，不便于在上面立尺进行传统的水准测量。非接触测量技术就成功地解决了底座板施工中实时对混凝土表面进行测量控制，提高了测量精度，施工质量得到了有效的保障。

7，应用范围广

该测量方法，还可以用于高速铁路大型箱梁梁面的高程测量，能够准确快速的测量出梁面的平整度；对公路施工过程中的路面高程、平整度控制、对施工完的路基顶面进行高程平整度检测以及机场跑道平整度测量控制等众多领域，应用范围广泛。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1为本测量方法中全站仪自由设站法示意图；

图2为本测量方法的测量原理示意图；

图3为本测量方法中的超声波测量原理示意图；

图4为本测量方法测量某断面理论高程与实际高程差值计算示意图。

具体实施方式

包括步骤：

1)全站仪自由设站，通过测站周围的4～6对CPⅢ点进行多方向后方交会，全站仪即能实时计算得到设站点的三维坐标包括设站点的平面坐标和高程，如图1所示；

2)采用具有自动跟踪、自动照准功能的全站仪，对测量混凝土面施工过程中的任意位置摆放的测量标架上的棱镜进行实时跟踪测量，即可实时获取测量标架上棱镜中心点的三维坐标，如图2所示；

3)利用测量标架上安装的的超声波测量元件，实时测量混凝土面至超声波元件中心位置的垂直距离，并根据测量标架上的倾角传感器计算混凝土面的倾角，以及标架上棱镜中心与各测量元件之间的结构尺寸数据，即可实时获取混凝土面任意位置的实际三维坐标包括待测混凝土面某位置的平面坐标和高程，如图3所示；

4)通过蓝牙无线传输，将全站仪实时观测数据、超声波测量的数据及倾斜传感器测量的数据实时发送至数据电脑中；

5)通过电脑中的线形坐标正、反算程序，实现了测量混凝土面设计平面坐标和高程批量计算，且能实时计算出待测点位所对应的线路里程，实时计算出待测点位的实测高程与设计高程之差值，进行判别所施工的测量混凝土面顶面高程控制是否达到规范标准的要求，对超出规范标准要求的部位实时进行处理，如图4所示。

实施例

本测量方法为一种非接触智能化测量法，集全站仪多方向后方交会绝对测量与超声波非接触技术相对测量相结合，是混凝土工程施工过程控制、工后检测的一种新型测量方法。绝对测量是通过线路周边的多个高精密控制点进行后方交会，得到全站仪自由设站位置的三维绝对坐标(X、Y、H)，所述三维绝对坐标(X、Y、H)是指全站仪架设位置的平面坐标和高程；相对测量是指通过超声波非接触测量技术，得到测量标架上的棱镜中心至待测位置之间的相对距离。

①全站仪自由设站，通过测站周围的4～6对CPⅢ点进行多方向后方交会，和全站仪内置后方交会软件即能实时计算得到设站点的三维坐标(即设站点的平面坐标和高程)；②采用具有自动跟踪、自动照准功能的全站仪，对底座板施工过程中的任意位置摆放的测量标架上的棱镜进行实时跟踪测量，并结合步骤①，即可实时获取测量标架上棱镜中心点的三维坐标；③利用测量标架上安装的的超声波测量元件，实时测量底座板混凝土面至超声波元件中心位置的垂直距离，并根据测量标架上的倾角传感器所计算混凝土面的倾角，以及标架上棱镜中心与各测量元件之间的结构尺寸数据，即可实时获取混凝土面任意位置的实际三维坐标(即待测底座板某位置的平面坐标和高程)；④通过蓝牙无线传输，将全站仪实时观测数据、超声波测量的数据及各倾斜传感器测量的数据实时发送至数据电脑中；⑤通过预装在数控电脑中的线形坐标正、反算程序，实现了底座板设计平面坐标和高程批量计算，且能实时计算出待测点位所对应的线路里程，实时计算出待测点位的实测高程与设计高程之差值，进行判别所施工的底座板顶面高程控制是否达到规范标准的要求，对超出规范标准要求的部位实时进行处理。

针对现有底座板施工工艺，非接触智能化测量方法能用在底座板浇注工序的收面过程中、水泥混凝土凝固之前，快速测量底座板上表面的高程误差，为施工人员提供可视化准确依据，通过及时的修整、收面来补救高程的偏差，将标高的控制放在凝固之前，避免等到轨道板精调时发现标高误差太大，需要对底座板进行铣刨的补救的措施。

1，功能

替代传统水准测量方法，通过全站仪绝对测量和超声波相对测量相结合，实现对底座板高程测量控制。

2，用途

该测量方法，可用在混凝土施工过程中快速测量混凝土顶面高程，实时显示高程误差，指导工人快速修整底座板表面。

也可用在CRTSⅡ型板铺板前，对底座板顶面高程的普查，也可用于箱梁梁面、公路路面及机场跑道平整度要求较高的项目检测。

3，测量方式

通过全站仪自由设站多方向后方交会绝对测量与高精度倾角传感器、声纳探传感器的相对测量相结合，实现了在任意断面上，沿底座板宽度方向一次测量多个点的高程，从而。

4，测量误差

高程方向±2.5mm

5，测量范围

可测量底座板宽度2950mm，沿里程方向正反均可测量，适应直线段、曲线段的测量。

6，测量计算模型

非接触智能化测量方法，关键技术是多方向后方交会、超声波测量技术与线路坐标正反算技术。建立数学计算模型，编制计算软件，利用数控电脑强大计算功能，高效、快速、准确地计算所需要线路中桩坐标、断面上各点的坐标及高程，反算测量点所对应的线路里程，以及测量点理论高程与实际施工面高程之差值等。

式(1)、(2)为多方向后方交会自由设站点坐标计算数学模型，详见附图1，α、S分别为自由设站的方向、距离观测值，X_CPⅢ、Y_CPⅢ为CPⅢ点在CPⅢ网坐标系中的坐标，X_S、Y_S为设站点S在CPⅢ网坐标系中的坐标，为自由设站仪器水平度盘零方向的坐标方位角。

$\left.\begin{array}{c}{X}_i=X_{{\mathrm{HZ}}_{i-1}}+S_i\·\cos A_{i-1,i}\\ Y_i=Y_{H{Z}_{i-1}}+S_i\·\sin A_{i-1,i}\end{array}\right\}---\left(3\right)$

$\left[\begin{array}{c}{X}_i\\ Y_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{X}_{{\mathrm{ZH}}_i}\\ Y_{{\mathrm{ZH}}_i}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}\cos A_{i-1,i}& -\sin A_{i-1,i}\\ \sin A_{i-1,i}& \cos A_{i-1,i}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{x}_i\\ y_i\end{array}\right]---\left(4\right)$

式(3)、(4)为线路坐标正算计算数学模型

E_N＝Z₀-(h₀-l₀*tanα)+S*cosα  (5)

式(5)为待测断面某点理论高程与实测高程之差值计算公式，详见附图4所示说明。

Claims (1)

1.一种测量混凝土面高程及平整度的测量方法，其特征在于，包括步骤：

   1）全站仪自由设站，通过测站周围的4~6对CPⅢ点进行多方向后方交会，全站仪即能实时计算得到设站点的三维坐标包括设站点的平面坐标和高程；

   2）采用具有自动跟踪、自动照准功能的全站仪，对测量混凝土面施工过程中的任意位置摆放的测量标架上的棱镜进行实时跟踪测量，即可实时获取测量标架上棱镜中心点的三维坐标；

   3）利用测量标架上安装的的超声波测量元件，实时测量混凝土面至超声波元件中心位置的垂直距离，并根据测量标架上的倾角传感器计算混凝土面的倾角，以及标架上棱镜中心与各测量元件之间的结构尺寸数据，即可实时获取混凝土面任意位置的实际三维坐标包括待测混凝土面某位置的平面坐标和高程；

4）通过蓝牙无线传输，将全站仪实时观测数据、超声波测量的数据及倾斜传感器测量的数据实时发送至数据电脑中；

5）通过电脑中的线形坐标正、反算程序，实现了测量混凝土面设计平面坐标和高程批量计算，且能实时计算出待测点位所对应的线路里程，实时计算出待测点位的实测高程与设计高程之差值，进行判别所施工的测量混凝土面顶面高程控制是否达到规范标准的要求，对超出规范标准要求的部位实时进行处理。