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一、简介

在工程测量中，办公数据的计算占有非常重要的比重。 办公数据计算的准确性和速度，直接决定了勘测工作能否快速、顺利地完成。 办公数据的计算方法和要求达到的精度直接取决于野外使用的仪器、具体的放样目标，以及办公计算所使用的办公软件和计算方法。 计算机辅助设计（Computer Aid Design简称CAD，俗称AutoCAD）是20世纪80年代初发展起来的一种以新技术为基础的应用软件。 现在广泛应用于各个领域。 大大提高了工程技术人员的工作效率。 AutoCAD与AutoLisp语言配合，也可以编写一些常用的计算程序，得到计算结果。 AutoCAD的特点为测量办公数据计算提供了另一种全新的直观清晰的图形计算方法。

结合我们现在使用的徕卡全站仪的情况，可以很方便的测量三维坐标。 通过AutoCAD的办公计算，①在放样过程中，可以结合全站仪使用编程计算器，非常方便。 操作方便快捷； ②利用AutoCAD对计算结果进行验证； ③随着全站仪的推广和普及，极坐标放样在众多放样方法中越来越受到测量人员的青睐，而坐标计算是极坐标放样的重点和难点。 由于一般的红线放样，工程放样中的元素多为点、直线（线段）、圆（弧）等，因此可以充分利用AutoCAD的坐标系、绘图取点功能，以及与我场使用的计算器相结合的功能，从而大大减轻了我场的工作强度和办公室的工作量。 下面以冶勒电站枢纽工程为例说明三者在工程测量中的应用。

二、调查区概况

野乐电站厂址位于石棉县栗子坪乡南崖村，距坝址11KM，距石棉县城40KM。 厂区枢纽工程主要包括通风隧道、交通隧道、出水隧道、尾水隧道及尾水明渠、主厂房、副厂房、安装用房、压力管道、母线槽、变电所等子工程。 地下隧道全长近1600米，涉及两台机组的安装定位（单台机组12万千瓦）。 测区海拔高度在1990-2200米之间，高差起伏较大。 夜间和洞内外温差较大，给测量作业带来一定困难。

3、AutoCAD典型办公数据的计算与管理

对测区内的控制点进行加密，常采用测角交会或测距交会或两者结合的方法。 如果我们用数学公式来计算，非常繁琐，也不容易查错，比如上后路口的危险圈。 相反，如果我们用AutoCAD来绘图和计算，就会简单很多。 角度测量和距离测量的两种方法描述如下：

1.前角交叉口：

如图1所示，A、B为坐标已知的控制点，P为待求点，在A、B处已经观察到角度a、b。

我们可以用AutoCAD系统软件根据A点和B点的坐标在桌面上画出两个A点和B点，连接AB点得到AB线段全站仪器测量，然后用点旋转AB线段a和b A 和 B 分别作为基点。 （从图中可以直观区分方向）。 用ID命令选择交点P，即可得到P点的坐标。 如果图形有标定条件，仍然可以进行坐标差的计算。 如果在近似调整的情况下可以满足要求，则可以在图形上进行平均计算并标记。

2. 前方距离会合：

如图2所示，A、B为坐标已知的控制点，P为待取点。 使用全站仪分别在 A 和 B 处测量了距离 Sa 和 Sb。

我们也可以利用AutoCAD系统软件，根据A、B的坐标绘制两点A、B，将A、B点连接起来，得到AB线段。 圆，得到P和P'（对比站点的方位角，从图中可以直观区分其中一个点P是期望点，而另一个点P'是虚拟点，我们没有需要）。 用ID命令选择交点P，即可得到P点的坐标。 在实际工作过程中，我们通常将前方角度交会和前方距离交会结合起来进行组合应用。 当然，没有必要完成所有条件的测量。 另外，对于坐标在上述各项中的应用，需要注意的是AutoCAD中的坐标顺序与我们测量中的大地坐标系不同，即必须注意X坐标与Y坐标的对应关系坐标。

3、工作资料管理：

AutoCAD不仅在工程中办公数据的测量和计算方面有其优势，而且在现场数据管理方面也有非常广泛的应用。 AutoCAD作为知名的工程系列应用软件平台，已经为广大工程技术人员所熟悉和掌握。 在测绘外业数据中，主要是对控制点网络草图和计算数据的管理。 另一方面是各种开挖断面和纵断面的绘制，以及截面积的计算，以及其他需要的图纸。 绘图。 由于AutoCAD已经具有强大的数学计算功能和较高的数学精度，其有效位数完全可以满足我们在工程测量中的需要。 在冶乐电站的工作中，我们对所有的图纸、所有的工程量表和文件进行了分类，重点是对图纸文件使用AutoCAD绘制总图。 在以后的工作中，我们可以在总图上进行搜索。

四、应用实例：

现结合我司工作实际，作一些切实说明：我司承接了冶勒水电站枢纽工程建设勘察工作。 将坐标点的大地坐标输入到AutoCAD平台，得到如图3所示的结果。后来随着项目的推进，我们逐渐加密了一些支线点，也输入了坐标结果。 这样，真正意义上实现了坐标数据的数字化管理。 ，这样也方便以后的坐标管理，也方便以后一些特殊情况下的图形应用。 具体是根据设计提供的结构关系，在图纸中建立足够的施工坐标系（以我们在野外放样中需要设站为准）并保存。 在以后的工程应用中，我们只需要打开对应的坐标系，使用ID命令指向我们需要的点，对应的坐标就出来了。

下面举例说明：在尾水洞与尾闸室交汇工程中，存在三个直线段夹着两个弧段的情况，如图4所示：

当时设计代表提供了如图所示的图形尺寸关系，以及C点的大地坐标和其外侧截面的大地方位角，以及尾闸室内截面的一些结构关系。 如果仅仅依靠以往的经验和仪器条件，需要建立圆方程，求解二元二次方程，就可以得到圆弧对应的大地坐标，然后进行如下计算即可放样法可考虑结合仪器使用。 但是，当我们把这个问题放到AutoCAD软件平台上时，就变得很简单了。 具体操作如下：

首先在AutoCAD软件平台上，根据C点的大地坐标输入C点，根据孔轴线过C点的直线段的方位角和长度画出过C点的孔轴线，并根据设计者提供的尺寸关系，得到点P1、P2，然后用AutoCAD画圆弧，分别通过P1、C点和P2、C点，满足R=28.00米，符合到图纸的方向。 然后用AutoCAD的标注功能分别标注O1和O2两条圆弧的圆心，用AutoCAD的ID命令得到O1和O2的大地坐标。 用直线段将它们分别连接到P1和P2。 考虑洞室的方向，然后分别通过点P1和P2作P1O1和P2O2的垂线P1X1和P2X2，利用AutoCAD方便的坐标系设置功能，以P1建立坐标系原点和P2分别全站仪器测量，P1X1和P2X2作为X轴的测量构造坐标系，然后将其坐标系移动到（0，-N）并分别保存。 至此，我们的两个辅助构造坐标系就建立好了。 这两个坐标系确保X轴与通过P1（或P2）的圆弧相切（这对我们接下来的全站仪和编程计算器应用非常有利）。 将我们测量的控制点的大地坐标输入到图形中，可以直接得到控制点对应的施工坐标和施工坐标方位角。

4. 全站仪和编程计算器在野外的应用

我们目前使用的全站仪是瑞士产的Leica 605L全站仪，已经具备了坐标工作的能力。 对于我们实际工作中一些三维坐标的放样，可以利用AutoCAD建立数字模型。 首先，使用编程计算器在计算机AutoCAD平台上进行模拟检测。 检查程序无误后，即可用于野外放样。 对于露天点线，我们可以尽可能直接使用全站仪的坐标放样功能，将需要放样点的施工坐标输入全站仪，通过正确的方式就可以得到正确的需要的点手术。 现在讨论的重点是对地下工程中的一些特殊情况进行点出。 例如：放样地下厂房开挖红线及相关结构点，放样地下洞室开挖红线，特别是地下转弯段开挖红线及相关结构点。 地下厂房顶拱跨度大，主体厂房达到24.36m，顶拱半径也为17m。 在施工过程中，业主、监理、设计单位和施工方都提出了严格控制超挖、禁止欠挖的明确要求。 这对我们的测量人员在放样方法上提出了更高的要求。 经过反复比较，我们最终决定采用全站仪结合编程计算器在现场测量三维施工坐标，然后进行相关计算，发布所需的红线点。 事实证明，我们的方法是恰当的、合理的，达到的效果是理想的。 下面分两个方面来说明。

1、无平面转弯情况下的计算：

如图5所示，具体编程思路如下：

首先建立以B1B2单元中心线为E方向、垂直于B1B2方向、下游方向为N方向的E方向，以B1点坐标原点建立施工坐标系.

现在假设我们要放置顶拱开挖红线，测点P坐标为(E,N,H)，则利用几何关系，对应N坐标下的设计H坐标或设计N坐标可以计算出对应H坐标下的 ，与我们测量的坐标产生H坐标差ΔH或N坐标差ΔN。 但是

ΔH1 =2036.368-17.00+√(17.00^2-(N+1.55)^2)-H

ΔL2＝17.00-√（(N+1.55)^2+(H-2019.368)^2）

ΔH3=2035.368-(15.36-√(15.36^2+(N+1.55)^2))-H

ΔL4＝15.36-√（(N+1.55)^2+(H-2020.008)^2）

ΔN=T×(N+1.55-T×√(17.00^2-(17.0-(2036.68-H))^2))

上式中，ΔH1和ΔL2分别为开挖红线高程差和径向差，ΔH3和ΔL4分别为顶拱混凝土结构面高差和径向差，分别。

ΔN公式中：T=1，表示N≥-1.55，即厂区下游侧； T=-1，代表N<-1.55，即厂房上游侧（如图，厂房中心线与机组中心线平行距离为1.55m .

ΔH为正，测点应上移ΔH距离，即红线，否则ΔH为负，测点应下移ΔH距离，即红线；

若ΔN为正，测点应向植物中心线靠拢ΔN的距离，即红线； 否则，如果 ΔN 为负值，则测量点应远离植物中心线 ΔN 的距离，即红线。 同样，在厂房屋盖拱的混凝土衬砌过程中，我们需要对屋盖拱的垂直模板线进行放样和模板检查。 混凝土结构下沿半径R=15.36米，具有跨度大、难度大的重要特点。 在模板放线过程中，情况与开挖红线放线存在一定差异。 我们没有把它相对于厂房的轴线划分为上游和下游。 根据施工现场的实际情况，只需在垂直方向进行调整即可。 . 做样板检测的时候，相对来说我们的工作环境会比较不利（有时候可能看不透），根据实际情况，我们一般采用反射棱镜的高度保持一定的值或者使用微棱镜将其沿顶部放置 拱形模板的圆弧放置在径向方向，然后在计算时只调整模板的径向上下移动。 在模板的放样和检查中，我们还需要使用编程计算器进行现场计算。 以混凝土结构面圆弧对应的中心高程为基点，结合半径计算差值进行调整。 在AutoCAD软件平台上，可以非常方便地进行放样点坐标和样板点坐标的有效校验。 即通过在AutoCAD应用平台上建立地下厂房的三维模型，在这个三维坐标系中，我们直接输入厂房平面范围内的一个三维点坐标，我们可以直观的看出该点是否在来自应用平台的红线或与红线的关系或是否为模板点线。 同时我们用编程计算器计算输入的3D点坐标，得出结论，可以作为相互验证的依据。

根据冶勒电站的情况及其在地下洞室设计中的要求，一般都有一定的坡度，便于排水等。传统的洞室开挖放线是在洞外或开挖段内铺设基础导线，然后利用经纬仪、水准仪和钢尺的配合，在隧道掌子面即可找到开挖断面的中心、中心线和腰线。 这种传统的操作方式在实际操作过程中操作难度很大，误差比较大，也容易出错。 一般情况下，掌子面不会是一个标准的垂直面，通常隧道都有一定的坡度，有时甚至坡度很大。 此时应考虑对非垂直面的设计开挖（构造）线进行相关转换，具体操作可在AutoCAD软件平台上进行，也可直接在编程计算器上进行。 例如，通风连接孔的坡度为 0.3039。 设计开挖顶拱为圆弧形，但在竖向平面内为椭圆弧形。 然后我们可以利用AutoCAD软件平台建立其纵横截面的空间模型，计算出椭圆弧的长半轴和短半轴，从而得到其对应的椭圆方程，然后用编程计算器写出相应的程序，然后在AutoCAD软件平台上进行验证，结果吻合良好。 这样就可以充分避免在某些特殊情况下（例如面部凹凸不平等）容易造成的欠挖。

2、平面车削时的计算：

对于稍微复杂一点的情况，比如通风洞转弯段和尾水洞三点段，在开挖过程中，根本不能保证掌子面是同一个桩号，在在混凝土衬砌过程中，为了保证每个仓的端面都是相同的桩号，必须使用编程计算器计算现场施工坐标系之间的坐标转换。 对于地下洞室转弯段，主要考虑其施工坐标的平面变换。 如果要使用一些传统的放置曲线的方法，众所周知，由于地下能见度差，很有可能没有办法放出。 将全站仪与编程计算器相结合，测量优化后的施工坐标就容易多了。 从冶勒水电站重点工程的施工情况来看，以上方法结合使用，可以更好地控制超挖，保证开挖效果。

参见图4，以尾水隧道转弯段为例：通过上述坐标设置，利用编程计算器将待测坐标点转换为隧道轴线（曲线）上的坐标，然后用于进行相关的对应横截面的高程和平面坐标的计算。 具体编程思路如下（以P1C段为例）：

用解析几何的关系求出点O1P的平面距离SO1P，则E'=28.00-SO1P。 计算O1P1与O1P的夹角，即可得到N'，再将E'、N'代入孔洞开挖空间模型计算程序，计算出高程位移ΔH和平面位移ΔE。 程序的关键公式如下：

Q=atan((L-37.35)÷(28-D))

N=37.35+Q×π÷180×28

E=28-√((28-D)^2+(L-37.35)^2)

I=2002.86+(343.947-N)×.003-(3.2-√(3.2^2-E^2))-H

J=1999.66+(343.947-N)×.003+√(2.8^2-E^2)-H

以上公式中，直接数据是设计提供的图形尺寸，L和D是我们观察的纵横坐标值，N和E是根据曲线计算出的纵横坐标值关系式，I和J对我们来说，实测点标高对应于顶拱开挖与按设计剖面图计算的顶拱结构混凝土表面高程之差，即ΔH。 而ΔE应该是将计算出的E与设计值进行比较得到的，这里不再赘述。

5.结论

对于地下洞室的施工环境，如果可以采用更先进的具有无标记测距和红外制导功能的全站仪，如TCRA1100系列全站仪结合TMS断面测量系统后处理软件。 目前比较先进的多功能全站仪断面测量系统是专门为地下工程施工测量断面测量和炮孔测量设计开发的软硬件结合的自动化系统。 充分利用徕卡TCRA全站仪激光微镜测距和电机驱动的功能，实现了断面测量现场数据采集的软件控制和自动采集，实现了断面测量的自动化、数据化、计算机化。地下洞室断面测量。 该系统组合的优点是：采用最新的无反射棱镜技术和伺服电机技术，可自动完成截面测量、围岩变形测量、炮孔定位、体积测量等多项任务，并且真正做到一机多用，功能强大。 ，品质卓越，经济实用。 它们将更好地减轻测量人员的野外劳动强度，更好地提高测量作业的效率和准确性。 但是，随着更先进仪器的投入，必然会增加成本，对我们测量人员的能力要求也必然会提高。 会更高。 有理由相信，随着全站仪研制技术的提高和工程技术人员素质的提高，作为施工测量将有更广阔的发展空间。