一種測量混凝土面高程及平整度的測量方法
【專利摘要】一種測量混凝土面高程及平整度的測量方法，包括步驟：全站儀自由設(shè)站，得到設(shè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)；對測量標(biāo)架上的棱鏡進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤測量，獲取測量標(biāo)架上棱鏡中心點(diǎn)的三維坐標(biāo)；利用測量標(biāo)架上安裝的超聲波測量元件，獲取混凝土面任意位置的實(shí)際三維坐標(biāo)包括待測混凝土面某位置的平面坐標(biāo)和高程；通過藍(lán)牙無線傳輸，將全站儀實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)、超聲波測量的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至數(shù)據(jù)電腦中；實(shí)現(xiàn)了測量混凝土面設(shè)計(jì)平面坐標(biāo)和高程批量計(jì)算。解決了水準(zhǔn)測量方法在混凝土施工過程中不便于直接在混凝土表面上設(shè)立水準(zhǔn)尺而造成高程測量困難、無法實(shí)時(shí)檢測施工過程中混凝土頂面平整度是否滿足驗(yàn)標(biāo)要求的問題，具有快速、精準(zhǔn)、智能、高效的特點(diǎn),且保證了施工質(zhì)量，提高了工作效率。
【專利說明】一種測量混凝土面高程及平整度的測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測量混凝土面高程及平整度的測量方法，特別是一種用于板式無 砟軌道底座板施工中測量混凝土面高程及平整度的測量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，國內(nèi)板式無砟軌道底座板施工測量控制中，都采用傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量的方法來 控制其頂面高程，采用人工刮面找平來控制其頂面平整度。這種施工測量工藝存在以下幾 方面的缺點(diǎn)：
[0003] 1、一次只能測量一個單點(diǎn)，人工測量工作量大，很容易造成人為操作錯誤；。
[0004] 2、現(xiàn)場計(jì)算數(shù)據(jù)量大，不能實(shí)現(xiàn)批量計(jì)算，容易出現(xiàn)人為計(jì)算錯誤；
[0005] 3、混凝土施工過程中，混凝土面不便于立尺，不便于過程控制測量和實(shí)時(shí)檢測，不 可靠、易返工；
[0006] 4、現(xiàn)場測量人員工作強(qiáng)度大、且投入人力多，效率低、不經(jīng)濟(jì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明其目的就在于提供一種測量混凝土面高程及平整度的測量方法，解決了水 準(zhǔn)測量方法在混凝土施工過程中不便于直接在混凝土表面上設(shè)立水準(zhǔn)尺而造成高程測量 困難、無法實(shí)時(shí)檢測施工過程中混凝土頂面平整度是否滿足驗(yàn)標(biāo)要求的問題，具有快速、精 準(zhǔn)、智能、高效的特點(diǎn)，且保證了施工質(zhì)量，提高了工作效率。
[0008] 實(shí)現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案，
[0009] 1、包括步驟：
[0010] 1)全站儀自由設(shè)站，通過測站周圍的4?6對CP III點(diǎn)進(jìn)行多方向后方交會，全站 儀即能實(shí)時(shí)計(jì)算得到設(shè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)包括設(shè)站點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程；
[0011] 2)采用具有自動跟蹤、自動照準(zhǔn)功能的全站儀，對測量混凝土面施工過程中的任 意位置擺放的測量標(biāo)架上的棱鏡進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤測量，即可實(shí)時(shí)獲取測量標(biāo)架上棱鏡中心點(diǎn) 的三維坐標(biāo)；
[0012] 3)利用測量標(biāo)架上安裝的的超聲波測量元件，實(shí)時(shí)測量混凝土面至超聲波元件中 心位置的垂直距離，并根據(jù)測量標(biāo)架上的傾角傳感器計(jì)算混凝土面的傾角，以及標(biāo)架上棱 鏡中心與各測量元件之間的結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)，即可實(shí)時(shí)獲取混凝土面任意位置的實(shí)際三維坐 標(biāo)包括待測混凝土面某位置的平面坐標(biāo)和高程；
[0013] 4)通過藍(lán)牙無線傳輸，將全站儀實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)、超聲波測量的數(shù)據(jù)及傾斜傳感器 測量的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至數(shù)據(jù)電腦中；
[0014] 5)通過電腦中的線形坐標(biāo)正、反算程序，實(shí)現(xiàn)了測量混凝土面設(shè)計(jì)平面坐標(biāo)和高 程批量計(jì)算，且能實(shí)時(shí)計(jì)算出待測點(diǎn)位所對應(yīng)的線路里程，實(shí)時(shí)計(jì)算出待測點(diǎn)位的實(shí)測高 程與設(shè)計(jì)高程之差值，進(jìn)行判別所施工的測量混凝土面頂面高程控制是否達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的 要求，對超出規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求的部位實(shí)時(shí)進(jìn)行處理。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)。
[0016] 1，測量效率高
[0017] 對于測量同一個斷面，采用傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量方法，技術(shù)人員應(yīng)首先要計(jì)算出所測量 斷面上各點(diǎn)位的平面坐標(biāo)，再用全站儀根據(jù)平面坐標(biāo)在施工現(xiàn)場放樣出該斷面上各個點(diǎn)， 還要采用水準(zhǔn)儀對該斷面上的每個點(diǎn)進(jìn)行人工觀測，再計(jì)算出各點(diǎn)的實(shí)測高程與設(shè)計(jì)高程 之差值，從而判定該斷面上各點(diǎn)的高程是否滿足規(guī)范要求；而非接觸智能化測量，打破了常 規(guī)的測量模式，實(shí)現(xiàn)了測量計(jì)算程序化、批量化，外業(yè)觀測自動化，測量標(biāo)架擺放在任意斷 面位置，瞬時(shí)就能測量出斷面上各點(diǎn)的高程，且及時(shí)顯示出待測斷面實(shí)測高程與設(shè)計(jì)理論 高程之差值，從而直觀地判別該斷面的平整度是否達(dá)到規(guī)范設(shè)計(jì)要求。
[0018] 按一個斷面上測量4個點(diǎn)計(jì)算，傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量方法需要5分鐘時(shí)間才能完成，而非 接觸智能化測量，僅需10秒鐘就能完成，測量效率是傳統(tǒng)測量方法的30倍。
[0019] 2,測量過程操作簡單、易懂
[0020] 非接觸智能化測量方法，易學(xué)、易懂，操作起來十分的簡單快捷，全站儀自由設(shè)站 完畢后，人工只需在測量標(biāo)架的電腦上進(jìn)行操作，點(diǎn)擊測量按鍵即可完成斷面上各點(diǎn)高程 測量。
[0021] 3,測量步驟簡化、減少現(xiàn)場測量人員及工作量
[0022] 傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量方法，完成一個斷面的高程測量工作，需要配置2組測量人員，一組 人員先進(jìn)行現(xiàn)場放樣，放樣前需先放樣里程點(diǎn)位的平面坐標(biāo)，再在施工現(xiàn)場放樣出該待測 斷面的位置（里程），另一組人員則對該斷面進(jìn)行高程測量，而高程測量就需要1人實(shí)時(shí)觀 測儀器、1人實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)，1人立尺，并且還需要在現(xiàn)場及時(shí)對觀測數(shù)據(jù)的可靠性進(jìn)行判 另IJ，合格后還需要對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算平差，每組測量人員最少需要3人，測量過程繁雜、 現(xiàn)場人工計(jì)算量大、而且還容易出現(xiàn)人為計(jì)算和人為操作錯誤，引起測量質(zhì)量事故。而采用 非接觸智能化測量方法僅需2個人便可以完成整套測量工作，不需要人工計(jì)算測量標(biāo)架位 置對應(yīng)的里程，測量標(biāo)架任意擺放，即可實(shí)時(shí)測量出該位置的三維坐標(biāo)，反算出該位置對應(yīng) 的里程以及該位置的高差值，大大減化了測量步驟，減少了現(xiàn)場測量人員。
[0023] 4,測量以"面"代"點(diǎn)"
[0024] 該方法測量過程是一次掃描一個"斷面"的數(shù)據(jù)，既有斷面的各點(diǎn)的高程值，又能 反映斷面的平整度情況，真正實(shí)現(xiàn)了測量"面"的功能，解決了傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量方法一次只能 測量一個"點(diǎn)"。
[0025] 5,相對測量與絕對測量結(jié)合
[0026] 絕對測量：①全站儀通過CP III進(jìn)行后方交會，確定全站儀設(shè)站點(diǎn)的絕對坐標(biāo)；② 全站儀對測量標(biāo)架上的棱鏡進(jìn)行測量，確定測量標(biāo)架位置的絕對坐標(biāo)。相對測量：①測量標(biāo) 架上棱鏡與各測量元件之間結(jié)構(gòu)尺寸是相對的；②測量元件（聲波傳感器、傾斜傳感器）與 接觸面之間的測量是相對的。
[0027] 將相對測量方法與絕對測量方法結(jié)合在一起，形成一套測量工裝，解決了傳統(tǒng)測 量方法中既要用全站儀進(jìn)行放樣，又要用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量等多套測量工序。實(shí)現(xiàn)了在任意 位置測量，就能即時(shí)反映出該位置的絕對位置（里程）、實(shí)際高程與設(shè)計(jì)高程之差值，以及 待測斷面的平整度情況。
[0028] 6,非接觸測量技術(shù)
[0029] 超聲波測量是聲波傳感器以脈沖的形式發(fā)射聲束，根據(jù)反射波的時(shí)間計(jì)算傳感器 與被測對象之間的距離，測量精度可達(dá)到±〇. 2mm。將超聲波測量技術(shù)引入到無砟軌道底座 板高精度施工測量上來，解決了底座板施工過程中，由于混凝土未凝固，還處于流體狀態(tài)， 不便于在上面立尺進(jìn)行傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測量。非接觸測量技術(shù)就成功地解決了底座板施工中實(shí) 時(shí)對混凝土表面進(jìn)行測量控制，提高了測量精度，施工質(zhì)量得到了有效的保障。
[0030] 7,應(yīng)用范圍廣
[0031] 該測量方法，還可以用于高速鐵路大型箱梁梁面的高程測量，能夠準(zhǔn)確快速的測 量出梁面的平整度；對公路施工過程中的路面高程、平整度控制、對施工完的路基頂面進(jìn)行 高程平整度檢測以及機(jī)場跑道平整度測量控制等眾多領(lǐng)域，應(yīng)用范圍廣泛。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0033] 圖1為本測量方法中全站儀自由設(shè)站法示意圖；
[0034] 圖2為本測量方法的測量原理示意圖；
[0035] 圖3為本測量方法中的超聲波測量原理示意圖；
[0036] 圖4為本測量方法測量某斷面理論高程與實(shí)際高程差值計(jì)算示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0037] 包括步驟：
[0038] 1)全站儀自由設(shè)站，通過測站周圍的4?6對CP III點(diǎn)進(jìn)行多方向后方交會，全站 儀即能實(shí)時(shí)計(jì)算得到設(shè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)包括設(shè)站點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程，如圖1所示；
[0039] 2)采用具有自動跟蹤、自動照準(zhǔn)功能的全站儀，對測量混凝土面施工過程中的任 意位置擺放的測量標(biāo)架上的棱鏡進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤測量，即可實(shí)時(shí)獲取測量標(biāo)架上棱鏡中心點(diǎn) 的三維坐標(biāo)，如圖2所示；
[0040] 3)利用測量標(biāo)架上安裝的的超聲波測量元件，實(shí)時(shí)測量混凝土面至超聲波元件中 心位置的垂直距離，并根據(jù)測量標(biāo)架上的傾角傳感器計(jì)算混凝土面的傾角，以及標(biāo)架上棱 鏡中心與各測量元件之間的結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)，即可實(shí)時(shí)獲取混凝土面任意位置的實(shí)際三維坐 標(biāo)包括待測混凝土面某位置的平面坐標(biāo)和高程，如圖3所示；
[0041] 4)通過藍(lán)牙無線傳輸，將全站儀實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)、超聲波測量的數(shù)據(jù)及傾斜傳感器 測量的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至數(shù)據(jù)電腦中；
[0042] 5)通過電腦中的線形坐標(biāo)正、反算程序，實(shí)現(xiàn)了測量混凝土面設(shè)計(jì)平面坐標(biāo)和高 程批量計(jì)算，且能實(shí)時(shí)計(jì)算出待測點(diǎn)位所對應(yīng)的線路里程，實(shí)時(shí)計(jì)算出待測點(diǎn)位的實(shí)測高 程與設(shè)計(jì)高程之差值，進(jìn)行判別所施工的測量混凝土面頂面高程控制是否達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的 要求，對超出規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求的部位實(shí)時(shí)進(jìn)行處理，如圖4所示。
[0043] 實(shí)施例
[0044] 本測量方法為一種非接觸智能化測量法，集全站儀多方向后方交會絕對測量與超 聲波非接觸技術(shù)相對測量相結(jié)合，是混凝土工程施工過程控制、工后檢測的一種新型測量 方法。絕對測量是通過線路周邊的多個高精密控制點(diǎn)進(jìn)行后方交會，得到全站儀自由設(shè)站 位置的三維絕對坐標(biāo)（X、Y、H)，所述三維絕對坐標(biāo)（X、Y、H)是指全站儀架設(shè)位置的平面坐 標(biāo)和高程；相對測量是指通過超聲波非接觸測量技術(shù)，得到測量標(biāo)架上的棱鏡中心至待測 位置之間的相對距離。
[0045] ①全站儀自由設(shè)站，通過測站周圍的4?6對CP III點(diǎn)進(jìn)行多方向后方交會，和全 站儀內(nèi)置后方交會軟件即能實(shí)時(shí)計(jì)算得到設(shè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)（即設(shè)站點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高 程）；②采用具有自動跟蹤、自動照準(zhǔn)功能的全站儀，對底座板施工過程中的任意位置擺放 的測量標(biāo)架上的棱鏡進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤測量，并結(jié)合步驟①，即可實(shí)時(shí)獲取測量標(biāo)架上棱鏡中 心點(diǎn)的三維坐標(biāo)；③利用測量標(biāo)架上安裝的的超聲波測量元件，實(shí)時(shí)測量底座板混凝土面 至超聲波元件中心位置的垂直距離，并根據(jù)測量標(biāo)架上的傾角傳感器所計(jì)算混凝土面的傾 角，以及標(biāo)架上棱鏡中心與各測量元件之間的結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)，即可實(shí)時(shí)獲取混凝土面任意 位置的實(shí)際三維坐標(biāo)（即待測底座板某位置的平面坐標(biāo)和高程）；④通過藍(lán)牙無線傳輸，將 全站儀實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)、超聲波測量的數(shù)據(jù)及各傾斜傳感器測量的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至數(shù)據(jù)電腦 中；⑤通過預(yù)裝在數(shù)控電腦中的線形坐標(biāo)正、反算程序，實(shí)現(xiàn)了底座板設(shè)計(jì)平面坐標(biāo)和高程 批量計(jì)算，且能實(shí)時(shí)計(jì)算出待測點(diǎn)位所對應(yīng)的線路里程，實(shí)時(shí)計(jì)算出待測點(diǎn)位的實(shí)測高程 與設(shè)計(jì)高程之差值，進(jìn)行判別所施工的底座板頂面高程控制是否達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求，對 超出規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求的部位實(shí)時(shí)進(jìn)行處理。
[0046] 針對現(xiàn)有底座板施工工藝，非接觸智能化測量方法能用在底座板澆注工序的收面 過程中、水泥混凝土凝固之前，快速測量底座板上表面的高程誤差，為施工人員提供可視化 準(zhǔn)確依據(jù)，通過及時(shí)的修整、收面來補(bǔ)救高程的偏差，將標(biāo)高的控制放在凝固之前，避免等 到軌道板精調(diào)時(shí)發(fā)現(xiàn)標(biāo)高誤差太大，需要對底座板進(jìn)行銑刨的補(bǔ)救的措施。
[0047] 1，功能
[0048] 替代傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量方法，通過全站儀絕對測量和超聲波相對測量相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對 底座板高程測量控制。
[0049] 2,用途
[0050] 該測量方法，可用在混凝土施工過程中快速測量混凝土頂面高程，實(shí)時(shí)顯示高程 誤差，指導(dǎo)工人快速修整底座板表面。
[0051] 也可用在CRTS II型板鋪板前，對底座板頂面高程的普查，也可用于箱梁梁面、公 路路面及機(jī)場跑道平整度要求較高的項(xiàng)目檢測。
[0052] 3,測量方式
[0053] 通過全站儀自由設(shè)站多方向后方交會絕對測量與高精度傾角傳感器、聲納探傳感 器的相對測量相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了在任意斷面上，沿底座板寬度方向一次測量多個點(diǎn)的高程，從 而。
[0054] 4,測量誤差
[0055] 高程方向±2. 5謹(jǐn)
[0056] 5,測量范圍
[0057] 可測量底座板寬度2950mm，沿里程方向正反均可測量，適應(yīng)直線段、曲線段的測 量。
[0058] 6,測量計(jì)算模型
[0059] 非接觸智能化測量方法，關(guān)鍵技術(shù)是多方向后方交會、超聲波測量技術(shù)與線路坐 標(biāo)正反算技術(shù)。建立數(shù)學(xué)計(jì)算模型，編制計(jì)算軟件，利用數(shù)控電腦強(qiáng)大計(jì)算功能，高效、快 速、準(zhǔn)確地計(jì)算所需要線路中樁坐標(biāo)、斷面上各點(diǎn)的坐標(biāo)及高程，反算測量點(diǎn)所對應(yīng)的線路 里程，以及測量點(diǎn)理論高程與實(shí)際施工面高程之差值等。
[0060]

【權(quán)利要求】
1. 一種測量混凝土面高程及平整度的測量方法，其特征在于，包括步驟： 1) 全站儀自由設(shè)站，通過測站周圍的4飛對CP III點(diǎn)進(jìn)行多方向后方交會，全站儀即能 實(shí)時(shí)計(jì)算得到設(shè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)包括設(shè)站點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程； 2) 采用具有自動跟蹤、自動照準(zhǔn)功能的全站儀，對測量混凝土面施工過程中的任意位 置擺放的測量標(biāo)架上的棱鏡進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤測量，即可實(shí)時(shí)獲取測量標(biāo)架上棱鏡中心點(diǎn)的三 維坐標(biāo)； 3) 利用測量標(biāo)架上安裝的的超聲波測量元件，實(shí)時(shí)測量混凝土面至超聲波元件中心位 置的垂直距離，并根據(jù)測量標(biāo)架上的傾角傳感器計(jì)算混凝土面的傾角，以及標(biāo)架上棱鏡中 心與各測量元件之間的結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)，即可實(shí)時(shí)獲取混凝土面任意位置的實(shí)際三維坐標(biāo)包 括待測混凝土面某位置的平面坐標(biāo)和高程； 4) 通過藍(lán)牙無線傳輸，將全站儀實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)、超聲波測量的數(shù)據(jù)及傾斜傳感器測量 的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至數(shù)據(jù)電腦中； 5) 通過電腦中的線形坐標(biāo)正、反算程序，實(shí)現(xiàn)了測量混凝土面設(shè)計(jì)平面坐標(biāo)和高程批 量計(jì)算，且能實(shí)時(shí)計(jì)算出待測點(diǎn)位所對應(yīng)的線路里程，實(shí)時(shí)計(jì)算出待測點(diǎn)位的實(shí)測高程與 設(shè)計(jì)高程之差值，進(jìn)行判別所施工的測量混凝土面頂面高程控制是否達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要 求，對超出規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求的部位實(shí)時(shí)進(jìn)行處理。
【文檔編號】G01B21/30GK104280014SQ201410528299
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】楊銘, 李強(qiáng), 程賢紅, 周振剛, 黃敏 申請人:中鐵四局集團(tuán)第五工程有限公司