全站仪高程测量的新方法及其应用

　　摘要：随着全站仪的广泛使用，使用跟踪杆配合全站仪测量高的方法越来越普及，使用传统的三角高程测量方法已经显示出了他的局限性。经过长期摸索，总结出一种新的方法进行三角高程测量。这种方法既结合了水准测量的任一置站的特点，又减少了三角高程的误差来源，同时每次测量时还不必量取仪器高、棱镜高。使三角高程测量精度进一步提高，施测速度更快。
　　关键词：全站仪，高程测量，水准测量
　　1、背景概况
　　在工程的施工测量中，常常涉及到高程测量。高程测量就是根据已知高程的一点与另一点之间的高差，然后按高差的定义，求出未知点的高程。现阶段高程测量按使用的仪器和测量方法分为水准测量、三角高程测量、GPS测高、气压计测高法等。水准测量是采用水准仪和水准尺依据水平视线测定两点间的高差，用水准测量法在小区域范围内可得到较高精度的高程数据，但受视线短、高差小等限制，适用范围较窄。GPS测高是直接测定地面点的地心三维坐标，通过坐标转换为地面高程，它有两点间不需通视，距离不受限制等优点，但其观测费用较高，测量时间较长，数据延后，所以它不太适用于小范围的工程测量。气压计测高是根据高程面每上升11m，气压约下降1mm来测定地面高程，该法适用性较窄，不太适用于工程测量。
　　三角高程测量是采用经纬仪和测距仪测定两点间的竖直角和距离，按三角学原理，计算两点间的高差，该方法是一种间接测高法，它不受地形起伏的限制，且施测速度较快，尤其是随着全站仪的出现，及其测角、测距精度的不断提高，该法更是被广泛应用于地形图测绘、线型工程、管网工程等工程测量中，但它也有其缺点，就是精度较低，尤其每次测量时都需量取仪器高和棱镜高，比较麻烦，且增加了误差来源。
　　2、原理简介
　　为了能减少误差来源，提高精度，充分发挥三角高程测量的优势，更好地为工程建设服务，我们通过大量的工作实践，摸索出一种新的三角高程测量的方法。
　　在谈及该方法前，我们需要先了解全站仪的构造及功能，以及传统的三角高程的测量原理。全站仪的各部件名称如图1和图2所示，它是集测距和测角于一身的仪器，随着它的测角精度的不断提高，现在它已完全可以取代经纬仪测角了。图3所示是传统的三角高程测量的方法，设点A、B为不同高度的两点，已知A点高程为HA，只要知道A、B两点间的高差hAB，即可求出B点的高程HB=HA+hAB。
　　图1图2
　　首先，我们假设A、B两点相距不太远，此时可以将它们之间的大地水准面看成水准面，不考虑地球曲率影响，也不考虑大气折光影响，由图3各关系可得：
　　DAB为A、B两点间的水平距离
　　i为仪器高，v为棱镜高
　　α为A点观测B点的竖直角
　　HA为高程，HB为高程
　　D•tgα为全站仪与棱镜间的高差，设为V
　　hAB=D•tgα+i-v
　　所以有
　　HB=HA+D•tgα+i-v（1）
　　但当A、B两点距离较远时，就必须考虑地球曲率和大气折光的影响了。这里不涉及这两项的改正，只就三角高程测量新方法进行阐述。
　　由传统的三角高程测量原理可知，仪器必须架在已知高程点上，必须量取仪器高和棱镜高，这样就增加了误差的来源，如增加了仪器对中误差，量取仪器高和棱镜高的误差，这样是不利于我们提高量高程的精度的。
　　如果我们能将全站仪好像水准仪一样任意架设，又不用量取棱镜高和仪器高，这样就能大大提高观测速度和观测精度。如图1所示，设B点高程为已知高程，A点高程为未知高程，通过在A点摆站，来测得其它待测点高程。由（1）式可得
　　HA=HB-（D•tgα+i-v）（2）
　　上式除了D•tgα即V的值可以用全战仪直接测得外，i、v值都是未知的，但只要仪器整平架好后，仪器高i值是固定不变的，在观测过程采用同一跟踪棱镜杆，其高度v也是不变的，因此（2）式可化为
　　HA+i-v=HB-D•tgα=H（3）
　　由上面假设分析可知，HA+i-v的值在仪器摆好后是固定不变的，即H值不变，也是可以计算得出的。
　　综上所述，该方法的操作步骤如下：
　　2.1全站仪在离已知高程点的任意合适位置架设，但必须与已知高程点和待测高程点通视；
　　2.2用仪器照准已知高程点，测出D•tgα的值即V的值，从而计算出H的值；
　　2.3将仪器设站点高程重新改为H，同时将i、v值设为0；
　　2.4照准待测点测出它们的高程即可。
　　从理论分析用这种方法进行观测时，使前后视距基本相等，用于消除地球曲率的影响，而且由于棱镜杆高度固定在较高位置（一般为1.7米左右）又可以避免大气折光的影响，其测量高程的精度是完全可以达到三、四等水准精度的。
　　3、总结
　　从上面介绍，我们可以看出该方法与传统的高程测量方法相比，有以下有点：
　　3.1用本方法代替三、四等水准测量来测量高程，大大加快了测量速度，并且它不受高差的制约，可以更方便地在地形起伏较大的区域进行高程测量，大大提高工作效率；
　　3.2本方法测高程，免去了许多步骤，如量取仪器高、棱镜高等，大大提高了工作效率和提高测量精度。
　　3.3通过实践，本方法除用于三、四等水准测量外，还可用于对精度要求较低的沉降变形监测中，如软基处理中沉降板的监测等。随着全站仪测角与测距精度的不断提高，相信该方法的应用范围会更广。
　　参考文献
　　【1】 张前勇;常胜;全站仪水准法三角高程测量的探讨[J];湖北民族学院学报(自然科学版);2007年01期
　　【2】 吴贵才;全站仪在建筑工程放样中的应用[J];山西建筑;2007年15期