如何利用全站儀進(jìn)行三等高程控制測量

1、如何利用全站儀進(jìn)行三等高程控制測量 1 前言 眾所周知，高程控制網(wǎng)是進(jìn)行城市各種大比例尺測圖和各種 工程建筑物放樣的高程控制基礎(chǔ)， 建立高程控制網(wǎng)的常用方法是 水準(zhǔn)測量和三角高程測量。 考慮到城市和工程建設(shè)的特點(diǎn)， 工程 測量技術(shù)規(guī)范 (GB 50026-93) 規(guī)定：高程控制測量依次分為二、 三、四，五等 4 個等級。在實際工程建設(shè)中常用到的高程控制點(diǎn)， 是在原有一、二等國家高程控制網(wǎng)骨干的基礎(chǔ)上，分別采用三、 四五等水準(zhǔn)測量方法按照國家測量規(guī)范的要求施測的。 而三角高 程測量方法， 多用于各級三角控制點(diǎn)和大比例尺測圖時的控制點(diǎn) 高程的測定。 2 全站儀的特點(diǎn) 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步， 尤其

2、是光電測距技術(shù)和自動化控 制技術(shù)的迅速發(fā)展，測繪儀器無論在使用功能及其自動化程度 上，還是在測量精度方面，都有了很大的改進(jìn)和提高。采用常規(guī) 的電磁波測距三角高程方法進(jìn)行高程控制測量，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的四、 五等水準(zhǔn)測量，已被生產(chǎn)實踐證明是完全可行的測量方法和手 段。 近 10 多年來發(fā)展和成熟起來的全站儀，具有測程遠(yuǎn)、精度 高、操作簡單、功能齊全、可進(jìn)行數(shù)據(jù)存取和通信以及自動化程 度高等特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)完全代替了傳統(tǒng)的光學(xué)經(jīng)緯儀( 或電子 經(jīng)緯儀 )與電磁波測距儀的組合，普遍地運(yùn)用于各種工程建設(shè)和 測繪生產(chǎn)實踐中。 采用全站儀以常規(guī)的三角高程測量方法進(jìn)行四 等或五等高程控制，其精度完全可以達(dá)到工程測量

3、規(guī)范的要求。 3 如何進(jìn)行三等高程控制測量 通常，在采用三角高程測量方法測量某一待定點(diǎn) B 的高程 時，往往是在已知高程點(diǎn) A上安置儀器，在待定點(diǎn)B上擺放覘標(biāo) 和棱鏡，量取儀器高I和覘標(biāo)高V然后對覘標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行測距和垂 直角觀測。由已知點(diǎn)A的高程值，通過式(1)可求得待定點(diǎn)B的 高程值HB即 (1) 式中：HA-已知點(diǎn)A的高程值； I 測站的儀器高度，人工用測桿量??； DABA B兩點(diǎn)間水平距離，由全站儀測得； C球氣差系數(shù)，C= (1-K) /2R,K=0.080.14,根據(jù)各測 區(qū)實際情況取值； R地球曲率半徑，一般取 R=6400Km; V待定點(diǎn)B所立覘標(biāo)的高度，人工用卷尺量取。 從式(1)

4、可以看出，待定點(diǎn)B的高程值HB的精度，取決于、 測距D垂直角 以及人工量取儀器高I和覘標(biāo)高V的精度。能 否對傳統(tǒng)的三角高程測量方法進(jìn)行改進(jìn)， 使其觀測精度達(dá)到三等 高程控制的精度要求呢 ?通過推導(dǎo)和試驗，發(fā)現(xiàn)用全站儀以改進(jìn) 的方法進(jìn)行觀測，可以滿足要求。 由式(1)可知，已知點(diǎn)A的精度是固定的。為消除人工量取 儀器高 I 和覘標(biāo)高 V 的誤差對測量結(jié)果精度的影響， 在進(jìn)行測量 時，將儀器安放在 A、B兩點(diǎn)間的任意點(diǎn)C上，在A B兩點(diǎn)分別 安放同一個固定高度的覘標(biāo) (要求覘標(biāo)的照準(zhǔn)中心與反光棱鏡中 心重合)，對A、B兩點(diǎn)分別進(jìn)行觀測，如圖1所示。 從圖1可知，A B兩點(diǎn)之間的高差hAB等于hl與

5、h2之和， 即hAB=h1+h2這樣，重新由已知點(diǎn)A推導(dǎo)計算待定點(diǎn)B的高程; HB=HA+hAB(2) hAB=h1+h2(3) h1=- (l+DCAX tg?琢 CA+C DCA2V)(4) h2=l+DCB tg?琢 CB+ DCB2V(5) 將式( 4)和式( 5)代入式( 3): hAB=DCBtg?琢 CB-DCAt g?琢 CA+ (DCB2+DCA2)(6) 將式( 6)代入式( 2); HB=HA+ DCBtg?琢 CB-DCA tg?琢 CA+( DCB2+ DCA2 ( 7) 式中：CCADCB測站點(diǎn)C分別到點(diǎn)A和點(diǎn)B的水平距離； ?琢CA?琢CB測站點(diǎn)C分別到點(diǎn)A和點(diǎn)B

6、方向的垂直 角； HA C已知點(diǎn)A的高程值和球氣差系數(shù)。 由式(7)可知，待定點(diǎn)B的觀測精度不再受量取儀器高和覘 標(biāo)的影響，只受測距和重直角觀測的影響， 從而減少了誤差因素， 提高了觀測精度。 在實際操作時， 高差 h1 和 h2 可從全站儀顯示 屏上直接讀取并存儲在自帶內(nèi)存中， 最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時， 采用 式計算A、B間的高差H ab,取位至0. 1mm 為進(jìn)一步提高觀測精度， 在實際操作中， 可以通過在同一測 段內(nèi)對同一覘標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行一次照準(zhǔn)多次觀測和多測回觀測， 取其平 均值作為該測站高差值； 對整條線路各測段在不同時段內(nèi)進(jìn)行往 返觀測，取各測段往返觀測的平均值作為觀測值同樣，還可以 通過對

7、往返觀測的較差與水準(zhǔn)測量規(guī)范的限差進(jìn)行比較， 以決定 是否需要對本測段進(jìn)行重測。 最后， 以往返測量的平均值作為該 測段高差。 此外， 還需要在觀測時對每次觀測值進(jìn)行大氣壓和氣 溫的改正。 用全站儀以改進(jìn)的三角高程測量方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水準(zhǔn)測量 方法，其高程網(wǎng)的布網(wǎng)方法， 平差計算方法均可與水準(zhǔn)測量一樣。 為規(guī)范操作以達(dá)到預(yù)期精度， 參照規(guī)范草擬了用全站儀進(jìn)行 三等高程控制的主要技術(shù)指標(biāo) （表 1） 表 1 全站儀三等高程控制測量主要技術(shù)要求 4 工程實例 下面以某橋梁建設(shè)的高程控制網(wǎng)數(shù)據(jù)為例， 來說明用全站儀 進(jìn)行三等高程控制的可行性和優(yōu)點(diǎn)。 大橋橋面全長2. 4 km,地處樹木茂密的陡峭山嶺，

8、跨越一 條300多米寬，60余米深的峽谷。建設(shè)初期，建設(shè)單位僅提供 了 1 個四等水準(zhǔn)點(diǎn)作為高程控制基準(zhǔn)點(diǎn)。 施工單位的首要測量任 務(wù)就是對擬建橋梁進(jìn)行首級控制， 其難點(diǎn)就是如何在峽谷兩岸進(jìn) 行三等高程控制。 在開工日期迫在眉睫的情況下， 項目部決定采 用兩手準(zhǔn)備的高程施測方案：用 2 級全站儀配合固定高同心覘 標(biāo)，以改進(jìn)的三角高程觀測方法布設(shè)一條閉合路線進(jìn)行往返觀 測，平差后的高程數(shù)據(jù)先供施工放線臨時使用；另用DS3級水準(zhǔn) 儀配合紅黑面水準(zhǔn)尺、 尺墊， 采用傳統(tǒng)的三等水準(zhǔn)測量方法對之 前的控制點(diǎn)進(jìn)行觀測，以水準(zhǔn)測量的平差結(jié)果作為正式測量成 果，提供給后續(xù)施工使用。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種測量方法的觀測精度和平差結(jié)果都符合測量 規(guī)范的要求， 滿足橋梁施工的需要。 用全站儀的方法為工程施工 節(jié)省了時間， 贏得了工期和進(jìn)度。 兩種不同首級控制測量方法的 測量數(shù)據(jù)指標(biāo)如表 2 所列。 由表 2 可以看出， 采用傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測量方法因受地形、 地理 以及植被的影響，使得線路長、測站多、工效低 采用全站儀以 改進(jìn)后的三角測量方法觀測， 其結(jié)果不但能夠達(dá)到三等高程控制 精度的要求，而且具有線路短、設(shè)站靈活、工效高的優(yōu)點(diǎn)。 多年的工程測量生產(chǎn)實踐證明， 采用全站儀以改進(jìn)后的觀測