全站儀進行三角高程測量的方法

黎軍平

摘 要：隨著全站儀的廣泛使用，使用跟蹤桿配合全站儀測量高的方法越來越普及，使用傳統的三角高程測量方法已經顯示出了他的局限性。經過長期摸索，總結出一種新的方法進行三角高程測量。這種方法既結合了水準測量的任一置站的特點，又減少了三角高程的誤差來源，同時每次測量時還不必量取儀器高、棱鏡高。使三角高程測量精度進一步提高，施測速度更快。

關鍵詞：全站儀；三角高程測量；方法

引 言

三角高程測量是采用經緯儀和測距儀測定兩點間的豎直角和距離，按三角學原理，計算兩點間的高差，該方法是一種間接測高法，它不受地形起伏的限制，且施測速度較快，尤其是隨著全站儀的出現，及其測角、測距精度的不斷提高，該法更是被廣泛應用于地形圖測繪、管網工程等工程測量中，但它也有其缺點，就是精度較低，尤其每次測量時都需量取儀器高和棱鏡高，比較麻煩，且增加了誤差來源。

1 全站儀的結構及功能

全站儀上半部分包含有測量的四大光電系統，即水平角測量系統、豎直角測量系統、水平補償系統和測距系統。通過鍵盤可以輸入操作指令、數據和設置參數。以上各系統通過I/O接口接入總線與微處理機聯系起來。

微處理機（CPU）是全站儀的核心部件，主要有寄存器系列（緩沖寄存器、數據寄存器、指令寄存器）、運算器和控制器組成。微處理機的主要功能是根據鍵盤指令啟動儀器進行測量工作，執行測量過程中的檢核和數據傳輸、處理、顯示、儲存等工作，保證整個光電測量工作有條不紊地進行。輸入輸出設備是與外部設備連接的裝置（接口），輸入輸出設備使全站儀能與磁卡和微機等設備交互通訊、傳輸數據。

電磁波測距按載波來分，采用微波段的電磁波作為載波的稱為微波測距儀；采用光波作為載波的稱為光電測距儀。光電測距儀所使用的光源有激光光源和紅外光源（普通光源已淘汰），采用紅外線波段作為載波的稱為紅外測距儀。

欲測定A、B兩點間的距離D，安置儀器于A點，安置反射鏡于B點。儀器發射的光束由A至B，經反射鏡反射后又返回到儀器。設光速c為已知，如果光束在待測距離D上往返傳播的時間t已知，則距離D可由下式求出：

傳播速度會隨大氣的溫度和氣壓而變化，15℃和760mmHg是儀器設置的一個標準值，此時的大氣改正為0ppm。實測時，可輸入溫度和氣壓值，全站儀會自動計算大氣改正值（也可直接輸入大氣改正值），并對測距結果進行改正。

2 三角高程測量的傳統方法

首先我們假設A，B兩點相距不太遠，可以將水準面看成水準面，也不考慮大氣折光的影響。為了確定高差hAB，可在A點架設全站儀，在B點架設棱鏡，觀測垂直角αAB，并直接量取儀器高i和棱鏡高t，若A，B兩點間的水平距離為D，則hAB=V+i-t故：

HB=HA+DtanαAB+i-t（2）

這就是三角高程測量的基本公式，但它是以水平面為基準面和視線成直線為前提的。因此，只有當A，B兩點間的距離很短時，才比較準確。當A，B兩點距離較遠時，就必須考慮地球彎曲和大氣折光的影響了。其改正的公式為D2/2R，D為觀測平距，R為地球曲率半徑。這里不論述公式的推理過程，只就三角高程測量新法的一般原理進行闡述。

3 總 結

（1）采用測角2″級的全站儀進行觀測，控制施測距離，盡量控制測距邊長在300m以內，最大也不要超過400m。

（2）地球曲率和大氣折光的影響

近地面大氣層的密度分布一般隨離開地面的高度而變化，也就是說，近地面大氣層的密度存在著梯度。因此，光線通過在不斷按梯度變化的大氣層時，會引起折射系數的不斷變化，導致視線成為一條各點具有不同曲率的曲線，在垂直方向產生彎曲，并且彎向密度較大的一方，這種現象叫做大氣垂直折光。

用全站儀進行三角高程測量時，可以設置大氣折光系數K（一般取0.12），儀器自動對地球曲率及大氣折光的影響進行改正。如果把視距控制在500m左右，前后視距差在3m之內，影響可以忽略不計。

（3）棱鏡沉降、儀器沉降、棱鏡傾斜的影響

與水準測量類似，用全站儀代替水準儀進行高程測量時同樣存在棱鏡沉降、儀器沉降的影響，觀測時必須采取一定的措施來減弱或消除。

棱鏡傾斜的影響與水準測量時水準尺的傾斜相似，只要仔細檢驗對中桿上的圓水準氣泡，在立桿時保證氣泡居中就可以減弱此影響。

（4）豎直度盤指標差的影響

水準測量時主要存在i角誤差的影響，為了消除i角誤差對水準測量的影響一般要求前后視距相等。用全站儀觀測時，類似的誤差是豎直度盤指標差，如果只用正鏡或倒鏡觀測，該項誤差的影響不容忽視。但是只要采用正倒鏡觀測，就可以抵消指標差的影響。

（5）垂直軸傾斜誤差的影響

全站儀能夠進行垂直軸傾斜的自動補償，并且補償后的精度能達到0.1″，影響甚微。因此，垂直軸傾斜誤差的影響可以忽略不計。

（6）垂線偏差的影響

在山區和丘陵地區用全站儀代替水準儀進行高程測量有顯著的優點。但由于垂線偏差的變化較大，使得測點之間所觀測的高差不等于這兩點之間的正常高高差。因此，必須加垂線偏差改正。

（7）電磁場對三角高程測量的影響

在國民經濟建設中敷設大功率、超高壓輸電線，目的是為了使電能通過空中電線或地下電纜向遠距離輸送。根據研究發現輸電線經過的地帶所產生的電磁場，對全站儀視線位置的正確性有系統性的影響，并與電流強度有關。輸電線所形成的電磁場對平行于電磁場和正交于電磁場的視線將有不同影響。在設計三角高程控制路線時，必須考慮到通過大功率、超高壓輸電線附近的視線直線性所發生的重大變形。

參考文獻

[1]張前勇，常勝.全站儀水準法三角高程測量的探討[J].湖北民族學院學報（自然科學版），2007（01）.

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