全站儀快速高程測量方法探討

程 亮

（北京市地質工程公司，北京100143）

0 引言

測量作業作為基坑工程施工全階段的必備工序，需要做到精確、快速、便捷，易重復，可校核，而基坑施工階段現場場地條件較為復雜，施工場地內尚未引測正式的內控軸線、軸網、高程。施工時一般根據建設單位提供的少量點位完成現場施工測量放線，受視野或場地條件的限制，實際使用起來總存在不盡如人意的地方，或存在場內堆土、障礙較多，通視條件不好的情況。

尤其對于高程測設，如采用普通光學水準儀，工作量較大，且容易出現傳遞誤差，進行遠距離高程引測需多次導線，步驟較為繁瑣，費時費力。

全站儀作為新型的測角測距施工測量儀器，已在各施工項目中普遍采用，常用于現場數字化測角、測距，具有精度高、量程大、距離遠的特點，但一般全站儀所配備的標準程序中進行三維點位測量需測量儀器、反射棱鏡的高度，填入儀器后自動計算高程，理論上可行但實際操作時儀器高度需單獨量取，較為麻煩。

本文就免測全站儀儀器及反射棱鏡高度進行快速高程測量的可行性進行分析，并介紹現場實際操作步驟，以方便其他工程中的快速高程測量。

1 測量原理簡述

結合全站儀基本測量程序，實際測量條件與圖1所示的幾何條件相符。.A為已知高程點（HA為已知點A的高程），C為待測點，B點為測站點（HB為點B的高程），分別在A、C點放置對中棱鏡，對中棱鏡高度固定為D。

圖1 全站儀高程測量原理示意圖

儀器整平后啟動測距程序，照準A點能夠測量測站點至照準點A的垂直角α和S1，則AB點間高差即ha=S1*sinα。

A點的高程計算公式為：

HA.=HB-ha+hb-D=HB-S1*sinα+hb-D

則可得：

式中：HA.、HB、HC分別為A、B、C各點的高程；D為對中棱鏡高度；α、β為測站點全站儀中心與A、B點垂直角；ha、hc為測站點全站儀中心與對中棱鏡中心的高差。

再次照準C點能夠測量測站點至照準點C的垂直角β和S2，則BC點間高差即hc=S2*sinβ，C點的高程計算公式為：

將（1）代入（2）中，得：

HC=.HA+ha-hb+D+hb+hc-D

即HC=HA+ha+hc

設H0=HA-ha

將H0作為測站點三維坐標數據的Z值輸入全站儀，就可直接測設未知點位的高程了。

2 測量及計算過程分析

根據實際測量條件與幾何條件相符的基本原則：

（1）A、C點高程測量的幾何原理符合高程測量的基本原理即HC=HA+Δhac；

（2）測量過程中的用到的ha、hc均為全站儀視準軸至棱鏡中心的高差，不涉及儀器高、對中桿高，故Δhac也與儀器高、對中桿高無關。

因此，此測量過程無需輸入儀器高和棱鏡高，僅需假設測站點高程為H0。

至此，實現了免測全站儀儀器及反射棱鏡高度進行高程測量的實際需要。

3 應用實例

以某基坑場地標高實測數據為例，選取了2個建設單位給定的測量基準點和2個現場實測點位，其中BM1，BM2為已知高程點（測量基準點），BM1=46.338m，BM2=45.929m。對中棱鏡高度固定。

首先在A點安置全站儀，整平后在BM1點安置反射棱鏡，啟動測距程序，觀測站點A與BM1點間高差h1=0.991，假設測站點A的高程為：

H0=HA-ha=46.338-0.991=45.347

將全站儀測量程序調整為坐標測量，輸入測站點假定高程Z為45.347m，將儀器高、對中桿高設置為0，此時照準BM1點測量，可顯示BM1點的高程值為46.338m，至此可直接通過坐標測量程序測定其他各點三角高程。

點位的測量結果見表1。

測量數據表明，免測全站儀儀器及反射棱鏡高度進行快速高程測量能夠達到三等水準測量的精度（往返較差不大于12）要求，其相對精度較高，滿足基坑施工階段的高程精度控制要求。

表1 高程測量記錄表（單位：m）

4 應注意的幾點問題

采用免測全站儀儀器及反射棱鏡高度進行快速高程測量，簡化了高程測量、點位測設的程序，具有精度高、量程大、距離遠的優點，其測量精度也能滿足基坑階段的控制要求，操作也相對簡單，但實際操作時應注意：

（1）反射棱鏡高度在單次測量中必須固定，實際測量中需確認對中桿的工作狀態穩定，否則會出現測量數據誤差偏大的問題。

（2）全站儀需精確整平，盡量做到測量儀器、人員、路線三固定。

（3）較適用于中近程高程的測量和測設，未考慮大氣折光改正和地球曲率改正的問題，但如果每次觀測條件及距離大致相同，可基本抵消大氣折光改正和地球曲率改正誤差。

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑基坑支護技術規程(JGJ.120-2012)[S].2012.

[2]中華人民共和國建設部.建筑變形測量規范(JGJ.8-2007).[S].2007.

[3]中華人民共和國建設部.地基與基礎工程施工質量驗收規范(GB.50202-2002).[S].2002.

[4]程小龍，高俊強，黃 陳.全站儀中點法三角高程測量替代二等水準測量研究[J].地礦測繪，2011，27(1)：19～21.

[5]鄧洪亮.免儀器高全站儀高程測量及其應用[J]...中國煤田地質，2007，19(2)：77～78，84.