高精度智能全站儀結合徠卡多測回測角軟件在山區高程控制測量中的應用

文平

摘要：目前，全站儀三角高程測量代替水準測量已經得到非常廣的應用，但是，傳統的三角高程測量投入資源多，計算量大，效率低，已經不能滿足現場施工進度的要求。隨著高精度智能全站儀的面世，以及機載軟件的成功研發，現代的三角高程測量具有劃時代的進步，不僅需要的資源少、速度快、節省時間，而且效率高，精度能夠保證。本文將以仁新高速公路13標為例，闡述高精度智能全站儀結合徠卡多測回測角軟件在山區高程控制測量中的應用。

Absrtact： At present， the total station trigonometric leveling has been widely used instead of leveling. However， the traditional trigonometric leveling has not been able to meet the requirements of the construction progress because of the large amount of resources invested， the large amount of calculation and the low efficiency. With the advent of high precision intelligent total station and the successful research and development of airborne software， modern trigonometric leveling has made epoch-making progress. It not only needs less resources， faster speed and less time， but also has high efficiency and accuracy. Taking Renhua-Xinfeng Expressway 13# as an example， this paper expounds the application of high precision intelligent total station instrument combined with Leica multi-measurement angle measurement software in mountain area elevation control survey.

關鍵詞：全站儀；多測回測角；三角高程；測量

Key words： total station；multi-measurement angle-measurement；trigonometric elevation；measurement

中圖分類號：P224.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）11-0237-03

0 引言

在高程控制測量中，一般首先采用的是水準測量，但對于山區地形，水準測量限制非常大，全站儀三角高程測量優勢比較明顯，它不受地形起伏的限制，具有效率高、實施靈活等優點，已有實踐證明：三角高程測量能達到三、四等水準測量的精度要求；特殊情況下，有時還能夠達到一、二等水準測量的精度要求。傳統的三角高程測量投入人員多，且需要手動記錄，內業計算工作量比較大；而高精度智能全站儀結合徠卡多測回測角軟件的應用，是三角高程測量的一次進步，是軟硬件改進的結晶，它具有自動測量及自動記錄的功能，內業既可以自動生成電子表格，也可以自動生成支持多種軟件的平差格式文件，效率非常高，精度也能保證，從而能夠減少測量人員，節省時間。

1 三角高程測量原理

三角高程測量是根據由測站向照準點所觀測的斜距和豎直角，通過三角公式計算兩點間的高差。如圖1所示。

計算公式如下：

hAB=S·sinα+i-v+f或hAB=D·tanα+i-v+f

HB=HA+hAB

式中：S—AB兩點間的斜距；D—AB兩點間的平距；i—儀器高；v—目標高；f—球氣差改正數；f=c-r=球差-氣差=D2/2R-D2·k/2R=（1-k）·D2/2R（k為大氣折光系數，取值范圍約在0.09-0.16之間。）

2 徠卡多測回測角軟件（中國版）

2.1徠卡多測回測角軟件的基本功能

徠卡多測回測角軟件是建立高等級三角網、導線（網）以及大型構筑物和建筑物形變監測網時的主要觀測手段，這些觀測具有觀測目標多、測回數多、精度要求高等特點。也是專門針對用戶設計的機載軟件，提供了高效、便捷的自動化測量，大大提高了工作效率，降低了勞動強度，同時滿足了內、外業數據一體化、規范化的作業要求，充分顯示了該機載軟件的先進性、可靠性與經濟性，完善的后處理程序，能夠進行各種網形的數據平差處理。

2.2 徠卡多測回測角軟件的主要特點

①操作簡單，觀測過程規范。②限差設置靈活。③具有手動學習、自動觀測、自動記錄。④后處理完善、規范，能夠導出標準的觀測手簿，并能夠導出支持多種軟件的平差格式文件。

2.3 徠卡多測回測角軟件的主要操作

2.3.1 限差設置

2.3.1.1 水平角觀測限差設置

如圖2所示，按照規范要求分別設置讀數互差、2c限差、半測回歸零差、一測回2c互差，測回均值互差、同方向2c互差。

2.3.1.2 垂直角觀測限差設置

如圖3所示，按照規范要求分別設置讀數互差、垂直角指標限差、一測回指標互差、測回間均值互差，同方向指標互差。

2.3.1.3 斜距觀測限差設置

如圖4所示，按照規范要求分別設置讀數互差、測回均值互差。

2.3.2 學習測量及自動觀測

在最初的半測回，需要人工照準各個目標點，輸入各點點號、棱鏡高，依次將各個目標點學習完畢，如圖5所示；對準目標點時，按“測存”鍵，完成對該點的學習，學習完最后一個目標點后，按“完成”鍵，完成初始測量，返回到多測回測角主菜單。

進入到自動觀測界面后，轉動棱鏡瞄準初始學習的第一個目標點，然后按F1“開始”，儀器即開始對學習過的目標點依次進行自動測量，如圖6所示。開始自動觀測之后，必須保證儀器和目標棱鏡之間通視，若目標被遮擋，儀器將按照設定次數重新測量，超過次數后儀器提示是否跳過該點。需要人工干預，按“是”，儀器將跳過該目標，該次測量值以學習值代替，選擇“否”，儀器將繼續觀測該點。

2.4 數據后處理

外業觀測完畢后，利用電腦上安裝的徠卡TCA多測回測角自動觀測軟件進行數據后處理，打開軟件，首先新建作業，把觀測數據*.obs和棱鏡高文件*.lep導入至軟件，依次進行斜距傾斜改正、高差計算，導出相應報表和格式文件，導出的電子手簿如表1所示。

3 工程實例

3.1 工程概況

仁新高速公路LJ13標起于廣佛寺大橋0#臺端，止于銀峰山出口，起點里程K127+494，終點里程K132+180，正線線路長4.484公里，工程含4.484公里正線、沐川南互通及4.18公里連接線。主要工程有銀峰山隧道一座，該隧道右線長1923m、左線長1911m；特、大、中橋梁共計21座，涵洞15座。

項目位于四川盆地西南緣向云貴高原的過渡上，峰巒起伏，溝谷縱橫，地形陡峻，植被茂密，受巖性和構造控制，形成陡緩相間連續變化地形。項目內地形高點高程約為800m，相對最低點的觀音堂高程約490m，相對高差約為310m，屬構造剝蝕侵蝕低山地貌。隧道所傍斜坡較陡，坡度約40°～60°，斜坡坡表植被茂密，沿沐介路處斜坡局部基巖裸露。

3.2 測量方法

由于本項目位于山區，水準測量難度非常大，所以采用三角高程測量對向觀測的方法進行高程控制測量。

3.3 測量儀器

測量采用的儀器為高精度智能全站儀，目前市面上高精度智能全站儀有多種品牌（徠卡、索佳、拓普康、天寶等），本次選用的是徠卡TS60：測角精度0.5″，測距標準精度1mm+1ppm，它具有自動搜索、識別、觀測、記錄和計算等功能。儀器加裝徠卡多測回測角機載軟件，具有自動測量、自動記錄，節省時間、減少人員，自動生成電子手簿及平差格式文件，效率高。

由表2可以看出：自動觀測、自動記錄，需要的測量人員少，節省時間。如果方向數和測回數增加，則更有優勢。

3.4 測量結果

本次測量設計高程點4個，加密高程點8個，測量線路7.95公里，共測量了24段對向觀測，對向觀測高差互差最大為13.8mm，小于限差29.5mm，滿足光電測距三角高程測量四等的規范要求，具體數字見表3。

按照《國家三、四等水準測量規范》中的公式計算每公里高差測量偶然中誤差：

通過上式得出本項目每公里高差測量偶然中誤差為±3.9mm，小于規范規定的±5mm，外業成果可靠。

4 結束語

全站儀三角高程測量不受觀測地形的限制、測站數少、能減輕勞動強度、提高作業速度、具有較強的靈活性與實用性，尤其是在丘陵地帶或山區的測量中有較大的優越性。高精度智能全站儀的出現，更能體現出三角高程測量的優勢。高精度智能全站儀結合徠卡多測回測角軟件在本測區高程控制測量的應用，不僅節省了大量的時間，減少了人員的投入，而且速度快、效率高、精度高，為項目間接創造了經濟效益，可以進行推廣。

參考文獻：

[1]GB/T12898-2009，國家三、四等水準測量規范[S].中國標準出版社.

[2]JTG C10-2007，公路勘測規范[S].人民交通部出版社.

[3]徠卡TCA機載自動監測軟件[M].徠卡測量系統（上海）有限公司.

[4]張正祿，等.工程測量學[M].武漢：武漢大學出版社，2005.

[5]孔祥元，等.控制測量學[M].武漢：武漢大學出版社，2006.

[6]晏洪波，等.智能全站儀精密三角高程測量替代二等水準測量[J].水電自動化與大壩監測，2007（8）.

[7]李林.用三角高程測量法代替三四等水準測量的可行性研究[J].同煤科技，20056（4）：3740.