全站仪三角高程测量方法及精度分析

全站仪三角高程测量方法及精度分析

杜家勇

江苏苏州地质工程勘察院 江苏苏州 215129

摘要：测量高程的过程当中可以将全站仪与跟踪杆配合使用，从而获得更加好的效果，保障应用的频率越来越高。传统的三角高程测量方法有一定的局限性，新的三角高程测量方法能够突破这种局限性，减少误差的来源、提高精度。每次进行测量的过程当中，不需要反复对仪器的高度进行测量，也不需要对棱镜的高度进行反复测量，在外作业的工作任务量有效减少，同时进行测量的速度也有所提升，在实际工作过程当中，有非常出色的应用价值。

关键词：全站仪；三角高程测量；测量方法；精度分析

引言：

很多不同的测量工作当中，高度测量都是必不可少的一个步骤，在利用一些经常使用的高程测量方法的过程当中，我们可以明显的发现水准测量方法可以获得非常高的精度，但与此同时它的局限性也很明显。水准测量非常容易受到外界地形因素的影响，测速很难得到有效地提升。但是三角高程测量方法测量速度非常快，但是却容易产生较大误差，同时也会对测量工作产生不利影响。但是随着全站仪的投入使用，帮助选取更加合理的选择测量方法，不但可以提高测量效率还能确保精度。

一、三角高程测量方法的基本概念和发展前景

（一）三角高程测量方法的基本概念分析

三角高程测量方法实际上是通过确定观测点之间的水平距离以及竖直角，利用特定高效的公式运算，从而经过严密的计算得出需要等待测量高程差的一种测量方法^[1]。这种测量方法比较简单，同时不会受到测量现场的一些独特的地形因素的影响，在应用过程当中以出色的表现在诸多工程施工当中广泛地得到了应用，因此三角高程测量方法也就成为了测量高程的一种基本的测量方法。

（二）三角高程测量方法的发展前景分析

全站仪三角高程测量代替了水准测量，并且在很多实际的测量工程当中，被许多技术人员所赞同并且运用到实际当中，还取得了非常亮眼的应用效果^[2]，这也表明了，在考虑到很多方面的因素之后，在固定的条件之下，三角高程测量方法应用过程中所能达到的精度并不会很低，所以才会发展势态良好。（详见图1）

图一 全站仪三角高程测量的原理图

二、全站仪三角高程测量方法特征分析以及研究进程

（一）单向观测法

全站仪三角高程测量单向观测法基本上可以达到三等或者是四等的水准测量精度。三角高程测量方法一定要提前考虑好地球曲率和大气折光可能产生的误差影响，这对高程测量的误差会有比较大的影响。因此，在观测高差的过程当中，必须提前考虑到这两项因素，并且及时进行修改^[3]。全站仪通过数字化的手段进行图纸的测量，以及在山区、丘陵等地方进行实际测量的结果分析，据此进行了比较系统的研究分析，可以得知全站仪所测量出的三角高程的高差，能够通过一个具体的熟悉的回归模型，从而得到相应的、合适的测站点位置，同时还能够提前获得测量目标点之间的正常的高程差。利用单向观测法，不仅能够减少地球曲率和大气折光对全站仪三角高程产生的误差影响，还能够进一步的提高测量的精度。

（二）对向观测法

第二种全站仪三角高程测量方法则是对向观测法，通过对测量原理、过程中产生的误差、最后获得的测量精度结果进行综合分析比对，可以发现在三角点上设置的观测相邻之间的水平的距离大概在六百米，同时高度角低于30度，在这种条件之下，三角高程测量甚至可以有一等水平测量的精度，而这种结果也在某一个实际的实践工程当中得到了验证^[4]。从高程测量的固定的计算公式中分析，我们可以获得一些有效地保障精度的措施，并且通过理论的推算，确定了在某一个固定的条件之下，三角高程测量的精度完全可以达到一等水准测量标准。从某一个工程实践案例中进行过对比测量分析，分别用水准测量方法和全站仪三角高程测量方法进行分别测量，同时对测量的结果进行精度分析。研究成果表明，在采取了必要的措施之后，三角高程测量方法代替水准测量方法，除了精度不会受到影响之外，甚至还可以有效地提升测量效率，减少工作时间和工作强度。而通过对三角高程测量的系统误差的全面分析计算，我们可以制定出一个已经消除了或者是大幅度减少系统误差的一个详细的测量规则，甚至可以方便海上作业，满足了精度的高需求，又能够满足长距离的跨海高程测量信息传递的基本要求。而某一个大坝的测量实际案例中，可以得知在一个有着非常良好的提供观测的环境之下，通过全站仪三角高程测量，基本上不会出现高的误差值，有着非常可靠的成果^[5]。对向观测法在一个确定的准备好的观测环境之下，在不大于700米的视距当中，非常轻松的可以获得三等水准测量的精度，但是如果想要获得一等或者是二等的测量精度其实也并不是一件难事，只不过在准备观测条件的过程当中，需要不断地将要求提高。其中包括观测目标的高度需要一致，这样就能够减少棱镜高对高差测量的影响，增加对边角的测量次数来提高测量的精度，为了减少大气折光差值对于测量结果的影响，可以特意选择一个无阳光的阴天或者是选择在晚上进行测量工作。满足了以上这些测量条件之后，对向观测法也能够达到一等或者是二等的测量精度。

（三）中间观测法

从大量的估算研究分析和一些实际的测量案例当中，我们可以发现全站仪三角高程测量方法当中的中间观测法，可以直接代替有三等或者是四等水准测量精度的测量方法。而利用中间观测法所需要达到的要求就是，全站仪的位置有固定要求，需要在两个棱镜的中间进行设置，并且要要求前面和后面的视线距离基本相等，偶数的站点上进行测量控制，这样就能够确保不会受到大气折光误差和棱镜差的影响。尽可能地可能地将全站已安排在居中的位置，将视线距离的差值控制在视线距离的百分之十，同时抛弃软地面，从而选择硬地面作为观测转点，利用中脚架作为中杆棱镜的支撑，确定不同棱镜之间的高度一致，并且可以随时进行前镜和后镜的交换，消除棱镜不等高而造成的误差影响。

三、全站仪三角高程测量精度分析

（一）不同的三角高程测量方法的精度分析

不同种类的全站仪三角高程测量方法之间的精度也会有所不同，在相同的固定条件之下，并且测量的距离相等，高差所产生的误差值会随着角度的扩大而增加。而当测量的角度处于固定的情况，那么高差的误差值则会随着测量距离的增加而增加。而三种不同的测量方法当中，我们可以得知对向观测法能够获得最佳的精度，而单向观测法则会出现最大的误差值，而中间观测法，如果是前镜和后镜的高相同，那么误差值将会减小，并且精度将会提升。

（二）其他影响

当需要进行测量的水平距离没有超过三百米的时候，基本上全站仪三角高程测量方法可以达到三等水准测量的精度要求，当测量距离超过了三百米但是小于五百米的时候，那么能够达到四等水准测量的精度要求。当测量角度大于15度，这个时候影响精度的最大误差应该是来自垂直角误差，在这种情况下，提高垂直角观测精度是提高整个观测精度的重要关键，大气层的密度会根据地面的高度而发生变化，而光线在透过不同密度的大气层的过程当中，会因为折射系数的不同而变成曲线，不会按照直线传播，而这种现象被称作大气折光^[6]。地球曲率和大气折光的误差影响，是三角高程测量误差的主要来源，为了能够进一步的降低影响程度，就需要对大气折光和地球曲率的误差进行自动改正。那么在视线距离不超过五百米的时候，而且前视距和后视距的距离又不会大于三米，所造成的影响不会对最终的精度产生过多的影响，因此基本上可以忽略不计。电磁场作为影响全站仪三角高程测量精度的一个主要因素，电磁场的强度会影响误差的变化，因此在进行测量路线的选择的过程中，需要考虑到周围的高压，输电线的位置以及数量。在建设社会经济的过程当中，大功率的超高压的输电线的设置，就是为了能够使电能更加方便进行远距离的输送。而这些输电线所经过的区域均会产生电磁场，而电子厂则会影响到全站仪的测量精度，并且随着电流的强度而发生非常大的变化。在进行路线设计的过程当中，需要提前考虑到超高压大功率的输电线电磁场将可能带来的误差，从而来提高精度。

四、全站仪三角高程测量的未来应用领域分析

全站仪在大部分的工程测量工作当中的使用，帮助测量工作实现自动搜索、自动识别、自动观测、自动记录以及自动计算等等工序，被许多工程称赞为测量机器人，让测量工作变得更加的简易。特别是当全站仪既能够符合高精度要求的测量工作的同时，还能够适用于一些难度较大的物体变形的测量工作，甚至是减少了人工的参与，达到无人测量工作的程度。比如说在一些大型的建筑物或者是公共场所当中，进行无人监控，以及特殊地点的随时检测和物体变形的实时检测等等，例如地铁工程，采用全站仪三角高程测量又能够达到比较高的水准测量精度，成功的案例也可以作为借鉴为其他的工程提供施工方案。不仅仅是在地铁工程这一种地下工程当中，像高速公路工程的高程测量的应用也取得了不错的效果，能够及时观测到路面的沉降以及路面危害等情况，对于物体变形的测量精度已经达到了非常不错的标准。通过很多不同种类的工程的实际应用情况我们可以得知，全站仪三角高程测量作为一种新的测量方式，突破了水准测量的局限性，适用的地区范围较广，不受地形的因素影响，可以在许多工程领域内发挥出重要作用，为推动社会发展作出巨大的贡献。

五、结束语

根据一些实际的测量工作来看，利用全站仪三角高程测量方法提高工作效率，使用起来更加的灵活，同时也能够减少其他因素的影响，从而提高精度，特别适用于一些山区或者是丘陵地带的测量工作的使用。采取特定的措施，在测量一些建筑物变形的过程当中，能够达到非常不错的水准测量精度。通过制定出特定的方案，提前考虑到误差的可能性，并且根据减少误差的措施实施，以确保精度能够维持在一定的水准。

参考文献：

[1]刘景瑞,赵倩.几种高程测量方法的精度对比[J].城市勘测,2020(04):153-155.

[2]周明,张俊仁,汪金霞.全站仪中间设站法三角高程测量方法及精度研究[J].测绘与空间地理信息,2020,43(03):218-220.

[3]李豪杰,张家威,赵曰耀.一种三角高程测量改进方法的精度分析[J].北京测绘,2019,33(12):1461-1464.

[4]任东风,马超.全站仪三角高程测量方法与精度分析[J].测绘与空间地理信息,2017,40(01):13-17.

[5]文学.全站仪三角高程测量应用综述[J].测绘与空间地理信息,2014,37(01):47-50.

[6]周显平.全站仪三角高程测量及精度[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2011,30(05):717-720.