全站仪三角高程测量的精度分析及其应用

唐天和

摘要：测绘技术在建筑工程、交通运输以及水利水电等领域都有着广泛的应用，特别是随着我国测绘工程行业以及科学技术的不断发展，出现了越来越多的先进测量技术，并得以实践应用，测量技术的精确度也在不断提升。加强对测绘工程测量技术的分析研究工作，对工程行业以及工程企业的持续发展有着重要意义，应当受到有关部门、相关企业以及从业人员的高度关注与重视。基于此，本文章对全站仪三角高程测量的精度分析及其应用进行探讨，以供相关从业人员参考。

关键词：全站仪三角高程测量；精度分析；应用

引言

对于一项工程来说，测量为整个工程的质量保证等提供了重要的技术支持，而且测量结果也是整个工程项目开展与实施的重要依据。随着测距技术的快速发展和测角精度的提高，全站仪三角高程测量以其简单、方便、测量效率高、累积误差小等优点在工程建设和数据采集中得到广泛应用。

一、全站仪的概念

全站仪是全站仪电子测速仪的简称，可同时进行测角、测距、测高差等各种测量。就此而言，高精度主轴得到广泛应用，并在高精度设备的建造和安装中发挥着重要作用。全站仪的高程测量精度仍不确定，因为全站仪的电子测量对天气环境敏感，较纯光学原理的比例还不确定，通常采用高程测量法进行高精度测量。但是，高程测量效率较低，通常适用于较平的测量环境，如果存在较大差异(例如高山和高层建筑)，则高程测量通常需要使用钢带进行高程转移，但随着差异的增大因此，将高程测量改为全桩号三角形高程将提高高程测量的效率。

二、全站仪的基本测量原理

众所周知，测量的基本任务包括水平距离测量、水平角测量、竖直角测量、高差测量。与传统测量方法相比，全站仪可以实现一次安置仪器完成测站上全部的测量工作，使距离测量、角度测量操作简单化和便捷化，且能够在一定程度上避免读数误差的产生。这是全站仪独树一帜的强大特点，而这一特点的支撑在于仪器本身特殊的部件结构。为了做到一次瞄准实现全部基本测量要素的测定功能，且保证测定结果的准确性，全站仪望远镜实现了视准轴、测距光波发射和接收光轴的同轴化，以及全站仪双轴自动倾斜补偿，即全站仪的基本测量原理。

三、全站仪三角高程测量的误差来源

不论是在理想的测量条件下，还是在实际受到地球曲率与折光因素影响的情况下，全站仪三角高程测量的结果精度均会受到目标棱镜高度与仪器高度的人工测量误差的影响，同时，全站仪三角高程测量误差来源还包含竖直角测量误差、测距误差等。对于仪器高与目标棱镜高方面的测量误差，由于在全站仪三角高程测量中对于精准程度的要求一般维持在厘米级，所以，仪器高普遍容易实现精准测量，但是目标棱镜高度精确测量方面所面对的工作难度相对较高。从总体上来看，这2项误差均不会对山区高程测量中全站仪三角高程测量结果的精度造成更为严重的影响，即不属于主要误差来源。受到地形条件、气象、时间等因素的影响，大气折射率（折光系数）会随之发生变化，一般使用平均值完成对大气折光影响的计算，所得到的系数值普遍存在误差。而这种折光系数误差对全站仪三角高程测量结果的影响并不是固定的，通常情况下，在短距离的全站仪三角高程测量操作中，折光系数误差并不属于主要误差；在长距离的全站仪三角高程测量操作中，折光系数误差则属于主要误差。

四、全站仪三角高程测量的精度分析及其应用

（一）全站仪横轴误差的检定

正常情况下，全站仪调平后，三轴的关系应当是竖轴垂直于横轴，横轴垂直于视准轴，视准轴、竖轴与水平面垂直。当仪器横轴与竖轴不垂直时，所产生的误差称为横轴误差。引起横轴倾斜的主要原因是由于安装、调整不善或使用中发生变动，导致横轴的左右支架中心连线不等高所造成。当观测目标处于水平状态下，横轴误差对观测结果没有影响。横轴误差所造成的影响在于对高低目标观测值的影响，视角越大，影响愈大。在实际外业测量中，以测量房屋垂直度为例，全站仪视准轴瞄准房脚固定点后，记录水平角，当仪器横轴误差在规程允许误差范围之内时，仪器视准轴竖直方向瞄准房顶角后，如果仪器水平角不发生变化或在变化限差范围之内，说明房屋垂直度符合要求;超过限差范围，说明房屋垂直度不合格。在外业测量前，应当对横轴误差进行检校。当全站仪配备横轴补偿技术，并按仪器说明对横轴误差进行校正后，全站仪会根据观测值精确计算出横轴误差值，且自动保存，在外业测量时，会自动根据检校出的误差值对观测值进行修正。在实验室对横轴误差进行检定时也同样如此，利用仪器自带的横轴补偿功能对仪器横轴误差进行校准后，在用光学读数方法检定结果不合格时，对仪器进行数字读数方法进行检定，检定结果往往是合格的。

（二）使用偏心测量仪降低偏心差

在进行测量作业时，在使用全站仪的基础上结合使用偏心测量仪，偏心测量仪由刻度盘和角度尺组成，在全站仪手柄上安装偏心测量仪，用来检测被测对象的偏心差。将全站仪放在某一已知点，照准另一已知点进行定向，将偏心点设在待测点的左侧，使其到全站仪的距离与待测点到全站仪的距离相等，然后对偏心点进行测量，照准待测点的方向，仪器会自动计算并显示待测点的坐标。在使用全站仪测量时，不需要进行对中操作，这样可以大大减少测量时间，提高测量效率，降低对中误差对测量精度造成的影响。

（三）科学应用全站仪测绘技术

对于测量中特殊地形的测绘任务，在全面提高测绘效果，在开展测绘工作的过程中，有关测绘人员需根据对现场情况的调查，科学应用全站仪测绘技术。当在特殊地形的测绘任务中选用的是全站仪测绘技术时，需在现场配备全站仪这一设备，全站仪独有的功能使得在测绘工作进行时，可利用其来完成现场的测绘工作，得到对应的结果。全站仪从根本上具有自动化的特点，结合其结构构成特点，其中包含有电子测角、电子实际测距、电子计算和自动数据存储等多个模块，经由这一设备在特殊地形测绘中的应用，可完成三维坐标的测量，且测量结果可在系统中自动显示。此外，全站仪测绘技术的突出特点还体现在其可以实现测量与处理的一体化，其中的电子测绘角系统和测距系统、数据存储系统和自动化补偿设备扶着进行数据的采集和存储，而控制机负责进行相应的指令执行和命令操作。每一种测绘技术都有其各自的适用范围，应根据现场的具体情况来选择最为合适的测绘技术，以使得在开发的过程中，这些测绘数据和信息可得到有效的利用。

（四）棱镜常数设置

全站仪利用全反射棱镜进行距离测量，望远镜照准棱镜中心，全站仪通过发射激光信号，并接收通过棱镜反射的信号，基于信号发射和反射时间差进行距离计算。棱镜为玻璃材质，与空气相比，两者对信号的折射率不同，激光信号通过棱镜的传播速度比在空气中传播速度慢，全站仪测量到反射棱镜的距离比实际距离要长，这一差值称为棱镜常数。不同类型的棱镜，棱镜常数也不同(一般棱镜厂家会在说明书上注明棱镜常数)，常用的有－30mm、－40mm、0等几种。

结束语

全站仪中间法三角高程测量，设站灵活，不需量取仪器高度、棱镜高度，测量效率高，大大降低了劳动程度，特别适合测量应用。用全站仪三角高程测量方法具有效率高、适应性较强的特点，通过精度分析，采取一定提高精度的措施及方法可以基本满足二等水准测量精度要求。因此在测量中应用全站仪三角高程测量的方法可行。

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