CN107328388A - 一种无仪高无棱镜高三角高程测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种无仪高无棱镜高三角高程测量方法，采用能够能耐受恶劣环境及保持稳定工作性能的全站仪，用两根棱镜杆，提前测知两棱镜杆固定差，在两测点间架设光电测距仪，先后视再前视的测量程序，分别正倒镜观测后视和前视高差，观测时必须瞄准棱镜中心，测设待测点高程，采用往返测量，距离平差，确保测量精度满足二等水准精度，该方法沿用了精密水准仪的操作步骤，通俗的说法就是采用全站仪代替水准仪进行数据采集，用棱镜杆代替铟钢尺获取点与点之间的高差，精度满足相关规范要求。操作简单、便捷高效，数据可靠，精度有效，此方法在山地水准测量、城市建筑基坑高程传递测量、高层建筑高程传递测量中优势明显。

Description

一种无仪高无棱镜高三角高程测量方法

[技术领域]

本发明为一种无仪高无棱镜高三角高程测量方法，适用于起伏较大的山地水准测量，城市建筑深基坑高程传递测量，可实现降低测量成本、节约测量时间，保证测量精度的目的。

[背景技术]

现有水准测量多采用水准仪和铟钢尺进行，针对山地及深基坑测量，测量线路长，转点多，数据处理量大，需耗费大量人力物力，且耗时较长，精度难能满足要求。

随着测量设备仪器的更新换代，测量仪器精度及性能越来越高，传统的测量操作模式不仅没有充分利用和发挥现代测量仪器的功能，亦体现不了高科技含量的优势，将逐渐被淘汰，比如传统操作吊线锤测量导线和放样的模式在当下测量中已经被棱镜和对中杆所替代，传统钢尺量距在实际精确测量操作中已很少采用，传统高精度水准测量采用测微器加铟钢尺来进行，现已被电子水准仪加铟瓦尺代替。

为充分发挥现代仪器的性能优势，降低测量劳动强度，保障测量精度等级，现发明一种“无仪高无棱镜高三角高程测量方法”，这种方法比传统的精密水准测量方法不光有速度、精度、成本上的优势，更有颠覆传统的意义，应用这种方法可淘汰水准仪在工程测量中的应用，施工中可减少仪器配置，能将资源利用做到极致。

[发明内容]

本发明采取的技术方案为：

一、测量仪器选型

1、光电测距仪(全站仪)精度高于1+1PPM以上的所有型号和品牌的仪器。

2、棱镜杆(既对中杆，后同)最低位高度不宜大于1.35m，采用对中架架立，对中杆一般采用两根，短距离测量中一根就可以完成。

二、测量前的准备工作

1、仪器检校

测量前必须对全站仪进行检校，检校后的各项指标必须满足相关规范的要求，尤其正倒镜测距和高差这两项指标必须满足在3mm以内。

2、棱镜杆高固定差的测量

棱镜杆高固定差是恒定的，是指两根棱镜杆在同一高度刻画值的差值，在测量前为了消除这个恒定误差，采用仪器提前测量出这个差值。

三、现场操作

测量准备工作完成后，开始现场测量。测量时仪器置于两待测点之间见图1a，两根棱镜杆分别置于前后视点上(棱镜杆高度都处于最低位，测量过程中严禁伸长和缩短对中杆高度)，采用先后视再前视的测量程序，分别正倒镜观测后视和前视高差，观测时必须瞄准棱镜中心，记录时分别注明棱镜杆1和棱镜杆2的点位点号，并分别记录前后视正倒镜距离和高差。

两测点间距离过长，无法单站完成测量时，可采用临时转点的方式进行，临时转点保证棱镜杆不发生沉陷为原则，转站过程中后视棱镜杆必须保证在原位置，只需要转动棱镜就可以了，见图1b。

如果还需继续转站，前视棱镜操作与后视棱镜相同。这种测量操作模式前视距离和后视距离分别以20m～100m为宜，前后视的距离差值愈小愈好，个别地方因通视条件限制或者跨越江河峡谷时仪器无法在两点中间位置架设，与短边的距离不应小于30m，带自动锁定测距仪前视距离和后视距离分别不得大于300m，前后视距可任意设置,前提是保证观测中能看清楚棱镜十字丝为准。

四、内业数据处理

不管是采用闭合水准还是附合水准路线，都必须采用往返测量，距离取正倒镜平均值，高差也采用正倒镜平均值，高差计算时记住计算原则是减后视加前视，平差时必须采用距离平差，不得使用测站平差，在内页数据处理上，最大的难度是高差的计算，尤其是在使用两根棱镜杆测量且两根棱镜杆长度不相等时计算尤为复杂，下面举例说明：

棱镜杆1长度为1.3m，置于A点上，A点高程1895.3250m，该方向上正倒镜平均读数为-3.8524m。

棱镜杆2长度为1.302m，置于B点上，B点高程1900.6332m，该方向上正倒镜读数为1.4587m。

按照三角高程计算公式后视高程加上后视棱镜杆长度减后视读数加前视读数减前视棱镜杆长度等于B点高程，计算如下：

H_B＝H_A+L₁-h₁+h₂-L₂

H_B—B点高程

H_A—A点高程

L₁—棱镜杆1长度

h₁—后视方向上正倒镜平均读数

h₂—前视方向上正倒镜平均读数

L₂—棱镜杆2长度

1895.325+1.3-(-3.8524)+1.4578-1.302＝1900.6332m

从上式可以得出，两根棱镜杆长度可以合并为-0.002m(既两根棱镜杆高度差)，于是计算式可简化成：

H_B＝H_A-h₁+h₂-L_高度差

H_B—B点高程

H_A—A点高程

h₁—后视方向上正倒镜平均读数

h₂—前视方向上正倒镜平均读数

L_高度差—后视棱镜杆长度减去前视棱镜杆长度差值

1895.325-(-3.8524)+1.4578+(-0.002)＝1900.6332m

在这里值得注意的是两根棱镜杆的高度差有正负之分，因为在测量过程中两根棱镜杆在不停的变换前后视位置，计算中一定要区分两根棱镜杆的高度差的正负取值，始终是后视棱镜杆长度减去前视棱镜杆长度的差值，既棱镜杆1在后视，棱镜杆2在前视时棱镜杆高度差是棱镜杆1高度减去棱镜杆2高度＝棱镜杆高度差，棱镜杆2在后视，棱镜杆1在前视时棱镜杆高度差是棱镜杆2高度减去棱镜杆1高度＝棱镜杆高度差。

五、精度评定

严格按照以上操作步骤进行施测，往返闭合差及附合差必须满足相应水准测量等级要求，如不满足要求则需重新补测，按照此方法施测完全能满足《铁路工程测量规范》

(TB10101-2009)中二等水准测量精度要求。

本发明的方法解决了山地水准测量和城市建筑基坑高程测量线路长、转点多、数据量大，耗时费力的缺点。该方法操作简单、便捷高效，数据可靠，精度有效，适用于山地水准测量和城市建筑基坑高程测量。

[附图说明]

图1a-1b棱镜杆固定差测设

图2记录格式

[具体实施方式]

本方法成功试验应用于玉磨铁路、环湖南路、昆明市OCC基坑工程等项目水准测量，操作简单、便捷高效，数据可靠，精度有效，具有较高的应用和推广价值。

一种“无仪高无棱镜高三角高程测量方法”，充分利用测量仪器更新换代的性能优势，采用能够能耐受恶劣环境及保持稳定工作性能的全站仪，用两根棱镜杆，提前测知两棱镜杆固定差，在两测点间架设光电测距仪(全站仪)，先后视再前视的测量程序，分别正倒镜观测后视和前视高差，观测时必须瞄准棱镜中心，测设待测点高程，采用往返测量，距离平差，确保测量精度满足二等水准精度，该方法沿用了精密水准仪的操作步骤，通俗的说法就是采用全站仪代替水准仪进行数据采集，用棱镜杆代替铟钢尺获取点与点之间的高差，精度满足相关规范要求。

本发明一种“无仪高无棱镜高三角高程测量方法”，操作简单、便捷高效，数据可靠，精度有效，此方法在山地水准测量和城市建筑基坑高程传递测量中优势明显。

本发明优点如下：

1、完美解决了落差较大地形中水准仪多次置站导致的效率低下和误差累计问题。

2、使水准仪测量中尺面刻画值误差无法避免的现状得到解决。

3、克服了传统三角高程测量中量取仪高产生的误差。

4、克服了传统三角高程测量中量取棱镜高产生的误差。

5、解决了一般无棱镜高和无仪高测量中只能采用一根棱镜杆导致的效率低下问题。

6、在深基坑、房建和桥墩等较高和较低建筑中高程传递测量通常采用吊钢尺来进行，该方法操作麻烦，且受场地、温度和落差影响非常大，而采用本发明专利来进行施测可完美解决以上所有问题。

7、传统水准测量需要前后视距相等来克服i角误差，要做到前后视距相等是一件非常繁琐的事情，需要水准仪或前后视尺来回移动多次才能实现，而采用本专利测量方法不需要考虑前后视距相等的问题，在实际操作中该方法可以大大提高测量效率。

一、测量仪器选型

1、光电测距仪(全站仪)精度高于1+1PPM以上。

2、棱镜杆最低位高度不宜大于1.35m，采用棱镜杆架立。

二、测量前的准备工作

1、仪器检校

测量前必须对全站仪进行检校，检校后的各项指标必须满足相关规范的要求，尤其正倒镜测距和高差这两项指标必须≤3mm(该值是指100m距离检校的差值)。

2、棱镜杆高固定差的测量

棱镜高固定差是恒定的，一般同型号的棱镜杆最低高度是相等的，但由于气泡偏斜或者中心杆弯曲等原因会导致两根棱镜杆高度不一致，当两根棱镜杆高度不一致时测量两点的高差会出现误差，该误差正好等于两棱镜杆的高度差，比如：

棱镜杆1方向的正倒镜平均读数是0.1082m，棱镜杆2方向的正倒镜平均读数是0.1058m，则两根棱镜杆的高度差是0.1082-0.1058＝0.0024m，在测量前为了消除这个恒定误差，采用仪器提前测量出这个差值。具体见图1：

先将仪器置于点A 100m外，整平后正倒镜测量棱镜杆1，记录高差，再在点A上置于棱镜杆2，正倒镜测量棱镜杆2，记录高差，测量时两根棱镜杆不得伸长，均处于最低位，瞄准时瞄准棱镜十字丝，棱镜杆1正倒镜读数取平均值，棱镜杆2正倒镜读数取平均值，两平均值之差即为棱镜杆高度恒定差，该差值在每站测量中均会出现，在测量记录中应记录每个棱镜杆对应编号，计算如下式：

棱镜杆高恒定差的计算

H_恒定差＝(1h_正+1h_倒)÷2-(2h_正+2h_倒)÷2

H_恒定差―棱镜杆恒定差

1h_正―棱镜杆1正镜读数

1h_倒―棱镜杆1倒镜读数

2h_正―棱镜杆2正镜读数

2h_倒―棱镜杆2倒镜读数

注意：单站高差计算时必须扣除该恒定值，该高度差恒定值存在正负变化，始终为测定的后视棱镜杆高差减去测定的前视棱镜杆高差的差值，这里的高差是指按照上述操作测量的高差，见过程详见“内业数据处理”章节。

三、现场操作

测量准备工作完成后，开始现场测量。测量时仪器置于两待测点之间，两根棱镜杆分别置于前后视点上(棱镜杆高度都处于最低位)，采用先后视再前视的测量程序，分别正倒镜观测后视和前视高差，观测时必须瞄准棱镜中心，记录时分别注明棱镜杆1和棱镜杆2的点位位置，并分别记录后视正倒镜距离和后视正倒镜高差，记录格式如图2所示。

两测点间距离过长，无法单站完成测量时，可采用临时转点的方式进行，临时转点保证棱镜杆不发生沉陷为原则，转站过程中后视棱镜杆必须保证在原位置，只需要转动棱镜就可以了，如果还需继续转站，前视棱镜操作与后视棱镜相同。这种测量操作模式前视距离和后视距离分别以20m～100m为宜，前后视的距离差值愈小愈好，个别地方因通视条件限制或者跨越江河峡谷时仪器无法在两点中间位置架设，与短边的距离不应小于30m，带自动锁定测距仪前视距离和后视距离分别不得大于300m，前后视距可任意设置。

四、内业数据处理

不管是采用闭合水准还是附合水准路线，都必须采用往返测量，平差时必须采用距离平差，不得使用测站平差。

测量时由于三角高程只采集高差数据，高差中相对仪器高会出现正负值情况，记录时必须严格按照正负值的原始测量数据记录，既正直记录为“+”，负值记录为“-”，计算时采用减后视+前视的计算方法，即：

按照三角高程计算公式后视高程加上后视棱镜杆长度减后视读数加前视读数减前视棱镜杆长度等于B点高程，计算如下：

H_B＝H_A+L₁-h₁+h₂-L₂

H_B—B点高程

H_A—A点高程

L₁—棱镜杆1长度

h₁—后视方向上正倒镜平均读数

h₂—前视方向上正倒镜平均读数

L₂—棱镜杆2长度

从上式可以得出，两根棱镜杆长度可以合并(既两根棱镜杆高度差)，于是计算式可简化成：

H_B＝H_A-h₁+h₂-L_高度差

H_B—B点高程

H_A—A点高程

h₁—后视方向上正倒镜平均读数

h₂—前视方向上正倒镜平均读数

L_高度差—后视棱镜杆长度减去前视棱镜杆长度差值

在这里值得注意的是两根棱镜杆的高度差有正负之分，因为在测量过程中两根棱镜杆在不停的变换前后视位置，计算中一定要区分两根棱镜杆的高度差的正负取值，始终是后视棱镜杆长度减去前视棱镜杆长度的差值，既棱镜杆1在后视，棱镜杆2在前视时棱镜杆高度差是棱镜杆1高度减去棱镜杆2高度＝棱镜杆高度差，棱镜杆2在后视，棱镜杆1在前视时棱镜杆高度差是棱镜杆2高度减去棱镜杆1高度＝棱镜杆高度差。

五、精度评定

充分利用测量仪器更新换代的性能优势，采用能够能耐受恶劣环境及保持稳定工作性能的全站仪，用两根棱镜杆，提前测知两棱镜杆固定差，在两测点间架设光电测距仪(全站仪)，先后视再前视的测量程序，分别正倒镜观测后视和前视高差，观测时必须瞄准棱镜中心，测设待测点高程，采用往返测量，距离平差，确保测量精度满足二等水准精度，该方法沿用了精密水准仪的操作步骤，通俗的说法就是采用全站仪代替水准仪进行数据采集，用棱镜杆代替铟钢尺获取点与点之间的高差，目前市场上使用的全站仪读数精度可以精确到0.1mm，而二等水准按相关规范要求精度为0.1mm，满足读数精度要求。

观测时采用不带跟踪功能的全站仪的十字丝瞄准棱镜中与采用光学水准仪十字丝瞄准铟钢尺的刻画值其瞄准精度等同，如果采用带跟踪功能的全站仪进行观测，基本与电子水准仪水准测量相同，由此推断其满足观测精度要求。

棱镜杆的对点与铟钢尺对点原理相同，铟钢尺采用水准气泡来调节吃面的垂直度，而棱镜杆同样采用水准气泡来保证棱镜杆的垂直度，由此推断其对点和垂直度满足要求。

水准仪采用水平视线来测定点与点之间的高差，全站仪采用测定点与仪器之间的高差来确定两点间的高差，其计算原理相同，由此推断操作原理满足要求。

水准仪为克服i角误差采用前后视距相等来进行规避，全站仪采用则不存在i角误差的影响，其影响的主要因素是竖直度盘的2C值，所以在观测中采用正倒镜取平均值来进行规避，在该项精度评定要全站仪明显占有优势，单全站仪高差是根据竖直角和斜距计算得出，在全站仪测量中距离的误差会向高差传递，但按照目前市场上全站仪的测距精度2mm，测角精度按照1秒计算，单方向测量长度按照100m其影响高差的差值是：

Sin(±1秒)×(100±0.002)＝0.000484814m

以最不利的正一秒和负一秒计算其差值是0.000969627m

按照二等水准测量4√L来计算允许误差是1.26mm，从该数据得出其仪器进度满足二等水准测量要求。

严格按照以上操作步骤进行施测，往返闭合差及附合差必须满足相应水准测量等级要求，精度能满足《铁路工程测量规范》(TB10101-2009)中二等水准测量精度要求。

Claims (5)

1.一种无仪高无棱镜高三角高程测量方法，其特征在于，采用一种全新的精密水准测量操作模式，高程测量时采用全站仪代替水准仪置于两待测点之间，两根棱镜杆分别置于前后视点上，采用光电测距仪(全站仪)测量后视-前视-前视-后视的测量顺序既精密水准仪测量中的后-前-前-后观测方法，分别正倒镜观测后视和前视高差和距离，观测时必须瞄准棱镜中心，记录时分别注明棱镜杆1和棱镜杆2的点位位置，并分别记录前后视正倒镜距离和高差；两测点间距离过长，无法单站完成测量时，可采用临时转点的方式进行，临时转点保证棱镜杆不发生沉陷为原则，转站过程中上一站的前视变为后视，棱镜杆必须保证在原位置，只需要转动棱镜对准仪器，如果还需继续转站，前视棱镜操作与后视棱镜相同直至到测量桩点上。

2.根据权利要求1所述一种无仪高无棱镜高三角高程测量方法，其特征在于，具体测量步骤如下：

(1)仪器检校

测量前必须对全站仪进行检校，检校后的各项指标必须满足相关规范的要求，尤其正倒镜测距和高差这两项指标必须满足在3mm/100m以内；

(2)棱镜杆高固定差的测量

棱镜杆高固定差是恒定的，是指两根棱镜杆在同一高度刻画值的差值，在测量前为了消除这个恒定误差，采用仪器提前测量出这个差值；

(3)现场操作

测量准备工作完成后，开始现场测量，测量时仪器置于两待测点之间，两根棱镜杆分别置于前后视点上(棱镜杆高度都处于最低位，测量过程中严禁伸长和缩短对中杆高度)，采用先后视再前视的测量程序，分别正倒镜观测后视和前视高差，观测时必须瞄准棱镜中心，记录时分别注明棱镜杆1和棱镜杆2的点位点号，并分别记录前后视正倒镜距离和高差；

两测点间距离过长，无法单站完成测量时，可采用临时转点的方式进行，临时转点保证棱镜杆不发生沉陷为原则，转站过程中后视棱镜杆必须保证在原位置，只需要转动棱镜就可以；

(4)内业数据处理

不论采用闭合水准还是附合水准路线，都必须采用往返测量，距离取正倒镜平均值，高差也采用正倒镜平均值，高差计算时记住计算原则是减后视加前视，平差时必须采用距离平差，不得使用测站平差，在内页数据处理上，最大的难度是高差的计算：

(5)精度评定

严格按照以上操作步骤进行施测，往返闭合差及附合差必须满足相应水准测量等级要求，如不满足要求则需重新补测，按照此方法施测完全能满足《铁路工程测量规范》(TB10101-2009)中二等水准测量精度要求。

3.根据权利要求2所述一种无仪高无棱镜高三角高程测量方法，其特征在于，若需继续转站，前视棱镜操作与后视棱镜相同，前视距离和后视距离分别以20m～100m为宜，前后视的距离差值愈小愈好，当仪器无法在两点中间位置架设时，与短边的距离不应小于30m，带自动锁定测距仪前视距离和后视距离分别不得大于300m，前后视距可任意设置，前提是保证观测中能看清楚棱镜十字丝为准。

4.根据权利要求1所述一种无仪高无棱镜高三角高程测量方法，其特征在于，使用两根棱镜杆测量且两根棱镜杆长度不相等时计算公式如下：按照三角高程计算公式后视高程加上后视棱镜杆长度减后视读数加前视读数减前视棱镜杆长度等于B点高程，计算如下：

H_B＝H_A+L₁-h₁+h₂-L₂

H_B—B点高程

H_A—A点高程

L₁—棱镜杆1长度

h₁—后视方向上正倒镜平均读数

h₂—前视方向上正倒镜平均读数

L₂—棱镜杆2长度

从上式可以得出，两根棱镜杆长度可以合并既两根棱镜杆高度差，于是计算式可简化成：

H_B＝H_A-h₁+h₂-L_高度差

H_B—B点高程

H_A—A点高程

h₁—后视方向上正倒镜平均读数

h₂—前视方向上正倒镜平均读数

L_高度差—后视棱镜杆长度减去前视棱镜杆长度差值

在这里值得注意的是两根棱镜杆的高度差有正负之分，因为在测量过程中两根棱镜杆在不停的变换前后视位置，计算中一定要区分两根棱镜杆的高度差的正负取值，始终是后视棱镜杆长度减去前视棱镜杆长度的差值，既棱镜杆1在后视，棱镜杆2在前视时棱镜杆高度差是棱镜杆1高度减去棱镜杆2高度＝棱镜杆高度差，棱镜杆2在后视，棱镜杆1在前视时棱镜杆高度差是棱镜杆2高度减去棱镜杆1高度＝棱镜杆高度差。

5.根据权利要求1所述一种无仪高无棱镜高三角高程测量方法，其特征在于，所用测量仪器选型，光电测距仪精度高于1+1PPM以上的所有型号和品牌的仪器；棱镜杆既对中杆(后同)，最低位高度不宜大于1.35m，采用对中架架立，对中杆一般采用两根，短距离测量中一根就可以完成。