CN110118546A - 一种测量独立构筑物高程的方法 - Google Patents

一种测量独立构筑物高程的方法 Download PDF

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魏民
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Abstract

本发明公开了一种测量独立构筑物高程的方法，根据全站仪的测角测距一体化功能以及它的数据精确、操作方便的优点和特性，结合一定的数学理论，在远离待测构筑物的地面选测两个与待测点能通视并在同一个铅垂面的测站点，分别在两个测站点架设全站仪，观测两个垂直角和一段水平距离，通过数学计算得出待测构筑物顶端与测站点的高差，再通过地面已知点和测站点的关系，从而很方便快捷获得独立构筑物的准确高程。该方法只需两人即可快速完成测量工作。

Description

一种测量独立构筑物高程的方法
技术领域
本发明属于建筑技术领域，尤其涉及一种测量独立构筑物高程的方法。
背景技术
在某些工程(如机场)设计、施工中，为了满足建设项目的功能、布局和安全等要求，需要获得拟建项目场区及周边原有构筑物的高程，测量构筑物高程通常采用的方法有水准测量、三角高程测量、GNSS高程测量、全站仪悬高测量、航摄和遥感测量等等，其中航摄和遥感法由于成本高，测得的高程精度有限，其它几种方法在测量时都需要测量人员到达待测点处安置测量设备如立尺挂尺、安置棱镜、安装GNSS测量仪等，而有些独立构筑物如山顶上、悬崖边、水中央的构筑物因地点位置特殊，其附近往往没有已知的高程起始点，测量人员到达待测点比较困难；有些构筑物还带有高压电、强辐射等危险源，测量人员不宜直接靠近，如电力塔架、风力发电机、水上航标塔、机场指挥塔、电磁波发射塔、军事设施等等。
常用方法如下：
测量构筑物高程的常规方法有：
一、水准测量:采用水准仪从已知点到待测点按水准路线逐站测量，测得待测点与已知点间高差，再根据已知点高程和所测高差得出待测点高程。该方法需要多名测量人员配合观测，且测量人员要到达高耸构筑物顶端挂尺或安置测距棱镜观测，如果位于山顶、崖边、水中的构筑物附近又没有已知高程点，则需要按一定线路进行多站往返观测。其作业时间长，观测困难多，工作量大。
二、电磁波测距三角高程测量:采用全站仪在已知点架设仪器，在待测点安置棱镜，观测距离和垂直角，测得待测点与已知点间高差，再根据已知点高程和所测高差得出待测点高程。该方法必须是已知高程点与待测点能够通视，且需要测量人员到达构筑物顶端待测点安置棱镜或反射片，测得站点到待测点的精确距离；如果已知高程点距离较远，则需要同方法1一样按一定线路多站往返观测。
三、GNSS拟合高程测量:通过GNSS接收机，利用全球卫星导航***(GNSS)测量技术直接测定待测点的大地高，通过GNSS坐标转换计算出待测点高程。该方法需要测量人员到达待测点安置GNSS接收机，要求场区开阔，卫星、网络信号好，远离无线电发射源、高压输电线、微波塔等，该方法受卫星、网络信号和周围环境限制，作业成本较高。
四、全站仪悬高测量:是采用全站仪测定空中某点距地面的垂直高差，再根据地面点与已知点高差得出待测点高程，需要测量人员到达待测目标点的垂直底部安置反射棱镜，该方法只适合测量空中某点(如悬空高压线)的高程。
五、航摄和遥感测量：是在空中飞行器(卫星、飞机等)上安装航摄仪或遥感器，按照一定的线路和轨迹飞行，获得地面物体连续的影像数据，再结合地面控制点，通过专业软件对影像数据信息解算处理，获得被摄物体的形状、大小和位置，从而通过该成果提取地物的高程。该方法适合大面积地形图、地面高程模型图、地面正射影像图等测量，其执行时间长，生产成本高。
现有技术的缺陷：
以上一、二、三和四方法都需要测量人员到达待测点处安置测量设备(立尺、安置棱镜、安装GNSS测量仪等)，而山顶上、悬崖边、水中央的构筑物因地点位置特殊测量人员到达待测点很困难，对于有高压电或辐射等危险源的构筑物，接近构筑物的测量人员会有较大的人身伤害风险，如电力塔架、风力发电机、机场指挥塔、电磁波发射塔、军事设施等等，不仅安全防护成本高而且有很大的作业风险；
对于山顶、崖边、水中的待测物附近没有已知高程点情况，方法一和二需要经过多次转站、往返测量，容易造成误差累积，其执行时间长，观测困难多，工作量非常大；
方法三中安置GNSS接收机成本较高，其观测数据受卫星、网络、环境的限制，其测量精度往往受环境的影响会出现较大误差甚至错误，对于带高压电，电磁波等场所不能使用；
方法四只适合测量空中某点的高程，其中需要在待测物的垂直底部安置棱镜观测，不能用于测量实体构筑物的顶点高程；
方法五获取影像数据资源设备和解算软件昂贵，执行时间长，操作成本高，测量精度较低，不适合用来进行独立构筑物的精确高程测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量独立构筑物高程的方法，解决上述现有技术的不足之处。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
(1)在远离待测构筑物一侧的地面上设置第一测站点A，在所述第一测站点A架设第一全站仪A1，将所述第一全站仪A1进行对中和整平后，对准待测构筑物顶部中心点K，在第一全站仪A1的指导下靠近待测构筑物方向，与第一测站点A距离为d处设置第二测站点B；
(2)第二测站点B处安置第二棱镜，分别对第一全站仪A1和第二棱镜进行对中、整平然后测得第一测站点A的第一仪器高iA,和第二测站点B的第二棱镜高VB；
(3)操作第一全站仪A1，输入第一仪器高iA和第二棱镜高VB，对准待测构筑物顶部中心点K记录AK垂直角α1；
(4)操作第一全站仪A1对准第二棱镜，测得AB的水平距离d1和AB两点的高差h1；
(5)再次操作第一全站仪A1，对准待测构筑物顶部中心点K记录AK垂直角α2；
(6)第一测站点A取下第一全站仪A1安置第一棱镜，第二测站点B处取下第二棱镜安置第二全站仪B1，分别对第二全站仪B1和第一棱镜进行对中、整平后测得第一棱镜高VA和第二仪器高iB；
(7)操作第二全站仪B1，输入第一棱镜高VA和第二仪器高iB，对准待测构筑物顶部中心点K记录BK垂直角β1；
(8)操作第二全站仪B1对准第一棱镜，测得BA的水平距离d2和BA两点的高差h2；
(9)再次操作第二全站仪B1，对准待测构筑物顶部中心点K记录BK垂直角β2；
(10)检查观测记录，复核计算观测数据，符合全站仪观测技术要求后，观测完毕，如不符合要求，重新观测；
通过多次测量第一全站仪A1和第二全站仪B1与待测构筑物顶部中心点K之间的垂直夹角数值获得的平均值分别为α和β，以及第一测站点A和第二测站点B的间距d，通过数学计算出待测点与地面测站点的高差，再根据地面已知点和测站点的关系，获得待测构筑物的高程。
本发明的一种测量独立构筑物高程的方法，所述第一测站点A和第二测站点B与待测构筑物顶部中心点K能通视。
本发明的一种测量独立构筑物高程的方法，所述第一测站点A、第二测站点B和待测构筑物顶部中心点K在同一铅垂面上。
本发明的一种测量独立构筑物高程的方法，所述第一全站仪A1和第二全站仪B1，为同一设备的不同位置使用。
本发明的一种测量独立构筑物高程的方法，所述第一棱镜和第二棱镜，为同一设备的不同位置使用。
本发明产生的有益效果是：本发明设计了一种测量独立构筑物高程的方法，在远离待测构筑物的地面常规测量区域，通过定点、测设两个与待测点能通视并在一个铅垂面的测站点，分别在两个测站点架设全站仪观测待测构筑物顶端待测点，只需测得两个竖直角α、β和两测站点的间距d，通过数学计算出待测点与地面测站点的高差，根据地面已知点和测站点的关系，获得待测物高程，本方法不需要测量人员到达待测点，两人配合即可快速完成，操作简单、快捷、工作量小、效率高，避免了测量人员登高攀爬、涉水运行以及高压触电、电磁辐射等危险作业的风险，比常规方法安全、环保，且只需在野外观测少量数据，线路简单，误差累积小，测量精度高，本方法对于测量高压线塔、风力发电轮、航空指挥塔、电磁波发射塔等高程时，测量仪器不受电磁波等干扰，测量数据更准确可靠，同时本方法只需要配备常规测量仪器，测量设备设施投入少，作业成本低。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的示意图；
图2是本发明实施例的俯视图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，一种测量独立构筑物高程的方法，包括以下步骤：
(1)在远离待测构筑物一侧的地面上设置第一测站点A，在所述第一测站点A架设第一全站仪A1，将所述第一全站仪A1进行对中和整平后，对准待测构筑物顶部中心点K，在第一全站仪A1的指导下靠近待测构筑物方向，与第一测站点A距离为d处设置第二测站点B；
(2)第二测站点B处安置第二棱镜，分别对第一全站仪A1和第二棱镜进行对中、整平然后测得第一测站点A的第一仪器高iA,和第二测站点B的第二棱镜高VB；
(3)操作第一全站仪A1，输入第一仪器高iA和第二棱镜高VB，对准待测构筑物顶部中心点K记录AK垂直角α1；
(4)操作第一全站仪A1对准第二棱镜，测得AB的水平距离d1和AB两点的高差h1；
(5)再次操作第一全站仪A1，对准待测构筑物顶部中心点K记录AK垂直角α2；
(6)第一测站点A取下第一全站仪A1安置第一棱镜，第二测站点B处取下第二棱镜安置第二全站仪B1，分别对第二全站仪B1和第一棱镜进行对中、整平后测得第一棱镜高VA和第二仪器高iB；
(7)操作第二全站仪B1，输入第一棱镜高VA和第二仪器高iB，对准待测构筑物顶部中心点K记录BK垂直角β1；
(8)操作第二全站仪B1对准第一棱镜，测得BA的水平距离d2和BA两点的高差h2；
(9)再次操作第二全站仪B1，对准待测构筑物顶部中心点K记录BK垂直角β2；
(10)检查观测记录，复核计算观测数据，符合全站仪观测技术要求后，观测完毕，如不符合要求，重新观测；
通过多次测量第一全站仪A1和第二全站仪B1与待测构筑物顶部中心点K之间的垂直夹角数值获得的平均值分别为α和β，以及第一测站点A和第二测站点B的间距d，通过数学计算出待测点与地面测站点的高差，再根据地面已知点和测站点的关系，获得待测构筑物的高程。
本发明的优选实施例中，所述第一测站点A和第二测站点B与待测构筑物顶部中心点K能通视。
本发明的优选实施例中，所述第一测站点A、第二测站点B和待测构筑物顶部中心点K在同一铅垂面上。
本发明的优选实施例中，所述第一全站仪A1和第二全站仪B1，为同一设备的不同位置使用。
本发明的优选实施例中，所述第一棱镜和第二棱镜，为同一设备的不同位置使用。
计算过程：
1)按式①分别计算出AK、BK的垂直角α、β，AB的水平距离d；按式②计算出A、B两点的高差h，按式③分别计算出待测构筑物顶点K与第一测站点A和第二测站点B的高差HAK和HBK；
①
②
③
2)根据第一测站点A和第二测站点B附近的已知高程点，用常规方法测得第一测站点A或第二测站点B的高程HA、HB，按式④计算得出待测构筑物的高程HK；如第一测站点A和第二测站点B为已知高程点，直接按式④计算得出HK。
④HK＝HA+hAK,HK＝HB+hBK
根据测站点与待测构筑物的位置关系和精度要求选择重复测量竖直角和距离的次数。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种测量独立构筑物高程的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在远离待测构筑物一侧的地面上设置第一测站点A，在所述第一测站点A架设第一全站仪A1，将所述第一全站仪A1进行对中和整平后，对准待测构筑物顶部中心点K，在第一全站仪A1的指导下靠近待测构筑物方向，与第一测站点A距离为d处设置第二测站点B；
(2)第二测站点B处安置第二棱镜，分别对第一全站仪A1和第二棱镜进行对中、整平然后测得第一测站点A的第一仪器高iA,和第二测站点B的第二棱镜高VB；
(3)操作第一全站仪A1，输入第一仪器高iA和第二棱镜高VB，对准待测构筑物顶部中心点K记录AK垂直角α1；
(4)操作第一全站仪A1对准第二棱镜，测得AB的水平距离d1和AB两点的高差h1；
(5)再次操作第一全站仪A1，对准待测构筑物顶部中心点K记录AK垂直角α2；
(6)第一测站点A取下第一全站仪A1安置第一棱镜，第二测站点B处取下第二棱镜安置第二全站仪B1，分别对第二全站仪B1和第一棱镜进行对中、整平后测得第一棱镜高VA和第二仪器高iB；
(7)操作第二全站仪B1，输入第一棱镜高VA和第二仪器高iB，对准待测构筑物顶部中心点K记录BK垂直角β1；
(8)操作第二全站仪B1对准第一棱镜，测得BA的水平距离d2和BA两点的高差h2；
(9)再次操作第二全站仪B1，对准待测构筑物顶部中心点K记录BK垂直角β2；
(10)检查观测记录，复核计算观测数据，符合全站仪观测技术要求后，观测完毕，如不符合要求，重新观测；
通过多次测量第一全站仪A1和第二全站仪B1与待测构筑物顶部中心点K之间的垂直夹角数值获得的平均值分别为α和β，以及第一测站点A和第二测站点B的间距d，通过数学计算出待测点与地面测站点的高差，再根据地面已知点和测站点的关系，获得待测构筑物的高程。
2.根据权利要求1所述的一种测量独立构筑物高程的方法，其特征在于，所述第一测站点A和第二测站点B与待测构筑物顶部中心点K能通视。
3.根据权利要求1所述的一种测量独立构筑物高程的方法，其特征在于，所述第一测站点A、第二测站点B和待测构筑物顶部中心点K在同一铅垂面上。
4.根据权利要求1所述的一种测量独立构筑物高程的方法，其特征在于，所述第一全站仪A1和第二全站仪B1，为同一设备的不同位置使用。
5.根据权利要求1所述的一种测量独立构筑物高程的方法，其特征在于，所述第一棱镜和第二棱镜，为同一设备的不同位置使用。
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