東英測繪——全站儀水準法

什么是全站儀水準法

“全站儀水準法”的工作特點是已知一個點高程，求周圍點的高程，可根據地形條件在任意點設站,只要求與已知高程點和待求點通視,設站靈活，這種方法既結合了水準測量的任一置站的特點，又減少了三角高程測量的誤差來源，同時每次測量時還不必量取儀器高、棱鏡高，有效減少了量取儀器高和目標高所帶來的誤差，使三角高程測量精度進一步提高，施測速度更快。

傳統三角高程測量方法：

如上圖所示，已知A點高程HA,求B點高程。

假設A，B兩點相距不太遠，可以將水準面看成水準面，也不考慮大氣折光的影響。為了確定高差HAB，可在A點架設全站儀，在B點豎立跟蹤桿，觀測垂直角а，并直接量取儀器高i和棱鏡高t。

        則     HB=HA+D*SIN@1 +i-t   

其中@為在A點觀測B點時的垂直角,@為仰角SIN@為正，@為俯角SIN@為負。i為測站點的儀器高，t為棱鏡高。

        這就是三角高程測量的基本公式，但它是以水平面為基準面和視線是直線為前提的。因此，只有當A，B兩點間的距離很短時，才比較準確。當A，B兩點距離較遠時，就必須考慮地球彎曲和大氣折光的影響了，這里不考慮球球氣差的改正。從傳統的三角高程測量方法中我們可以看出，它具備以下兩個特點：

        1、全站儀必須架設在已知高程點上

        2、要測出待測點的高程，必須量取儀器高和棱鏡高。

“全站儀水準法”過程推導：

如上圖，已知HB，求HC，據三角高程測量

    HAB=HB-HA=S1*SIN@1                                   （1）

    HA=HB-S1*SIN@1                                            （2）

    HAC=HC-HA=S2*SIN@2                                   （3）

    HC= HA+S2*SIN@2                                          （4）

將(2)代入(4)：

    HC= HB- S1*SIN@1+ S2*SIN@2                       （5）

其中@為測站點到待測點的垂直角，S測站點到待測點的斜距。

    由（5）式可知，測量待測點C時不需儀器高，棱鏡高，測出的待測點高程在理論上和傳統三角高程是一致的，并且很形象的知道測站只對高程進行了傳遞。

“全站儀水準法”實例：

如上圖，已知B點高程HB=1.325m,求C點高程。

一、在B點旁選擇合適點A，架設儀器，與BC兩點通視，將儀器高和棱鏡高都設置為零。

二、對準目標B測距，求得AB兩點間的高差HAB=S1*SIN@1=-0.124m,直接從儀器讀取。

三、修改棱鏡高，棱鏡高=-（HB-HAB）=-(1.325+0.124)=-1.449m。

四、在儀器中輸入棱鏡高-1.449m，再次測距，此時儀器內目標高應為HB=1.325m，如果不符，則需檢查。

五、照準目標C，測距，求得C點高程。

在此過程中，全站儀起到了高程傳遞的作用。最關鍵的一步是第三步，設置棱鏡高。這樣設置目的是將已知點B的高程點的值轉移到測站點（如（2）式），也可以理解為將A點高程歸化到與B點相同的高程基準面。通過修改儀器高也能達到同樣的效果，但是儀器高一般在設站后就不好更改，所以選擇更改棱鏡高。在實際測量中，棱鏡高還可以根據實際情況改變，只要記錄下相對于初值t增大或減小的數值，就可在測量的基礎上計算出待測點的實際高程。如在B點用無棱鏡引測標高，測量C點時用1.3m的棱鏡，則將儀器測量模式切換到圓棱鏡測距，鏡高修改為-1.449+1.3=-0.149m。

對于帶無棱鏡測距的全站儀，如徠卡TCR系列的帶免棱鏡測距功能的全站儀，可以將標高點引測到周邊固定的巖石或建筑物上并標識，在以后的操作過程中引測該點，將大大的提高工作效率。

“全站儀水準法”設站靈活，機動性強，簡潔，快速，精度高，高程精度達到了±2mm,在大型精密工程測量中非常實用。

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