全站儀在高速公路高程控制測(cè)量中的實(shí)踐分析

江蘇連云港地質(zhì)工程勘察院 江蘇連云港222023

【摘要】在高速公路建設(shè)作業(yè)以及建設(shè)規(guī)模持續(xù)發(fā)展的背景之下，對(duì)高程控制測(cè)量方面所提出的要求也相應(yīng)的具體。在高程控制測(cè)量實(shí)踐中，全站儀在某些地區(qū)（如丘陵、山區(qū)和跨河等地）下應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)是毋庸置疑。本文對(duì)傳統(tǒng)光學(xué)儀器測(cè)量技術(shù)，對(duì)全站儀的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行總結(jié)，并就全站儀中間法在高程控制測(cè)量中的應(yīng)用要點(diǎn)與注意事項(xiàng)進(jìn)行探討，值得引起關(guān)注。

【關(guān)鍵詞】高速公路；高程控制測(cè)量；全站儀；實(shí)踐

高速公路高程控制測(cè)量是項(xiàng)目實(shí)施中非常重要的工作之一。當(dāng)前，在等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量中，可借助的儀器設(shè)備包括全站儀與水準(zhǔn)儀兩類(lèi)。相較于全站儀而言，應(yīng)用水準(zhǔn)測(cè)量受地形起伏的限制 ，外業(yè)工作量大 ，施測(cè)速度較慢.并且高程控制測(cè)量對(duì)環(huán)境的要求存在一定局限。因此，結(jié)合已有的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，在高速公路高程控制測(cè)量實(shí)踐中，宜選用全站儀作為其輔助測(cè)量，以滿(mǎn)足控制測(cè)量方面的需求。本文即圍繞該問(wèn)題進(jìn)行分析與探討。

1 全站儀在高速公路高程控制測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)分析

將全站儀三角高程中間法應(yīng)用于高速公路特別是山區(qū)等特殊地形高程控制測(cè)量實(shí)踐中表現(xiàn)出了非常突出的優(yōu)勢(shì)，不但能夠確保測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性，且整個(gè)控制測(cè)量的操作過(guò)程簡(jiǎn)單可行，方便快捷。具體來(lái)說(shuō)，其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

首先，傳統(tǒng)的三角高程控制測(cè)量方案中，必須將測(cè)量?jī)x器以及棱鏡放置于指定的點(diǎn)位上，在測(cè)量前必須對(duì)儀器高、棱鏡高進(jìn)行量取，而在此過(guò)程當(dāng)中無(wú)法完全規(guī)避測(cè)量誤差，因此所取得的垂直高度并非是真正意義上的垂直高度，受此影響因素可能產(chǎn)生的誤差是非常大的。而在高速公路高程控制測(cè)量工作中，應(yīng)用全站儀中間法進(jìn)行三角高程測(cè)量，即將全站儀架設(shè)在兩侍測(cè)點(diǎn)（保持棱鏡高度一致 ）中間進(jìn)行三角高程測(cè)量。通過(guò)多次實(shí)踐 ，表明全站儀似水準(zhǔn)法（中間法）高程測(cè)量能達(dá)到國(guó)家三 （四 ）等水準(zhǔn)測(cè)量精度，滿(mǎn)足高速公路高程精度要求。

其次，在利用全站儀進(jìn)行高速公路高程控制測(cè)量時(shí)，所采取的對(duì)向觀測(cè)順序遵循后→前→前→后的基本原則，盡可能的確保前后視距的一致性，通過(guò)此種方式能夠避免高程精度受到球氣差的影響，后續(xù)數(shù)據(jù)處理中不需要進(jìn)行兩差改正，僅需要將兩個(gè)待測(cè)點(diǎn)之間的距離控制在1.2km范圍內(nèi)，即能夠滿(mǎn)足一般高速公路對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求。

再次，利用全站儀進(jìn)行高速公路高程控制測(cè)量期間，前后視采用光學(xué)棱鏡，通過(guò)圓水準(zhǔn)泡對(duì)中刻度進(jìn)行調(diào)整。一般來(lái)說(shuō)，圓水準(zhǔn)泡的精度為8.0’，及垂直方向在傾斜角度<8.0’時(shí)均能夠滿(mǎn)足垂直要求。以比較常見(jiàn)的2.5m高度棱鏡為例，可以根據(jù)幾何公式計(jì)算得出其誤差低于0.007mm。由此可見(jiàn)，在全站儀控制測(cè)量中，只要能夠滿(mǎn)足圓水準(zhǔn)泡在居中方面的要求，則基本可以忽略棱鏡傾斜對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響。同時(shí)由于省去了傳統(tǒng)測(cè)量方法下的人為讀數(shù)過(guò)程，直接由儀器顯示，因而減少了人為估讀方面的誤差。

最后，傳統(tǒng)的水準(zhǔn)儀在用于高程測(cè)量時(shí)要求兩個(gè)立尺點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)與測(cè)站的相互通視，且高差要求控制在3.0m范圍內(nèi)，若測(cè)量區(qū)域內(nèi)自然地物比較密集，則必須對(duì)障礙物進(jìn)行清除，以保障測(cè)量效果。但在采用全站儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，不要求儀器按照設(shè)置點(diǎn)位進(jìn)行固定，在儀器設(shè)備的擺放位置上更加的靈活，容易找到視野開(kāi)闊的區(qū)域，對(duì)提高測(cè)量精度有重要價(jià)值。

2 全站儀在高速公路高程控制測(cè)量中的具體運(yùn)用

以全站儀的中間法高程控制測(cè)量為例，一般測(cè)量中所使用的中間法是指將三角高程測(cè)量與水準(zhǔn)測(cè)量相似，在兩個(gè)待觀測(cè)點(diǎn)的中間位置放置全站儀（放置點(diǎn)位可以是任意轉(zhuǎn)點(diǎn)，也可以是水準(zhǔn)點(diǎn)）。在控制測(cè)量實(shí)踐中需要注意的是：所選擇的儀器架設(shè)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)盡可能保持前后視距的一致性，不易過(guò)長(zhǎng)（一般來(lái)說(shuō)不應(yīng)高于1.2km）。

如下圖所示（見(jiàn)圖1），假定兩個(gè)待測(cè)點(diǎn)分別為A點(diǎn)、B點(diǎn)，將全站儀放置于A～B之間的C點(diǎn)上。則A點(diǎn)與B點(diǎn)之間的高差可以通過(guò)如下方式計(jì)算：

圖1：高速公路高程控制測(cè)量中全站儀的應(yīng)用原理示意圖

A、B點(diǎn)高差=A點(diǎn)高程-B點(diǎn)高程=（C點(diǎn)高程+前視垂距+全站儀高度-B點(diǎn)覘標(biāo)高）-（C點(diǎn)高程+后視垂距+全站儀高度-A點(diǎn)覘標(biāo)高）；

按照上式，在計(jì)算 A、B點(diǎn)高差過(guò)程當(dāng)中所涉及到的所有數(shù)據(jù)均可通過(guò)全站儀讀數(shù)以及測(cè)量的方式獲取，但為了提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精度，還需要考慮到大氣折光以及地球曲率對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響，遵循現(xiàn)行《公路勘測(cè)細(xì)則》中的相關(guān)要求，對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。此過(guò)程當(dāng)中，使用光電測(cè)距儀對(duì)三角高程進(jìn)行測(cè)量的修正系數(shù)需要按照如下方式計(jì)算：

折光系數(shù)=[（1-大氣垂直折射系數(shù)）/2*地球半徑]/邊長(zhǎng)；

該式中，大氣垂直折射系數(shù)建議取值為0.14，地球半徑建議取值為6371.0km。根據(jù)對(duì)修正系數(shù)的計(jì)算發(fā)現(xiàn)：修正數(shù)與全站儀測(cè)量前后視距的水平距離平方差有關(guān)系，在前后視距水平距離一致的條件下，可消除球氣差以及大氣折光對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響。

3 應(yīng)用全站儀中的注意事項(xiàng)

首先，全站儀的安置位置需要加以嚴(yán)格控制。例如地表為非原生石板、石塊、雨后的耕作土等地點(diǎn)應(yīng)盡量避開(kāi)，實(shí)際測(cè)量中發(fā)現(xiàn)：儀器安置在上述地方，人員走動(dòng)、吹風(fēng)、垂球的擺動(dòng)，都會(huì)造成豎角約10.0’左右的抖動(dòng)。使用中一旦發(fā)現(xiàn)儀器豎角有微小跳動(dòng)，一般原因是儀器三角架未能充分固定，測(cè)量中一定要選擇穩(wěn)固的地面架設(shè)儀器，保證儀器始終處于精平狀態(tài)。當(dāng)儀器架設(shè)在光滑的表面時(shí)，建議用細(xì)繩（或細(xì)鉛絲）將三腳架三個(gè)腳聯(lián)起來(lái)，以防滑倒。

其次，全站儀測(cè)量過(guò)程中，照準(zhǔn)棱鏡的參照物必須保持清晰，在高程控制測(cè)量中，每次照準(zhǔn)棱鏡時(shí)都應(yīng)當(dāng)以橫絲作為基準(zhǔn)。并且，控制測(cè)量期間所選擇的照準(zhǔn)參照物應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一。實(shí)踐工作中，考慮到在測(cè)距處于0.4m～0.5m區(qū)間內(nèi)時(shí)，若選擇棱鏡中絲點(diǎn)作為參照物，會(huì)出現(xiàn)中絲點(diǎn)難以看清的問(wèn)題，因此建議以棱鏡三角形端部作為參照標(biāo)準(zhǔn)，以滿(mǎn)足在不同視距條件下對(duì)參照物清晰度的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)代高速公路建設(shè)事業(yè)蓬勃發(fā)展的背景之下，各種相關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)也逐步凸顯出電子化、數(shù)字化的發(fā)展特點(diǎn)。特別是在高速公路測(cè)量手段的方面，其所取得的發(fā)展成效是毋庸置疑。相較于常規(guī)意義上的水準(zhǔn)儀測(cè)量技術(shù)而言，全站儀干預(yù)下的高程控制測(cè)量具有精度高、適用范圍廣、以及操作簡(jiǎn)便可靠等諸多優(yōu)勢(shì)，測(cè)量數(shù)據(jù)精度可以滿(mǎn)足高速公路規(guī)范要求，因此目前全站儀逐步取代了傳統(tǒng)的光學(xué)儀器，在高速公路高程控制測(cè)量中發(fā)揮著更加突出的作用。本文即分析了高速公路高程控制測(cè)量中應(yīng)用全站儀的主要優(yōu)勢(shì)，并對(duì)全站儀中間法的應(yīng)用要點(diǎn)以及注意事項(xiàng)進(jìn)行了探討總結(jié)，值得引起重視。

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