高精度智能全站儀結(jié)合徠卡多測(cè)回測(cè)角軟件在山區(qū)高程控制測(cè)量中的應(yīng)用

文平

摘要：目前，全站儀三角高程測(cè)量代替水準(zhǔn)測(cè)量已經(jīng)得到非常廣的應(yīng)用，但是，傳統(tǒng)的三角高程測(cè)量投入資源多，計(jì)算量大，效率低，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度的要求。隨著高精度智能全站儀的面世，以及機(jī)載軟件的成功研發(fā)，現(xiàn)代的三角高程測(cè)量具有劃時(shí)代的進(jìn)步，不僅需要的資源少、速度快、節(jié)省時(shí)間，而且效率高，精度能夠保證。本文將以仁新高速公路13標(biāo)為例，闡述高精度智能全站儀結(jié)合徠卡多測(cè)回測(cè)角軟件在山區(qū)高程控制測(cè)量中的應(yīng)用。

Absrtact： At present， the total station trigonometric leveling has been widely used instead of leveling. However， the traditional trigonometric leveling has not been able to meet the requirements of the construction progress because of the large amount of resources invested， the large amount of calculation and the low efficiency. With the advent of high precision intelligent total station and the successful research and development of airborne software， modern trigonometric leveling has made epoch-making progress. It not only needs less resources， faster speed and less time， but also has high efficiency and accuracy. Taking Renhua-Xinfeng Expressway 13# as an example， this paper expounds the application of high precision intelligent total station instrument combined with Leica multi-measurement angle measurement software in mountain area elevation control survey.

關(guān)鍵詞：全站儀；多測(cè)回測(cè)角；三角高程；測(cè)量

Key words： total station；multi-measurement angle-measurement；trigonometric elevation；measurement

中圖分類號(hào)：P224.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）11-0237-03

0 引言

在高程控制測(cè)量中，一般首先采用的是水準(zhǔn)測(cè)量，但對(duì)于山區(qū)地形，水準(zhǔn)測(cè)量限制非常大，全站儀三角高程測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)比較明顯，它不受地形起伏的限制，具有效率高、實(shí)施靈活等優(yōu)點(diǎn)，已有實(shí)踐證明：三角高程測(cè)量能達(dá)到三、四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求；特殊情況下，有時(shí)還能夠達(dá)到一、二等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求。傳統(tǒng)的三角高程測(cè)量投入人員多，且需要手動(dòng)記錄，內(nèi)業(yè)計(jì)算工作量比較大；而高精度智能全站儀結(jié)合徠卡多測(cè)回測(cè)角軟件的應(yīng)用，是三角高程測(cè)量的一次進(jìn)步，是軟硬件改進(jìn)的結(jié)晶，它具有自動(dòng)測(cè)量及自動(dòng)記錄的功能，內(nèi)業(yè)既可以自動(dòng)生成電子表格，也可以自動(dòng)生成支持多種軟件的平差格式文件，效率非常高，精度也能保證，從而能夠減少測(cè)量人員，節(jié)省時(shí)間。

1 三角高程測(cè)量原理

三角高程測(cè)量是根據(jù)由測(cè)站向照準(zhǔn)點(diǎn)所觀測(cè)的斜距和豎直角，通過(guò)三角公式計(jì)算兩點(diǎn)間的高差。如圖1所示。

計(jì)算公式如下：

hAB=S·sinα+i-v+f或hAB=D·tanα+i-v+f

HB=HA+hAB

式中：S—AB兩點(diǎn)間的斜距；D—AB兩點(diǎn)間的平距；i—儀器高；v—目標(biāo)高；f—球氣差改正數(shù)；f=c-r=球差-氣差=D2/2R-D2·k/2R=（1-k）·D2/2R（k為大氣折光系數(shù)，取值范圍約在0.09-0.16之間。）

2 徠卡多測(cè)回測(cè)角軟件（中國(guó)版）

2.1徠卡多測(cè)回測(cè)角軟件的基本功能

徠卡多測(cè)回測(cè)角軟件是建立高等級(jí)三角網(wǎng)、導(dǎo)線（網(wǎng)）以及大型構(gòu)筑物和建筑物形變監(jiān)測(cè)網(wǎng)時(shí)的主要觀測(cè)手段，這些觀測(cè)具有觀測(cè)目標(biāo)多、測(cè)回?cái)?shù)多、精度要求高等特點(diǎn)。也是專門針對(duì)用戶設(shè)計(jì)的機(jī)載軟件，提供了高效、便捷的自動(dòng)化測(cè)量，大大提高了工作效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)滿足了內(nèi)、外業(yè)數(shù)據(jù)一體化、規(guī)范化的作業(yè)要求，充分顯示了該機(jī)載軟件的先進(jìn)性、可靠性與經(jīng)濟(jì)性，完善的后處理程序，能夠進(jìn)行各種網(wǎng)形的數(shù)據(jù)平差處理。

2.2 徠卡多測(cè)回測(cè)角軟件的主要特點(diǎn)

①操作簡(jiǎn)單，觀測(cè)過(guò)程規(guī)范。②限差設(shè)置靈活。③具有手動(dòng)學(xué)習(xí)、自動(dòng)觀測(cè)、自動(dòng)記錄。④后處理完善、規(guī)范，能夠?qū)С鰳?biāo)準(zhǔn)的觀測(cè)手簿，并能夠?qū)С鲋С侄喾N軟件的平差格式文件。

2.3 徠卡多測(cè)回測(cè)角軟件的主要操作

2.3.1 限差設(shè)置

2.3.1.1 水平角觀測(cè)限差設(shè)置

如圖2所示，按照規(guī)范要求分別設(shè)置讀數(shù)互差、2c限差、半測(cè)回歸零差、一測(cè)回2c互差，測(cè)回均值互差、同方向2c互差。

2.3.1.2 垂直角觀測(cè)限差設(shè)置

如圖3所示，按照規(guī)范要求分別設(shè)置讀數(shù)互差、垂直角指標(biāo)限差、一測(cè)回指標(biāo)互差、測(cè)回間均值互差，同方向指標(biāo)互差。

2.3.1.3 斜距觀測(cè)限差設(shè)置

如圖4所示，按照規(guī)范要求分別設(shè)置讀數(shù)互差、測(cè)回均值互差。

2.3.2 學(xué)習(xí)測(cè)量及自動(dòng)觀測(cè)

在最初的半測(cè)回，需要人工照準(zhǔn)各個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，輸入各點(diǎn)點(diǎn)號(hào)、棱鏡高，依次將各個(gè)目標(biāo)點(diǎn)學(xué)習(xí)完畢，如圖5所示；對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，按“測(cè)存”鍵，完成對(duì)該點(diǎn)的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)完最后一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)后，按“完成”鍵，完成初始測(cè)量，返回到多測(cè)回測(cè)角主菜單。

進(jìn)入到自動(dòng)觀測(cè)界面后，轉(zhuǎn)動(dòng)棱鏡瞄準(zhǔn)初始學(xué)習(xí)的第一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，然后按F1“開(kāi)始”，儀器即開(kāi)始對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)的目標(biāo)點(diǎn)依次進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，如圖6所示。開(kāi)始自動(dòng)觀測(cè)之后，必須保證儀器和目標(biāo)棱鏡之間通視，若目標(biāo)被遮擋，儀器將按照設(shè)定次數(shù)重新測(cè)量，超過(guò)次數(shù)后儀器提示是否跳過(guò)該點(diǎn)。需要人工干預(yù)，按“是”，儀器將跳過(guò)該目標(biāo)，該次測(cè)量值以學(xué)習(xí)值代替，選擇“否”，儀器將繼續(xù)觀測(cè)該點(diǎn)。

2.4 數(shù)據(jù)后處理

外業(yè)觀測(cè)完畢后，利用電腦上安裝的徠卡TCA多測(cè)回測(cè)角自動(dòng)觀測(cè)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理，打開(kāi)軟件，首先新建作業(yè)，把觀測(cè)數(shù)據(jù)*.obs和棱鏡高文件*.lep導(dǎo)入至軟件，依次進(jìn)行斜距傾斜改正、高差計(jì)算，導(dǎo)出相應(yīng)報(bào)表和格式文件，導(dǎo)出的電子手簿如表1所示。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

仁新高速公路LJ13標(biāo)起于廣佛寺大橋0#臺(tái)端，止于銀峰山出口，起點(diǎn)里程K127+494，終點(diǎn)里程K132+180，正線線路長(zhǎng)4.484公里，工程含4.484公里正線、沐川南互通及4.18公里連接線。主要工程有銀峰山隧道一座，該隧道右線長(zhǎng)1923m、左線長(zhǎng)1911m；特、大、中橋梁共計(jì)21座，涵洞15座。

項(xiàng)目位于四川盆地西南緣向云貴高原的過(guò)渡上，峰巒起伏，溝谷縱橫，地形陡峻，植被茂密，受巖性和構(gòu)造控制，形成陡緩相間連續(xù)變化地形。項(xiàng)目?jī)?nèi)地形高點(diǎn)高程約為800m，相對(duì)最低點(diǎn)的觀音堂高程約490m，相對(duì)高差約為310m，屬構(gòu)造剝蝕侵蝕低山地貌。隧道所傍斜坡較陡，坡度約40°～60°，斜坡坡表植被茂密，沿沐介路處斜坡局部基巖裸露。

3.2 測(cè)量方法

由于本項(xiàng)目位于山區(qū)，水準(zhǔn)測(cè)量難度非常大，所以采用三角高程測(cè)量對(duì)向觀測(cè)的方法進(jìn)行高程控制測(cè)量。

3.3 測(cè)量?jī)x器

測(cè)量采用的儀器為高精度智能全站儀，目前市面上高精度智能全站儀有多種品牌（徠卡、索佳、拓普康、天寶等），本次選用的是徠卡TS60：測(cè)角精度0.5″，測(cè)距標(biāo)準(zhǔn)精度1mm+1ppm，它具有自動(dòng)搜索、識(shí)別、觀測(cè)、記錄和計(jì)算等功能。儀器加裝徠卡多測(cè)回測(cè)角機(jī)載軟件，具有自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)記錄，節(jié)省時(shí)間、減少人員，自動(dòng)生成電子手簿及平差格式文件，效率高。

由表2可以看出：自動(dòng)觀測(cè)、自動(dòng)記錄，需要的測(cè)量人員少，節(jié)省時(shí)間。如果方向數(shù)和測(cè)回?cái)?shù)增加，則更有優(yōu)勢(shì)。

3.4 測(cè)量結(jié)果

本次測(cè)量設(shè)計(jì)高程點(diǎn)4個(gè)，加密高程點(diǎn)8個(gè)，測(cè)量線路7.95公里，共測(cè)量了24段對(duì)向觀測(cè)，對(duì)向觀測(cè)高差互差最大為13.8mm，小于限差29.5mm，滿足光電測(cè)距三角高程測(cè)量四等的規(guī)范要求，具體數(shù)字見(jiàn)表3。

按照《國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》中的公式計(jì)算每公里高差測(cè)量偶然中誤差：

通過(guò)上式得出本項(xiàng)目每公里高差測(cè)量偶然中誤差為±3.9mm，小于規(guī)范規(guī)定的±5mm，外業(yè)成果可靠。

4 結(jié)束語(yǔ)

全站儀三角高程測(cè)量不受觀測(cè)地形的限制、測(cè)站數(shù)少、能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高作業(yè)速度、具有較強(qiáng)的靈活性與實(shí)用性，尤其是在丘陵地帶或山區(qū)的測(cè)量中有較大的優(yōu)越性。高精度智能全站儀的出現(xiàn)，更能體現(xiàn)出三角高程測(cè)量的優(yōu)勢(shì)。高精度智能全站儀結(jié)合徠卡多測(cè)回測(cè)角軟件在本測(cè)區(qū)高程控制測(cè)量的應(yīng)用，不僅節(jié)省了大量的時(shí)間，減少了人員的投入，而且速度快、效率高、精度高，為項(xiàng)目間接創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，可以進(jìn)行推廣。

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