东英测绘——全站仪水准法

什么是全站仪水准法

“全站仪水准法”的工作特点是已知一个点高程，求周围点的高程，可根据地形条件在任意点设站,只要求与已知高程点和待求点通视,设站灵活，这种方法既结合了水准测量的任一置站的特点，又减少了三角高程测量的误差来源，同时每次测量时还不必量取仪器高、棱镜高，有效减少了量取仪器高和目标高所带来的误差，使三角高程测量精度进一步提高，施测速度更快。

传统三角高程测量方法：

如上图所示，已知A点高程HA,求B点高程。

假设A，B两点相距不太远，可以将水准面看成水准面，也不考虑大气折光的影响。为了确定高差HAB，可在A点架设全站仪，在B点竖立跟踪杆，观测垂直角а，并直接量取仪器高i和棱镜高t。

        则     HB=HA+D*SIN@1 +i-t   

其中@为在A点观测B点时的垂直角,@为仰角SIN@为正，@为俯角SIN@为负。i为测站点的仪器高，t为棱镜高。

        这就是三角高程测量的基本公式，但它是以水平面为基准面和视线是直线为前提的。因此，只有当A，B两点间的距离很短时，才比较准确。当A，B两点距离较远时，就必须考虑地球弯曲和大气折光的影响了，这里不考虑球球气差的改正。从传统的三角高程测量方法中我们可以看出，它具备以下两个特点：

        1、全站仪必须架设在已知高程点上

        2、要测出待测点的高程，必须量取仪器高和棱镜高。

“全站仪水准法”过程推导：

如上图，已知HB，求HC，据三角高程测量

    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）

将(2)代入(4)：

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

其中@为测站点到待测点的垂直角，S测站点到待测点的斜距。

    由（5）式可知，测量待测点C时不需仪器高，棱镜高，测出的待测点高程在理论上和传统三角高程是一致的，并且很形象的知道测站只对高程进行了传递。

“全站仪水准法”实例：

如上图，已知B点高程HB=1.325m,求C点高程。

一、在B点旁选择合适点A，架设仪器，与BC两点通视，将仪器高和棱镜高都设置为零。

二、对准目标B测距，求得AB两点间的高差HAB=S1*SIN@1=-0.124m,直接从仪器读取。

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

四、在仪器中输入棱镜高-1.449m，再次测距，此时仪器内目标高应为HB=1.325m，如果不符，则需检查。

五、照准目标C，测距，求得C点高程。

在此过程中，全站仪起到了高程传递的作用。最关键的一步是第三步，设置棱镜高。这样设置目的是将已知点B的高程点的值转移到测站点（如（2）式），也可以理解为将A点高程归化到与B点相同的高程基准面。通过修改仪器高也能达到同样的效果，但是仪器高一般在设站后就不好更改，所以选择更改棱镜高。在实际测量中，棱镜高还可以根据实际情况改变，只要记录下相对于初值t增大或减小的数值，就可在测量的基础上计算出待测点的实际高程。如在B点用无棱镜引测标高，测量C点时用1.3m的棱镜，则将仪器测量模式切换到圆棱镜测距，镜高修改为-1.449+1.3=-0.149m。

对于带无棱镜测距的全站仪，如徕卡TCR系列的带免棱镜测距功能的全站仪，可以将标高点引测到周边固定的岩石或建筑物上并标识，在以后的操作过程中引测该点，将大大的提高工作效率。

“全站仪水准法”设站灵活，机动性强，简洁，快速，精度高，高程精度达到了±2mm,在大型精密工程测量中非常实用。

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