1、全站仪在渠道工程测量中的应用摘要:全站仪凭借着诸多优势而在工程测绘、施工方面有着广泛应用的一种新型测量仪器。本文主要介绍了全站仪在渠道工程测量中的应用，并分析了测量中应注意的事项。实践表明，全站仪可满足渠道工程测量的精度要求，值得推广应用。 关键词:全站仪；渠道工程测量；精度要求；误差；注意事项 中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号： 近年来，随着科学技术的持续发展，测绘作业手段也有了一定的进步，不仅减轻了野外作业的劳动强度，还提高了工作效率。传统的测量方式正逐步被不断涌现的新仪器、新技术、新方法所取代。从过去的光学经纬仪，逐步过渡到电子经纬仪、测距仪，接着又推出了全站仪，到目
2、前出现的 GPS 技术。目前在工程测量经常采用的仪器就是全站仪，这是因为全站仪具有操作简单、快捷、定位精度高等特点，为工程技术人员所接受。下面，笔者将结合渠道工程测量实例来讲述全站仪在渠道工程测量中的运用。 1 全站仪在渠道工程测量中的精度控制 1.1 渠道工程测量的精度要求 渠道工程测量的主要内容包括渠道选线、渠道中线测量、渠道纵横断面测量、渠道纵横断面图的绘制、土方工程计算和渠道施工放样等。其中，渠道纵断面测量的目的是测定各里程桩的地面高程，绘制出渠道纵向断面图，是为设计渠道纵向坡度之用。横断面测量的目的是测量垂直于渠道纵向方向的各地形变化点的高程及至中心桩的平距。绘制渠道横断图，是为设计
3、横断面和进行渠道土方工程的计算之用。 注:中心导线点及中心线桩对本渠道渠首的高程中误差不应大于0.3m；仅考虑规划阶段的需要时，测量精度可放宽半倍。 1.2 全站仪测量渠道里程桩高程的计算公式 在渠道设计测量中，渠道工程测量的主要任务是用仪器测定渠道中心线桩(里程桩)的高程和垂直于渠道中心线方向各里程桩横断面上特征点对于里程桩的平距和高程。在用全站仪进行渠道中心桩(里程桩)高程的测量中往往采用单向半测回观测，全站仪安置在已知高程点(导线点)上，测定各渠道里程桩的地面高程和平面位置及横断面上特征点的平面位置和高程。 用全站仪测量渠道中心桩(里程桩)高程，实际上是采用三角高程测量的原理和方法。即是
4、用全站仪测定两点间的倾斜距离和竖直角，利用平面三角计算公式计算两点间的高差，推求待定点的高程的一种方法。在地形起伏较大山区的渠道工程测量中，采用全站仪三角高程测量方法测定里程桩的平面位置和高程，以及横断面地形变化点的平面位置和高程，既能保证一定的精度，又能迅速完成测量任务。 全站仪单向三角高程测量原理如图 1 所示，其中 A 为已知导线点，B为待测点，将全站仪安置于 A 点，棱镜置于 B 点，测量 B 点的高程，并考虑球差和气差的影响。球差就是地球曲率引起的高程误差，气差是大气折光引起视线成弧线的差异。球差和气差改正数称为两差改正数，也称球气差改正数。由图 1 可求得 B 点高程的计算公式为
5、(1) 式中，HA 为测站点的高程；hAB 为 A、B 两点间的高差；s 为 A、B 两点间斜距； 为竖直角；i 为仪器高度；v 为照准棱镜高度；k 为大气折光系数，在我国一般为 0.090.16 之间，全站仪默认设置为 0.14；为球气差改正数。式(1)是全站仪单向测量渠道里程桩高程的计算公式。 图 1 考虑球气差影响时三角高程测量 1.3 全站仪测量渠道里程桩高程的精度分析 从式(1)中可以看出，第 1 个影响测高的主要因素是仪器测定距离和竖直角的精度；第 2 个影响测高结果的主要因素是三角高程中所采用折光系数值 k 的精度；第 3 个影响测量高程的精度因素有量取仪器高度和照准棱镜高度的误
6、差。下面进一步分析这些误差的大小。 (1)测距误差 用全站仪测量距离的误差，主要有仪器本身的测距误差、仪器的对中误差和棱镜对中杆倾斜误差引起总的测距误差，用 m0 表示。 m2D=m20+m2E+m2L (2) 以尼康 352c 全站仪为例，其测距精度指标为 m0=(2mm+2106D)。仪器对中引起的测距误差为 mE=2mm，设圆气泡偏差 1mm，棱镜向前或前后倾斜角度误差为 5，引起的测距误差及不同的测距长度代入式(2)而引起的总的测距误差如表 1 所示。 表 1 不同的测距长度引起的总的测距误差表 (2)全站仪单向测量渠道里程桩高程的精度在渠道工程测量中，一般用全站仪单向盘左位置测量各里
7、程桩或横断面变化点的地面高程，因此，只研究单向观测的测量精度。根据测量误差传播定律，对式(1)进行全微分，考虑到仪器安置在己知点上，高程误差较小，忽略不计，并用中误差的形式表示，则有测量渠道里程桩高程中误差计算公式为 （3） 在我国大气折光系数 k 取值为 0.090.16，当 s1000m 时，公式中和的值很小，可以忽略不计。并用， ，表示，则式(2)变为 m2H=m21+m22+m23+m2i+m2v+m2k(4) 式中，m1、m2、m3、mi、mv 分别为测量距离误差、测量竖直角误差、大气折光与地球曲率误差、测量仪器高度误差、照准棱镜高度误差引起的高程误差；另外全站仪中往往默认设置大气折
8、光系数 k=0.14，故取mk=0.05。根据经验值和文献综合介绍，用钢卷尺丈量仪器高，精度一般在2mm 左右。则测量仪器高度误差、照准棱镜高度误差设为mi=mv=2mm，地球平均半径 R=6371km，采用单向观测，J2 级全站仪单向观测半测回的角度误差取 m=3，测量距离误差如表 2 所示，并设ms=mD，对于不同的测距长度(s)和竖直角()值，得到全站仪测量渠道里程桩高程的中误差，取 2 倍中误差作为极限误差( 限)，如表 2 所示。表 2 全站仪测量里程桩高程极限误差表( 限)mm 3 全站仪在渠道工程测量应用的实例 某渠道工程改造项目，渠道最长的约 12km，最短约 500m；渠道中
9、有干渠、支渠、斗渠和农渠；不少渠道已经久失修，不能正常使用。为进行渠道的改造，需要进行渠道纵、横断面测量，为设计提供纵、横断面的测量资料。通过分析和研究，采用全站仪进行施测。具体做法如下。 3.1 控制测量 每隔 500900m 埋设高程导线点，按照水电测量规范，用光电测距四等三角高程测量的技术要求，采用尼康 352C 型全站仪 3 测回对向观测求出各导线点高程和平面位置。 3.2 测定各里程桩点和各积断面点的平面位置和高程 将全站仪安置在导线点上进行单向半测回测量，测量渠道各里程桩的平面位置和高程及横断面变化点的平面位置和高程。为了减少误差，测站到各测点间的距离控制在 500m 内。在导线点
10、上安置仪器向后、向前测量渠道纵断面桩、横断面点的平面位置和高程，这样安置仪器在导线点就可以测量纵断面桩和横断面的平面位置和高程了，且最多需要中间设一站就可以测到另一个已知控制点进行校核。校核合格后即可再继续进行下一段渠道工程测量工作。 为了减少误差的积累，每段都采用己知邻近导线点坐标和高程作为起算数据，这样各段渠道工程测量的精度就能保持均匀。 根据全站仪测量数据用计算机和南方 CASS7.1 绘图软件，将绘出的渠道纵横断面图提供给设计部门，以进行下一步的渠道设计工作，从而顺利完成了改造测量项目。 3 全站仪在渠道工程测量中应注意的几个问题 为了保证渠道工程测量的精度要求，在渠道工程测量中，应注
11、意以下问题。 1)边长不宜过长。影响精度的主要因素是大气折光误差，它与距离的平方成正比，因此距离不能过长。渠道高程导线四等精度不应大于900m。 2)为了消减球气差的影响，导线点的高程和坐标采用对向观测方法，选择气候条件好、目标清晰、成像稳定的时间段观测。不要在雨、雾、风、阳光下抢测。 3)在进行纵、横断面测量时，要注意选择符合要求的仪器和工具，因为是单方向半测回来测定各里程桩和横断面点的高程，无法消除仪器的竖盘指标差、棱镜的高度误差。特别是竖直角误差的影响尤为突出。因此，在测量前要认真检校仪器。 4)在测量各里程桩和加桩高程时，要注意一些重要的水工建筑物地面桩点或各建筑物桩点测量精度，这些点
12、的高程对建筑物的设计有着重要的意义。主要测出渠道拐角和渠道弯点、始点、终点及其配套建筑物中心位置点的坐标，并在图纸上用适当的比例和图例明确表示出渠道纵断面，高程测量要注意测量路线中心线上里程桩和曲线控制桩的地面高程，以便进行渠道纵向坡度、闸、桥、涵等的纵向位置的设计，测量时最好在两个不同的站点采用两次测量的方法进行互相检核，以保证这些点的测量精度。 5)当测量距离和竖直角增大时，测量的高程误差也随之增大，因此在布设导线点时，适当缩短导线点间距离，同时将导线点布设在与渠道中心桩大致相同的高程面上，这样有利于提高测量精度。 4 结束语 综上所述，全站仪与传统的经纬仪和测距仪相比，其操作更简单快捷，同时定位精度也更高。只要我们掌握全站仪的操作方法，了解误差来源及控制措施，全站仪完全能满足渠道工程测量工作的精度要求，进而为设计及工程施工提供准确的测量资料。 参考文献 1 马刚.全站仪在工程测量中的应用J.民营科技,2009 年 04 期 2 张帅.全站仪在水利工程测量中的误差分析与精度控制J.河南科技,2012 年第 04 期
