摘要：随着测绘技术的进步及测量仪器的发展，尤其是高精度测量机器人的出现，三角高程测量的精度在理论上有了新的提升空间。本文分析三角高程测量与全站仪的定义；提出了三角高程测量的新方法（全站仪的中间自由设站观测法）；并对影响测量精度的因素进行了研究，给出了有效的控制措施，以提高全站仪三角高程测量的效率和质量。
关键词：全站仪；精密三角高程；测量；精度；研究
三角高程测量方法观测简单、灵活，受地形限制较小，由于仪器的精度限制和大气折光、地球曲率等因素的影响，三角高程测量的精度问题一直是制约其发展的瓶颈问题。在工程施工过程中，利用全站仪进行三角高程测量是非常重要，传统的高程测量方法包括水准测量法和三角高程测量法，两种方法效果各有不同。前者是精度较高的直接测高法，在实测过程中会受到地形起伏的限制，实测速度比较慢而且有大量的外业工作。而三角高程测量法属于间接测量法，不受地形限制，速度快，不足之处就是每次都要量取仪器高、棱镜高，从而产生测量误差导致测量精度较低。
一、三角高程测量与全站仪的定义
1、三角高程测量定义
三角高程测量是以观测的水平距离和竖直角为出发点，运用公式计算出待测高程差的方法。由于具有观测方法简单，受地形条件限制比较小等优点受到工程测量施工方的青睐，三角高程测量变成了测定大地控制点高程的基本方法。
2、全站仪的定义
全站仪是一种利用角度、距离来计算地面点高程的一种技术。在传统的测量之中，全站仪的角度测量需要依靠光学经纬仪，距离依靠钢尺测量。在测量面积较大的区域时劳动强度大，测量结果受到天气因素的影响较大，甚至在复杂的条件下根本不能正常工作。而随着现代科学技术的发展，全站仪已经能够在短时间内测量两点间的平距、垂距和斜距，测量精度和效率均得以提高。全站仪三角高程测高简称EDM测高，在我国实际工程中三角高程测量代替水准测量得到广泛的应用。
二、三角高程测量的新方法（全站仪的中间自由设站观测法）
若在三角高程测量中任意置点安置全站仪，而非像传统测量方法那样将全站仪设置在已知高程的点位上，由于这个过程不需要量取仪器高与棱镜高，施测的速度更快，由于这样的测量方法可以在地形起伏比较大的地区进行高程传递，所以提高了效率，保证精度。
例如已知A点的高程，求解D点的高程，本文将会借助全站仪对D点的高程进行测定。主要方法是：将全站仪安置到A和D两点间的某一点B（B点的选择要确保在A和D两点间能够通视），先将棱镜杆竖立在A点，然后照准已知高程A点，对已知高程A点和测站点B之间的竖直角度c1和水平距离D1，通过式可以得出：
Hb=Ha+D1tgc2+i－V（1）
然后，将棱镜杆竖立在D点，但是需要保持棱镜高v值和仪器高i值不变，将仪器对准待求高程D点，测出未知高程点S和测站点O的竖直角度C2和水平距离D2，通过式可以得出：
HO=Hd+D2tgc2+i－v（2）
将式（1）代入式（2）即可得到：
Hd=Ha+D1tgc1－D2tgc2（3）
Had= Hd－Ha=D1tgc1－N2tgc2（4）这样一来就能够求得待测高程点N的高程。
通过对上面的方法进行分析得知，在A，D两点之间的任何一点（相互之间可以观察视野）安置全站仪，如果仪器被安装好之后，仪器高程值就固定了。在维持棱镜高程值v固定不变的条件下，只需测量出测站点与待测点之间的竖直角度和水平距离以及测站点与已知点之间的竖直角度和水平距离，不需要测量棱镜高 和仪器高就能够对待测高程点D的高程进行测量。
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用这个全站仪三角高程测量新方法测量两点间高差相对于利用全站仪进行传统三角高程测量具有明显优势：第一，可灵活任意选择安置仪器的位置，减少安置仪器 限制就会提高工作效率，节省工作时间；第二，不需量仪器高，不需对中，而且操作简单、快捷，明显节省了测量时间，提高了作业效率并降低了劳动强度；第三，测量方法和测量精度上有明显的优势，新方法的精度能达到四等水准测量的要求，甚至可满足三等水准测量的精度要求。该方法适用于测量不方便或者无法安置仪器的地区。
三、全站仪三角高程测量精度分析
1、大气折光和地球曲率的影响
大气层的密度分布在距离地面比较近的地方高度的增加而发生相应的变化，大气层的密度变化在离地面比较近的时候会存在一定梯度。大气层密度的变化会会导致通过大气层的光线的折射系数发生变化，形成不同的曲率，并且构成一个曲线。垂直方向所发生的弯曲会较大，而且弯曲的方向朝着密度较大的一方，这就是大气垂直折光。地球曲率和大气折光是因为空气密度不均匀分布而造成的，是影响三角高程测量的主要因素。对它们进行系统的分析，可以得出以下结论。第一，空气密度的分布在理想条件下是均匀的，不会影响垂直角度，也不会对视线产生折射，也就是说不会影响三角高程测量的高差。只是这样的理想条件在实际情况当中并不存在。第二，观测视线在空气密度变化差异较大时会出现一定的折射。对面方向的观测垂直角在视线呈正弦变化时一般会朝着较小或者较大的方向变化，就算是取中间数，也无法消除折光的影响。这样的情况，尤其是下坡或者上坡的情况，已经成为影响高差测量的最主要因素，提高三角高程测量精度亟待解决的问题取决于采取何种方法解决上述问题。用全站仪完成三角高程测量通常选择大气折光系数K（取0.12），在这个条件下，仪器能够有效纠正对地球曲率和大气折光的影响。如果前后视距差控制在3m之内，两个测试点的间距在500m左右，此时基本上可以对地球曲率和大气折光的影响忽略不计。
2、竖直度盘指标差的影响
全站仪三角高程水准测量经常会受到i角误差的影响，采取措施对i角误差进行有效消除或减弱，将前后视距设置为等距，能够提高测量精度。在全站仪三角高程测量时，竖直度盘指标差通常很容易出现，倒镜或正镜观测时一般能够忽略不计。但是竖直度盘指标差在正倒镜观测时的影响通常可以抵消。
3、仪器沉降、棱镜沉降、棱镜倾斜的影响
全站仪三角高程水准测量过程中和水准测量一样会出现棱镜倾斜、棱镜沉降、仪器沉降的影响。因此，需要在测量过程中采取措施尽可能的消除或减弱该类误差。棱镜倾斜与水准测量过程中的水准尺出现倾斜一样会对检测结果产生影响，所以在测量过程中需要详细核查中杆上的圆水准气泡，确保气泡在立杆时处于居中位置，这样就可以最大限度降低棱镜倾斜、棱镜沉降和仪器沉降带来的影响。
4、电磁场对测量精度的影响
我国供电系统和通信系统的建设发展很快，需要通过敷设大功率、高压输电线来确保电能通过空中电线或者地下电缆输送到目的地。相关研究表明，架设或者埋设输电线的地带通常会产生大小不一的电磁场，会在一定程度上影响到全站仪三角高程水准测量，这种影响的产生主要与电流强度有关系。测量精度受电磁场的影响不一样，特别是平行于电磁场和正交于电磁场的视线，所产生的影响差异通常会更大。规划三角高程控制路线时，必须充分考虑仪器测量精度所受电磁场的影响，这样可以提高测量的精准度。
结语
综上所述，全站仪是利用角度、距离来计算地面点高程的一种技术。在传统的测量之中，全站仪的角度测量需要依靠光学经纬仪，距离依靠钢尺测量。通过对垂直角度测量精度以及测距边长的控制，可大大提高测量的精度。在进行全站仪三角高程测量时，要根据实际情况对已有的测量方法进行不断的改进，以便更好的适应场地变化的需求。为了提高仪器测量的精准度，需要对相关影响因素进行分析，并采取有效的措施进行控制，以降低人为因素、自然因素和仪器自身因素的影响，从而提高全站仪三角高程测量的效率和质量。
参考文献：
[1]张江；马文静．基于智能全站仪精密三角高程测量方法研究［J］．铁道勘察，2011（06）
[2]周青青，邱本立．全站仪不同方法施测三角高程测量的精度分析［J］．科技信息，2011（23）
[3]孙永泉．全站仪三角高程测量方法的比较及精度分析［J］．科技信息，2012（28）
论文作者:黄海兵
论文发表刊物:《基层建设》2017年4期
论文发表时间:2017/5/25
标签：高程论文; 测量论文; 全站仪论文; 精度论文; 棱镜论文; 仪器论文; 折光论文; 《基层建设》2017年4期论文;