全站仪快速高程测量方法探讨

程 亮

（北京市地质工程公司，北京100143）

0 引言

测量作业作为基坑工程施工全阶段的必备工序，需要做到精确、快速、便捷，易重复，可校核，而基坑施工阶段现场场地条件较为复杂，施工场地内尚未引测正式的内控轴线、轴网、高程。施工时一般根据建设单位提供的少量点位完成现场施工测量放线，受视野或场地条件的限制，实际使用起来总存在不尽如人意的地方，或存在场内堆土、障碍较多，通视条件不好的情况。

尤其对于高程测设，如采用普通光学水准仪，工作量较大，且容易出现传递误差，进行远距离高程引测需多次导线，步骤较为繁琐，费时费力。

全站仪作为新型的测角测距施工测量仪器，已在各施工项目中普遍采用，常用于现场数字化测角、测距，具有精度高、量程大、距离远的特点，但一般全站仪所配备的标准程序中进行三维点位测量需测量仪器、反射棱镜的高度，填入仪器后自动计算高程，理论上可行但实际操作时仪器高度需单独量取，较为麻烦。

本文就免测全站仪仪器及反射棱镜高度进行快速高程测量的可行性进行分析，并介绍现场实际操作步骤，以方便其他工程中的快速高程测量。

1 测量原理简述

结合全站仪基本测量程序，实际测量条件与图1所示的几何条件相符。.A为已知高程点（HA为已知点A的高程），C为待测点，B点为测站点（HB为点B的高程），分别在A、C点放置对中棱镜，对中棱镜高度固定为D。

图1 全站仪高程测量原理示意图

仪器整平后启动测距程序，照准A点能够测量测站点至照准点A的垂直角α和S1，则AB点间高差即ha=S1*sinα。

A点的高程计算公式为：

HA.=HB-ha+hb-D=HB-S1*sinα+hb-D

则可得：

式中：HA.、HB、HC分别为A、B、C各点的高程；D为对中棱镜高度；α、β为测站点全站仪中心与A、B点垂直角；ha、hc为测站点全站仪中心与对中棱镜中心的高差。

再次照准C点能够测量测站点至照准点C的垂直角β和S2，则BC点间高差即hc=S2*sinβ，C点的高程计算公式为：

将（1）代入（2）中，得：

HC=.HA+ha-hb+D+hb+hc-D

即HC=HA+ha+hc

设H0=HA-ha

将H0作为测站点三维坐标数据的Z值输入全站仪，就可直接测设未知点位的高程了。

2 测量及计算过程分析

根据实际测量条件与几何条件相符的基本原则：

（1）A、C点高程测量的几何原理符合高程测量的基本原理即HC=HA+Δhac；

（2）测量过程中的用到的ha、hc均为全站仪视准轴至棱镜中心的高差，不涉及仪器高、对中杆高，故Δhac也与仪器高、对中杆高无关。

因此，此测量过程无需输入仪器高和棱镜高，仅需假设测站点高程为H0。

至此，实现了免测全站仪仪器及反射棱镜高度进行高程测量的实际需要。

3 应用实例

以某基坑场地标高实测数据为例，选取了2个建设单位给定的测量基准点和2个现场实测点位，其中BM1，BM2为已知高程点（测量基准点），BM1=46.338m，BM2=45.929m。对中棱镜高度固定。

首先在A点安置全站仪，整平后在BM1点安置反射棱镜，启动测距程序，观测站点A与BM1点间高差h1=0.991，假设测站点A的高程为：

H0=HA-ha=46.338-0.991=45.347

将全站仪测量程序调整为坐标测量，输入测站点假定高程Z为45.347m，将仪器高、对中杆高设置为0，此时照准BM1点测量，可显示BM1点的高程值为46.338m，至此可直接通过坐标测量程序测定其他各点三角高程。

点位的测量结果见表1。

测量数据表明，免测全站仪仪器及反射棱镜高度进行快速高程测量能够达到三等水准测量的精度（往返较差不大于12）要求，其相对精度较高，满足基坑施工阶段的高程精度控制要求。

表1 高程测量记录表（单位：m）

4 应注意的几点问题

采用免测全站仪仪器及反射棱镜高度进行快速高程测量，简化了高程测量、点位测设的程序，具有精度高、量程大、距离远的优点，其测量精度也能满足基坑阶段的控制要求，操作也相对简单，但实际操作时应注意：

（1）反射棱镜高度在单次测量中必须固定，实际测量中需确认对中杆的工作状态稳定，否则会出现测量数据误差偏大的问题。

（2）全站仪需精确整平，尽量做到测量仪器、人员、路线三固定。

（3）较适用于中近程高程的测量和测设，未考虑大气折光改正和地球曲率改正的问题，但如果每次观测条件及距离大致相同，可基本抵消大气折光改正和地球曲率改正误差。

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑基坑支护技术规程(JGJ.120-2012)[S].2012.

[2]中华人民共和国建设部.建筑变形测量规范(JGJ.8-2007).[S].2007.

[3]中华人民共和国建设部.地基与基础工程施工质量验收规范(GB.50202-2002).[S].2002.

[4]程小龙，高俊强，黄 陈.全站仪中点法三角高程测量替代二等水准测量研究[J].地矿测绘，2011，27(1)：19～21.

[5]邓洪亮.免仪器高全站仪高程测量及其应用[J]...中国煤田地质，2007，19(2)：77～78，84.