全站仪在灌区渠道工程测量中精度控制分析

谢 勇

(新疆塔里木河流域喀什管理局，新疆 莎车 844700)

全站仪在灌区渠道工程测量中精度控制分析

谢 勇

(新疆塔里木河流域喀什管理局，新疆 莎车 844700)

作为渠道工程设计与施工前的重要准备工作，施工测量结果是保证渠道设计有效性的重要前提。传统渠道测量仪器主要有水准仪、光学经纬仪等，其测量结果受地形及外界影响较大，且劳动强度大、施工速度慢，近年来逐渐被全站仪所替代。文章分析了全站仪在渠道工程测量中的高程测量误差及其精度控制要求，并结合实例探讨了全站仪在渠道测量中的应用方法及其精度控制要点。

渠道；全站仪；测量；精度控制

0 前 言

作为渠道工程设计与施工前的重要准备工作，施工测量结果是保证渠道设计有效性的重要前提。传统渠道测量仪器主要有水准仪、光学经纬仪等，其测量结果受地形及外界影响较大，且劳动强度大、施工速度慢，近年来逐渐被全站仪所替代[1-2]。全站仪测量具有操作简便、定位精度高且抗干扰能力强等优点，但仍需掌握适当的测量方法，以保证测量精度符合渠道设计要求。

1 全站仪在渠道测量中的精度分析

1.1 渠道测量的精度要求

渠道测量的内容较多，包括选线、中线测量、纵横断面测量等多个方面。纵断面测量的主要内容是获取里程桩的地面高程，进而绘制建设渠道的纵向断面图，并设计出相应的渠道参数，如纵向坡度。横断面测量内容为获取在垂直渠道纵向中，各地形变化关键点的高程和中心桩的平面距离，进而设计横断面，并为下一步的土方工程施工提供依据[3-4]。在规划阶段，根据规范要求中心导线点或中心线桩的点位中误差控制在±2.0m，基本高程控制点的中误差控制在±0.1m；横断面点对中心线桩平面位置的中误差控制标准因地形不同而存在差异，平地和丘陵地点位中误差为±1.5m，山地和高山地为±2.0m，基本高程控制点中误差均为±0.3mm。

1.2 渠道里程桩高程计算公式

全站仪测量原理与方法为三角高程测量，其能够很好地适应地形起伏波动较大的地区测量工作。全站仪在渠道测量工作中一般采用单向半测回测量，原理如图1所示。高程测量过程中会受到大气以及地球曲率的影响，将这两种因素引起的误差称作气差和球差，实际高程计算中需要通过改正数对测量数据进行调整。由图1可知，B点高程为：

HB=HA+hAB=AA+s×sinα+

(1)

图1 考虑球气差影响时三角高程测量方法

1.3 全站仪测量渠道里程桩高程的精度分析

分析式1可知，影响全站仪测量高程精度主要有测距和竖直角、三角高程折光系数的精度以及仪器与照准棱镜高度之间的偏差，其中对测量高度造成直接影响的因素为测距和竖直角的精度。

1.3.1 测距误差

采用全站仪对渠道纵横断面进行测量，其误差来源主要包括测距、对中以及棱镜对中杆的倾斜误差几个方面，这都可能导致全站仪总的测距误差(mD)，公式表达为：

(2)

式中：m0为测距精度指标，以尼康352C为例，其表达式为m0=±(2mm+2×10-6D)；mE为对中造成的测距误差，其值为±2mm；mL为棱镜中杆倾斜引起的测距误差。假设全站仪中圆气泡的偏差为1mm，棱镜调节引起的倾斜角度偏差在5′，则由公式2可以计算得到不同测距长度的总的测距误差。

1.3.2 单向量测里程桩高程的精度

在采用全站仪测量渠道里程桩或断面变化点的高程过程中，普遍使用单向盘左位置进行测量施工，文章测量精度分析以单向观测为主。结合误差变薄规矩，对式1-1进行全微分处理，得到渠道里程桩高程中误差表达式(忽略了已知点的高程误差)：

(3)

mH=m12+m22+m32+mi2+mv2+mk2

(4)

式中：mi为仪器高度测量误差；mv为照准棱镜高度偏差造成的高程误差。

而结合工程测量经验以及文献介绍，得到使用卷尺测量全站仪高度，其测量精度为±2.0mm[6]，则mi=mv=±2.0mm；地球半径取6371km，如采用全站仪单向观测的方法，J2级半测回角度误差mα取±3″，则得到全站仪不同测量距离的误差结果。

2 全站仪在渠道测量中应用

新疆某灌区位于天山南麓，塔里木盆地平原的北部，区内经济以农业种植为主。近年来，随着水资源的日益紧张，设计对灌区水利设施进行续建配套与节水改造。防渗改造干渠位于0+000-3+634.4段和3+634.4-14+061.7段，渠道输水线路较长，受场地及地形特征的影响，渠道修建与管理维护费用普遍较高。因此，在渠道断面设计中应选择最实用、最经济的断面设计方案，而渠道纵横断面测量则是保证渠道设计实用性与经济性的重要前提。本工程设计采用全站仪进行测量，型号为尼康352C。

2.1 控制测量

高程导线点埋设间距应适宜，一般控制在500-900m。按照相关测量规范，以及技术要求，渠道导线点高程与平面位置使用全站仪3测回对向观测方法。

2.2 测定施工

全站仪布设在各导线点上进行观测，采用单向半测回方式；考虑渠道线路地形特征以及工程对测量精度的需求，各测点间距为500m。全站仪在各测点观测内容为前后纵断面桩以及横断面点的高程和平面位置，且在中间另设一站进行已经控制点参数的校核工作。为避免各线段观测数据误差的累积以及测量精度的均匀，起始观测中都将临近导线点参数当作起算数据。

3 全站仪测量精度控制要点

1)测量边长设置合理，不宜过长。如量测边长过长，则大气折光引起的测距误差将会增加，影响最终测量结果的精度。一般情况下，渠道高程导线的4等精度控制在900m以内。

2)导线点参数测量可采用对向观测方式，并且选择外界条件较好时段进行观测作业，最大程度降低球气差对测量精度造成的影响。

3)渠道纵横断面测量过程中，应根据实际条件选择适宜的仪器与工具。全站仪测量采用单向半测回方式，但仪器自身存在的竖盘指标差或照准棱镜的高度误差将不能避免。针对此种情况，在测量准备阶段，应做好仪器的检校工作。

4)渠道工程测量过程中，应加强对各关键地面桩点测量数据精度的控制，包括渠道始点、拐角、弯点、配套建筑物中心点以及终点等坐标位置。在渠道高程测量过程中，需留意测量线路上里程桩与控制桩的地面高程，确保渠道线路上建筑物位置的确定以及渠道的纵向坡度设计。测量中可在两个不同站点对同一站点的测量数据进行相互校核，通过相互之间数据的检校来进一步提高测量精度。

5)导线点间距布置应合理，且导线点布置线路应布置在与渠道中心桩产状接近的高程面上。

4 结 语

通过对全站仪使用过程中存在的误差进行分析与计算，可以得到全站仪在渠道测量中有着其他测量仪器无法比拟的优势，尤其在渠道纵横断面测量方面，其较高的测量精度为后期设计与施工提供了重要保障。在全站仪测量中应选择适宜的施工方法与精度控制措施，在渠道纵横断面测量中可采用单向半测回方式量测里程桩高程，渠道横断面关键点高程测量精度控制在±0.3m，平面特征点位置控制在±1.5m，精度可满足渠道工程设计需求。

[1]王红芳,行玉玲,雷巧莲.水利工程中渠道测量方法[J].现代农业科技,2011(03):289,291.

[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(04):86.

[3]黄茂江,闵志欢.全站仪在某灌区渠道工程测量中的应用[J].江西建材,2014(19):200.

[4]胡跃进.全站仪的误差分析及精度控制在水利工程测量中的研究[J].价值工程,2015(02):57-58.

[5]张智韬,黄兆铭,杨江涛.全站仪三角高程测量方法及精度分析[J].西北农林科技大学学报：自然科学版,2008(09):229-234.

[6]蓝善勇.全站仪在渠道测量中的精度分析及其应用探讨[J].测绘通报,2012(04):75-78.

Accuracy Control Analysis of Total Station in Irrigation Canal Project Surveying

XIE Yong

(Xinjiang Talimu Watershed Kashi Management Bureau, Shache 844700,China)

As important preparation work of channel design and construction, the results of construction survey are an important premise to guarantee the effectiveness of channel design. Traditional channel measuring instruments mainly are levelling instrument and micrometer instrument, the measured results of these instruments are impacted greatly by topography and outer environment, and big of construction strength, slow of the construction speed, and they are replaced gradually by total station in recent years.This paper analyzes the elevation measurement errors and accuracy control requirements of total station in channel project surveying, in combination with project cases, the application method and key points of accuracy control is discussed in channel surveying of the total station.

channel; total station; survey; accuracy control

1007-7596(2016)11-0013-03

2016-11-02

谢勇(1963-)，男，江西永新人，工程师。

TV221

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