维普资讯 http://www.cqvip.com ２００６年７月 水运工程 Ｐｏｒｔ＆Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｕ１．２００６ Ｎｏ．７ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．３９０ 第７期总第３９０期 水准测量中全站仪的应用 宋宏庆 （广东省航盛建设集团有限公司，广东 广州５１１４４２） 摘要：结合高速公路的施工测量，对在工程施工过程中可以用全站仪代替水准仪进行水准测量的方法进行介绍，并从 速度、精度对使用两种仪器进行了比较，说明用全站仪进行四等水准测量的可靠性和高效性。 关键词：全站仪；等级水准；高程测量 中图分类号：Ｕ４１２．２４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００２－－４９７２（２００６）０７－００２１－０３ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｏｔａｌ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔａｃｈｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｔｈｅｏｄｏｆｉｔｅ ｉｎ Ｌｅｖｅｌｉｎｇ Ｓｕｒｖｅｙ ＳＯＮＧ Ｈｏｎｇ——ｑｉｎｇ （Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｈａｎｇｓｈｅｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １ １４４２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌｉｎｇ ｓｕｒｖｅｙ ｍｅｔｈｏｄ ｗｈｉｃｈ ａｄｏｐｔｓ Ｔｏｔａｌ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔａｃｈｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｔｈｅｏｄｏｌｉｔｅ ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ ｌｅｖｅｌｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ａｎｄ ｇｉｖｅｓ ａ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｒｏｍ ｓｕｃｈ ａｓｐｅｃｔｓ ａｓ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｃｙ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｖｅａｌｓ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ｏｆｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆＴｏｔａｌ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔａｃｈｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｔｈｅｏｄｏｌｉｔｅ ｆｏｒ ｃｌａｓｓ ｆｏｕｒ ｌｅｖｅｌｉｎｇ ｓｕｒｖｅｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｔｏｔｌａ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔａｃｈｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｔｈｅｏｄｏｌｉｔｅ；ｃｌａｓｓｉｉｆｅｄ ｌｅｖｅｌｉｎｇ；ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ｓｕｒｖｅｙ 随着我国高速公路等大批基础工程项目的开 其中，高差部分由于球气差的存在不能准确 工建设。全站仪在工程的设计和施工中越来越得 获得。所以直接采用三角高程测量是不能得到符 到更加广泛的应用。众所周知，全站仪能快速测 合规范要求的高程成果。在实际施工过程中，把 量角度和距离，因此全站仪普遍用来确定二维平 全站仪当作用来“传递高差”的特殊“水准仪”， 面坐标。而在高程确定方面，通常用全站仪进行 通过全站仪获得两观测点的准确高差来得到符合 三角高程测量。这样的测量成果精度一般都难以 规范的成果。把全站仪架设在两个观测点之间， 达到等级水准测量的规范要求，所以进行等级水 仪器的位置大致处于中间，为了能够清晰地照准 准测量时依然普遍使用水准仪。其实，在工程施 觇标，前后视距最好控制在５００ｍ以内，如图１。 工过程中，只要对全站仪的操作使用采取一定的 措施，用全站仪在一定范围内进行等级水准测量 是可行的，而且效率可以得到很大的提高。 ｌ用全站仪进行水准测量的原理 由三角高程测量的原理我们知道： 待测点高程＝测站点高程＋仪器高＋高差一觇标高 图１ 全站仪测量水准高程示意图 收稿日期：２００６—０５—１６ 作者简介：宋宏庆（１９７５一），男，助理工程师，从事公路工程和水电站工程的施工测量工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com ・２２・ 水运工程 ２００６．年 具体操作过程注意的要点如下： １）架设仪器的位置尽可能在同两观测点距 离相等的地方。观测过程中仪器必须始终处于精 平状态。天气最好是阴天，尤其避免雨后有太阳 照射的天气； 从表１可以看出：在利用全站仪进行水准测 量的过程中，Ｃ ０，因此球气差对高程的影响部 分忽略不计。实施过程中，让前后视觇标高度 相同或相差一常数 ，因此两观测点的高差ｈ 如下式。即： ｈ１２＝Ｓｚｓｉｎ ２－Ｓ１ｓｉｎ １＋△ （１） ２ １每次的照准都必须用十字横丝切准觇标上 和棱镜中心相对应的标志； ３）观测点上的棱镜必须牢固地架设，换站时 前视点只需将棱镜转换方向即可，不要重新架设： ４）同一站观测要采用正倒镜观测，取平均 值来减少指标差对高差的影响。而且在两控制点 之间的站数尽量是偶数。 全站仪对应的测站地面点高程假设是 测站， 仪器高为 ，前后观测点的编号定为ｌ、２，对应点 的高程值分别为 ， ：，相应的觇标高分别是 。根据三角高程测量的原理，可知： Ｈ１＝ 测站＋ ＋Ｌｓ１ｓｉｎ １— １＋（１－ｋ１）Ｄ１７（２Ｒ） Ｈｚ＝Ｈ测站＋ ＋Ｌｓ２ｓｉｎ ２＿ ２＋（１一 ２）Ｄ２２／（２Ｒ） 式中：ｋ ，ｋ 是相应观测点处的大气垂直折光系数， Ｒ是地球半径，由此可得两观测点之间的高差： ｂ１ｚ＝Ｓｚｓｉｎ ２一 ２＋（１－ｋ２）ＤｚＺ／２Ｒ一 ［Ｓ１ｓｉｎ １一 １＋（１－ｋ１）Ｄ１Ｚ／２Ｒ］ ＝（Ｓ２ｓｉｎ ２一ｓ１ｓｉｎ １）一 ２＿ ！）＋［（１－ｋ２）Ｄ２ｚ－ （１－ｋ ）Ｄ ］／２Ｒ 其中球气差对高差的影响部分，即［（１一 ２）Ｄ ２＿ （１－ｋ ）Ｄ１ｚ］／（２Ｒ）＝ｃ，虽然球气差中的大气垂直折 光系数Ｋ ，Ｋ 难以确定，但是同一时间，相同地 段的大气垂直折光系数Ｋ ，Ｋ 基本相同，即： Ｋ Ｋ ＝Ｋ，而且在实际的操作过程中，当前后视 观测点确定以后，为了尽量不调整物镜焦距就能 够清晰地照准觇标，这就要求前后视距Ｄ ，Ｄ 相 对比较接近，通常前后视距之和选择在５００ ｍ内。 球气差对高差的影响值Ｃ大小见表１。 表１球气差对高差的影响值ｃ ｍｍ 注：Ｋ＝０．１４，地球半径Ｒ＝６ ３７１ ｋｍ。 ２精度分析 根据误差传播定律，由式（１）可知： ｍｈ２－（Ｌｓ１ｓｉｎ １）２ｍ １２＋（Ｌｓ１ＣＯＳ Ｏｔ１） （ｍ １／ｐ）２＋ （Ｓ２ｓｉｎ ２） ｍ ２＋（＆ｃｏｓ ２） ｍ砬／ｐ） （２） 式中：Ｐ为常数２０６ ２６５”，从式（２）中可以知 道，高差的精度主要受到了距离和垂直角的测 量误差的影响，在两观测点确定后，观测边越 长高差误差就越大，而垂直角越大高差误差越 小。由于全站仪的测距精度相当高，而且现在 的测量边长不足５００ ｍ，大量的实践证明，这么 短的距离内测距的误差 ，ｍ 完全可以认定为 ０。所以对高差影响较大的是垂直角的测量误 差。对于同一台全站仪，ｍ ｍ 基本相等， 即：ｍ ｍ ＝ｍ ，结合图１，式（２）可以简化 为： ｍｈＺ－＿［（Ｌｓ１ ＣＯＳ Ｏｔ１）２＋（Ｌｓ２ ＣＯＳ ２） ］（ｍｄｐ） ＝（Ｄ１２＋Ｄ２２）（ｍｄｐ） 即： ｍ ＝±、／（Ｄ ２＋Ｄ２２）（ｍ ） （３） 工程施工中通常使用的全站仪都属于Ｊ２型 的，垂直角观测误差ｍ 一般都小于２”，对５００ ＩＴＩ 以内不同的视距差的情况分别进行计算，结果见 表２。现以两点相距５００ ＩＴＩ进行计算，当Ｄ１＝Ｄ ＝ ２５０ ｉｎ时，贝０：，ｎ＾＝±３．４ ｍｍ 表２不同前后视距差的高差误差 ｍｍ 注：ｍ ＝±２”。 对于相同长度而言，四等水准的精度要求 维普资讯 http://www.cqvip.com 第７期 宋宏庆：水准测量中全站仪的应用 ・２３・ 是±２ｏ￣ｏ．５：±１４（ｍｍ），可见，用全站仪进行四 等水准测量完全可行。 全站仪进行等级水准测量，只要严格按照操作要 求进行，是完全可以代替四等水准测量。 表３全站仪测量和水准测量观测成果对比表 ３全站仪水准测量的优点 水准仪观测 测段 全站仪观测 高差观测值 ｍ 距离 高差观测值距离ｍ ｍ ｍ １）观测速度快。全站仪一站能测几百米，水 准仪一站仅测１００多米。２）线路长度更短。仪器 可以直接架设在两点之间上，这样就减少了不少 测程。３）避免了读数带来的误差。用全站仪测 量只需要照准觇标，数据由仪器自动产生。４） 数据记录和计算简单快捷。用全站仪测量只要记 录前后距离和高差３个数据，而用水准仪测量需 要记录８个数据：整理数据也快捷方便很多。 ５结语 ４实例 全站仪在一定范围内进行等级水准测量不但 精度有保证，而且效率高，更加适合在工期紧的 工程项目施工过程中运用。 这一方法在汕揭高速公路第七合同段的施工 过程中得到了运用。该合同段内河流、水沟、鱼 塘、水田分布广泛，在水准线路的选择上存在不 少困难，加上经常下雨，导致路面泥泞，而且施 参考文献： ． 工工期比较紧，如果按照传统的等级水准测量， 在天气晴好的情况下至少要３ ｄ的时间才能完成。 为了满足施工的需要．我们采用全站仪拓普康 ［１］ 武汉测绘科技大学《测量学》编写组．测量学［Ｍ】．北京： 测绘出版社．１９９３． ［２］ 武汉测绘学院测量教研室，同济大学大地测量教研室． 控制测量学［Ｍ】．北京：测绘出版社，１９９２． ＧＴＳ一６０２进行水准测量．结果仅仅花了１ ｄ多的时 间就完成全标段约５ ｋｍ的高程控制点复测任务。 工程开工半年后，我们又用水准仪进行了１次复 测，两次的测量观测结果见表３。从表３可知：用 ［３］於宗俦，鲁林成．测量平差基础［Ｍ】．北京：测绘出版社， １９９４． ［４］ＧＢ ５００２２６—９３，工程测量规范［ｓ】． （上接第１７页） 力损失３０％～６０％。尤为重要的是锚索施工后应在 部分初期应力损失完成后，进行补偿张拉，且张 拉时间不宜拖得太久。一般在２０～３０ ｄ以内进行， 补偿张拉次数越多，效果越好。 ２．７同步张拉 将锚索张拉锁定工作安排在最后。 ３结语 预应力锚索有一定的适用条件，使用时应力 损失的原因是复杂的。优化设计并加强施工中的 控制，能有效地减少应力损失，达到加固效果。 当同一个结构物上设置多个锚索时，张拉时最 好使用多个千斤顶同步张拉。如果没有条件，必须 进行循回补张拉，即回过头来再张拉前面的锚索。 如果结构物对称时，最好采取对称循环补张拉， 最大限度地消除因张拉顺序引起的预应力损失 ２．８避免爆破和大的振动 在锚索施工场地，尽量避免爆破和重型机械 参考文献： ［１］丁多文，白世伟．预应力锚索加固岩体的应力损失分析 ［Ｊ】．工程地质学报，１９９５（１）：６５—６９． ［２］ 张发明，刘宁．影响大吨位预应力长锚索锚固力损失的 因素分析．岩土力学，２００３，２４ｆ２）：１９４～１９９． ［３］夏雄，周德浩．预应力锚索地梁在边坡加固中的应用实 例［Ｊ］．岩土力学，２００２，２３（２）：２４２—２４５． 振动，若不得不使用时，尽量离锚索远一点，或