高精度智能全站仪结合徕卡多测回测角软件在山区高程控制测量中的应用

文平

摘要：目前，全站仪三角高程测量代替水准测量已经得到非常广的应用，但是，传统的三角高程测量投入资源多，计算量大，效率低，已经不能满足现场施工进度的要求。随着高精度智能全站仪的面世，以及机载软件的成功研发，现代的三角高程测量具有划时代的进步，不仅需要的资源少、速度快、节省时间，而且效率高，精度能够保证。本文将以仁新高速公路13标为例，阐述高精度智能全站仪结合徕卡多测回测角软件在山区高程控制测量中的应用。

Absrtact： At present， the total station trigonometric leveling has been widely used instead of leveling. However， the traditional trigonometric leveling has not been able to meet the requirements of the construction progress because of the large amount of resources invested， the large amount of calculation and the low efficiency. With the advent of high precision intelligent total station and the successful research and development of airborne software， modern trigonometric leveling has made epoch-making progress. It not only needs less resources， faster speed and less time， but also has high efficiency and accuracy. Taking Renhua-Xinfeng Expressway 13# as an example， this paper expounds the application of high precision intelligent total station instrument combined with Leica multi-measurement angle measurement software in mountain area elevation control survey.

关键词：全站仪；多测回测角；三角高程；测量

Key words： total station；multi-measurement angle-measurement；trigonometric elevation；measurement

中图分类号：P224.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）11-0237-03

0 引言

在高程控制测量中，一般首先采用的是水准测量，但对于山区地形，水准测量限制非常大，全站仪三角高程测量优势比较明显，它不受地形起伏的限制，具有效率高、实施灵活等优点，已有实践证明：三角高程测量能达到三、四等水准测量的精度要求；特殊情况下，有时还能够达到一、二等水准测量的精度要求。传统的三角高程测量投入人员多，且需要手动记录，内业计算工作量比较大；而高精度智能全站仪结合徕卡多测回测角软件的应用，是三角高程测量的一次进步，是软硬件改进的结晶，它具有自动测量及自动记录的功能，内业既可以自动生成电子表格，也可以自动生成支持多种软件的平差格式文件，效率非常高，精度也能保证，从而能够减少测量人员，节省时间。

1 三角高程测量原理

三角高程测量是根据由测站向照准点所观测的斜距和竖直角，通过三角公式计算两点间的高差。如图1所示。

计算公式如下：

hAB=S·sinα+i-v+f或hAB=D·tanα+i-v+f

HB=HA+hAB

式中：S—AB两点间的斜距；D—AB两点间的平距；i—仪器高；v—目标高；f—球气差改正数；f=c-r=球差-气差=D2/2R-D2·k/2R=（1-k）·D2/2R（k为大气折光系数，取值范围约在0.09-0.16之间。）

2 徕卡多测回测角软件（中国版）

2.1徕卡多测回测角软件的基本功能

徕卡多测回测角软件是建立高等级三角网、导线（网）以及大型構筑物和建筑物形变监测网时的主要观测手段，这些观测具有观测目标多、测回数多、精度要求高等特点。也是专门针对用户设计的机载软件，提供了高效、便捷的自动化测量，大大提高了工作效率，降低了劳动强度，同时满足了内、外业数据一体化、规范化的作业要求，充分显示了该机载软件的先进性、可靠性与经济性，完善的后处理程序，能够进行各种网形的数据平差处理。

2.2 徕卡多测回测角软件的主要特点

①操作简单，观测过程规范。②限差设置灵活。③具有手动学习、自动观测、自动记录。④后处理完善、规范，能够导出标准的观测手簿，并能够导出支持多种软件的平差格式文件。

2.3 徕卡多测回测角软件的主要操作

2.3.1 限差设置

2.3.1.1 水平角观测限差设置

如图2所示，按照规范要求分别设置读数互差、2c限差、半测回归零差、一测回2c互差，测回均值互差、同方向2c互差。

2.3.1.2 垂直角观测限差设置

如图3所示，按照规范要求分别设置读数互差、垂直角指标限差、一测回指标互差、测回间均值互差，同方向指标互差。

2.3.1.3 斜距观测限差设置

如图4所示，按照规范要求分别设置读数互差、测回均值互差。

2.3.2 学习测量及自动观测

在最初的半测回，需要人工照准各个目标点，输入各点点号、棱镜高，依次将各个目标点学习完毕，如图5所示；对准目标点时，按“测存”键，完成对该点的学习，学习完最后一个目标点后，按“完成”键，完成初始测量，返回到多测回测角主菜单。

进入到自动观测界面后，转动棱镜瞄准初始学习的第一个目标点，然后按F1“开始”，仪器即开始对学习过的目标点依次进行自动测量，如图6所示。开始自动观测之后，必须保证仪器和目标棱镜之间通视，若目标被遮挡，仪器将按照设定次数重新测量，超过次数后仪器提示是否跳过该点。需要人工干预，按“是”，仪器将跳过该目标，该次测量值以学习值代替，选择“否”，仪器将继续观测该点。

2.4 数据后处理

外业观测完毕后，利用电脑上安装的徕卡TCA多测回测角自动观测软件进行数据后处理，打开软件，首先新建作业，把观测数据*.obs和棱镜高文件*.lep导入至软件，依次进行斜距倾斜改正、高差计算，导出相应报表和格式文件，导出的电子手簿如表1所示。

3 工程实例

3.1 工程概况

仁新高速公路LJ13标起于广佛寺大桥0#台端，止于银峰山出口，起点里程K127+494，终点里程K132+180，正线线路长4.484公里，工程含4.484公里正线、沐川南互通及4.18公里连接线。主要工程有银峰山隧道一座，该隧道右线长1923m、左线长1911m；特、大、中桥梁共计21座，涵洞15座。

项目位于四川盆地西南缘向云贵高原的过渡上，峰峦起伏，沟谷纵横，地形陡峻，植被茂密，受岩性和构造控制，形成陡缓相间连续变化地形。项目内地形高点高程约为800m，相对最低点的观音堂高程约490m，相对高差约为310m，属构造剥蚀侵蚀低山地貌。隧道所傍斜坡较陡，坡度约40°～60°，斜坡坡表植被茂密，沿沐介路处斜坡局部基岩裸露。

3.2 测量方法

由于本项目位于山区，水准测量难度非常大，所以采用三角高程测量对向观测的方法进行高程控制测量。

3.3 测量仪器

测量采用的仪器为高精度智能全站仪，目前市面上高精度智能全站仪有多种品牌（徕卡、索佳、拓普康、天宝等），本次选用的是徕卡TS60：测角精度0.5″，测距标准精度1mm+1ppm，它具有自动搜索、识别、观测、记录和计算等功能。仪器加装徕卡多测回测角机载软件，具有自动测量、自动记录，节省时间、减少人员，自动生成电子手簿及平差格式文件，效率高。

由表2可以看出：自动观测、自动记录，需要的测量人员少，节省时间。如果方向数和测回数增加，则更有优势。

3.4 测量结果

本次测量设计高程点4个，加密高程点8个，测量线路7.95公里，共测量了24段对向观测，对向观测高差互差最大为13.8mm，小于限差29.5mm，满足光电测距三角高程测量四等的规范要求，具体数字见表3。

按照《国家三、四等水准测量规范》中的公式计算每公里高差测量偶然中误差：

通过上式得出本项目每公里高差测量偶然中误差为±3.9mm，小于规范规定的±5mm，外业成果可靠。

4 结束语

全站仪三角高程测量不受观测地形的限制、测站数少、能减轻劳动强度、提高作业速度、具有较强的灵活性与实用性，尤其是在丘陵地带或山区的测量中有较大的优越性。高精度智能全站仪的出现，更能体现出三角高程测量的优势。高精度智能全站仪结合徕卡多测回测角软件在本测区高程控制测量的应用，不仅节省了大量的时间，减少了人员的投入，而且速度快、效率高、精度高，为项目间接创造了经济效益，可以进行推广。

参考文献：

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