基于全站仪三角高程测量若干问题的探讨

陈代鑫 杜丽荣

（甘肃林业职业技术学院，甘肃 天水 741020）

1 概述

在现代测绘中，全站仪的使用非常普遍。例如，具体工程实践中的施工放样，大比例尺数字地图测绘等都要用到全站仪，尤其是山区地形起伏比较大的现场施工测量方面的项目，对基于全站仪三角高程测量野外测绘方法的依赖程度比较大。

传统实践当中，利用三角高程测量原理与方法进行高程控制测量，例如，三角高程导线中，地球曲率、大气垂直折光以及标高差的影响就比较大。相比之下，几何水准测量的精度就要高于三角高程的精度，尤其是高精度的高程控制测量，目前还是以几何水准为主，但是在一些特殊的情况下，如地形起伏特别大的地区或高山区域，全站仪三角高程也有自己的优势，相比水准测量速度快，劳动强度低，效率高。国外目前一般的工程项目的高程测量使用全站仪的越来越多，测量速度明显提高，而且在距离、高差较大的地区使用的更为广泛。因此，基于全站仪的三角高程测量的研究也就越来越受到重视。

2 影响三角高程测量的主要因素及相应解决措施

影响三角高程的精度的一个重要因素是大气垂直折光的影响。实际测量工作中，常用到大气折光系数K，它可以由对向观测、测量垂直角求高差或几何水准测量方法来确定，无论采用哪种方法来确定大气折光系数，工作量都比较大，这两种方法在实际工作中都较少的采用。如果边长相对较短，通常根据经验确定K 值，根据研究表明，K 的取值范围在0.069-0.160 之间，平原地区K 的取值范围在0.111 至0.131；沙漠地区K 的取值范围在0.071至0.102 之间；水网湖泊地区K 的取值范围在0.151 至0.162 之 间；沼 泽 森 林 地 区K 的 取 值 范 围 在0.141 至0.152 之间。在具体实际应用情况下，可结合当地具体实际情况分析，选择适当的K 值。三角高程测量原理如图1、图2所示。

图1 三角高程测量原理a

在具体的实际高程测量工作中，经常会遇到两观测点之间距离较大，这个时候就不能把地球看成是一个平面，在三角高程计算过程中，就必须要把它当成椭球来计算。如图所示，A 为测站点，照准点为B，i 为仪器高度，觇标高度为L，A、B 投影到参考椭球面后的曲率半径为R，AF 为过A 点的水准面，AE 为A 点的切线，PB0为过P点的切线，A、B 两点间的垂直角为ɑ 。

地球曲率对高差的影响（EF）。

图中可以看出，A、B 两点高程之差为

式中B0E 为仪器高；

EF 为地球曲率的影响；

所以，球差使所测高差减小（球小）

大气折光差（气差）

大气密度不均匀使视线产生垂直方向的折射对高差的影响（MM′）。

因此，气差使所测高差增大（气大）

图2 三角高程测量原理b

为了减弱大气垂直折光对三角高程测量精度的影响，可以采用对向观测；同时选择最佳的观测时间以及提高视线的高度；尽可能利用短边传算高程。

3 我国三角高程测量的研究概况

国内测绘人员近年来一直致力于研究如何提高三角高程测量的精度问题，在满足精度要求的条件下，能否代替几何水准测量，伴随着高精度全站仪的发展以及改进，我国在三角高程测量方面取得了很大的进展。利用先进的全站仪，以及特定的三角高程计算方法，使三角高程的测量精度超过的四等水准测量的精度，在一些特定环境下，三角高程测量成果的精度甚至已经可以达到二等水准测量的精度要求。近年几年来，从事测绘工作的人员一直在三角高程测量实际应用中摸索前进，比如，高速铁路自由设站三角高程测量代替CPIII 精密水准测量；利用精密三角高程代替二等水准测量；精密跨海三角高程测量代替二等水准测量；中间法电磁波测距三角高程代替精密水准；车载精密三角高程等等；这些都促进了三角高程测量的发展。

4 结语

虽然目前几何水准测量的精度很高，但是由于在困难地区难以实施，再加上相对三角高程测量效率低等局限性，因此，越来越多的测绘科研人员不断从事这方面的研究与探讨，使三角高程测量技术得到迅速发展，提高了高程测量的效率，在高程测量技术应用中起到了不可替代的左右。