全站仪测量高程方法

第一篇：全站仪测量高程方法

全站仪测量高程有两种情况：1种是仪器架设在水准点，另一种是仪器架设在非水准点上。

第一种情况计算公式：高程=H（测站点高程）+i（全站仪高）+h（测量点高差）-I（测量点棱镜高）

第二种情况计算公式：高程=H（后视水准点高程）-h（后视高差）+h（前视高差）+i（后视棱镜高）-I（前视棱镜高）注：一般前后视棱镜设置同样高度。简化公式可以去掉最后两项。

全站仪仪器内计算待测点高程的过程是：

全站仪控制点高程+全站仪高+全站仪发射点与棱镜中点高差-对中杆高度=对中杆控制点高程，比如全站仪架的控制点高程为100m，仪器高1.5m，测得高差显示为8m（假设棱镜头比全站仪发射点高），棱镜高度1.3m，则待测点高程为

100+1.5+8-1.3=108.2m

全站仪测量点高程可以满足一般施工，比水准仪方便，任意建站整平就可开始测量待测点和已知点相对高差，从而快速得出待测点高程。现在桥梁施工盖梁完，就要求接着做垫石，这时水准仪只能从桥头过来，如果距离比较远那就只能拿全站仪测。全站仪测高程开始时先正倒镜各测几个垫石，观察数据稳定时就可以直接用正镜测完。

全站仪测量高程，我拿宾得、徕卡的测过几座桥，从基础施工到铺装，150米内没问题，可以满足施工要求，相对用水准仪测的那几座桥真的很省力。不放心可以拿水准仪复核几个点就可以了。

有时候做控制点，用水准仪翻山越岭的测累计误差其实比全站仪大，也耗时耗力。全站仪测量高程其实涉及到很多改正，比如温差、高程修正，可以翻阅其他参考书，去新浪爱问搜有很多，不过我们一般做一级导线点控制点距离也就400米以内偏多，不用改正可以满足施工精度了，高程四等水准的话也不用折光、温差改正，只要对向观测的两次高差满足规范（查<工程测量规范>GB50026-2007)，以及平差过关就可以了。

第二篇：全站仪不能用于精确的高程测量

全站仪不能用于精确的高程测量，但是在精度要求不高的情况下也可以用。

前提是“正倒镜，往返测”这样，大体可满足四等水准测量要求

全站仪自由设站法道路定测

周万枝 李菊霞

(北京交通管理干部学院公路系 065201)

【摘 要】 本文主要利用全站仪自身的功能，结合道路测量的特点提出了全站仪自由设站法道路定测及其具体测设方法，并对其精度进行了分析。

一、引 言

道路定测是道路勘测的重要阶段，主要解决线路平面、纵断、横断三者的合理配置，通常的定测方法为：在平面和高程控制的基础上依次进行中线测量、纵断面测量和横断面测量，所用仪器一般为经纬仪、钢尺、水准仪。随着科技进步，全站仪已在道路测量领域得到了广泛应用，但大多数使用者仅仅把它作为普通经纬仪、测距仪来使用，还没有完全利用和开发全站仪的功能，来提高测量效率，解决实际问题。而用全站仪自由设站法进行道路定测，可在任意点设站安置仪器，利用坐标变换原理，进行中线测量和纵、横断面测量，不仅能发挥全站仪自身的优势，还具有以下优点：一是用导线点直接测设加密点，去掉中间的由交点控制主点、再由主点控制加密点的步骤，这样减少了误差的传递和累积，提高了精度；二是避免由于虚交点和不通视带来的测设困难，提高工作效率。全站仪是集测角、测距、测高差于一体的测量工具，并可以与计算机双向通讯。本文就采用全站仪自由设站法在道路定测阶段进行平、纵、横同时施测及解决困难地段的定测问题作一探讨。

二、道路中线测量

在常规的道路中线测量中，直线部分的测设通常用支距法和极坐标法直接标定。而对于曲线测设则是先在测设交点的基础上测设主点(即起点、终点和中点)，再进行详细测设，曲线的详细测设方法有偏角法、切线支距法、弦线支距法、弦线偏距法等。在本文中，中线测量的控制点一般采用GPS定位或全站仪测设，并将各点信息传输至PC-E500计算机中，给每个控制点统一编号。这些点在计算机中的存储形式为：点的类型、编号、X、Y、H、坐标原点点号、备注。

1.方向线的测设

方向线是直线，它的测设只要确定直线上两个点即可。一般有两种方法：一种是根据纸上定线的结果利用极坐标法选一控制点作为坐标原点。再选另一已知点构成已知方向并把量取的极角θ及极径ρ输入PC-Ε500计算机，在所选原点安置全站仪，并使之处于联机状态，并使水平角置零，照准已知方向，转动全站仪，当拨角达到极角大小时有蜂鸣声，制动照准部，在此方向点前后移动棱镜，直到有蜂鸣声，此时棱镜所在点即为要测定的点，再输入量取的另一点的极径和极角，用同样的办法测设另一点，这样就由两点确定了一条方向线。另一种方法是在纸上定线后延长方向线确定交点的纸上位置，同样可以以其一控制点为原点，量取极角θ和极径ρ，并输入计算机，同前一种方法，在实地把交点标定出来，相邻两交点的连线即为方向线。在测设方向线的同时，根据两方向线上的坐标解算出转角α和交点坐标并传输到PC-E500计算机中存贮。

2.圆曲线的测设

用全站仪进行圆曲线测设时，主点和加密点同时一次测定，首先输入选定的圆曲线半径R和测出的转角α以及加密桩距，选择圆曲线测设模块中的计算功能，计算机则显示出主点测设要素及以交点为坐标原点、以方向线为已知方向的极坐标。测设时在交点安置全站仪，输入测站点的点号、坐标及照准方向的点的坐标，选择测设功能模块计算机就显示出以测站点为坐标原点，照准方向为基本方向的主点和加密点的极坐标。再利用全站仪的测设功能采用极坐标法标定出圆曲线的起点、中点、终点及各加密点。

3.直线部分加密点的测设

在圆曲线测设完毕后，圆曲线的起点和终点已经标定，选择测设功能，测设时在交点安置全站仪，输入曲线起点点号、坐标、前一圆曲线终点或交点的点号、坐标及测站点的点号、坐标，则可显示出加密点的极坐标。从圆曲线的起点开始，用极坐标法测定各加密点。如果该圆曲线起点不可得，则从前一曲线终点或交点开始即可。

对于带有缓和曲线的圆曲线和长大曲线，则根据其特点，只要选择恰当的控制点作为坐标原点则可以用与测设圆曲线同样的方法进行测设。

4.困难地段圆曲线的测设

(1)交点不能安置仪器。如果曲线的交点不能安置仪器，这时则选择以测设直线时的控制点或其他已知点作为坐标原点，利用坐标转换功能，把以交点为坐标原点的各点坐标转换为以该控制点为原点的坐标，此时可在该控制点安置全站仪，用极坐标法测设其他各点。

(2)不能通视。如果在测设加密点时不能通视，则选另一控制点作为原点，通过坐标转换，用极坐标法测设其余点。

5.里程计算

公路中线的测设除了标定公路中桩位置外，还要进行里程计算，里程计算又分直线和曲线两部分，对于直线部分只要输入线型、路线起点点号或前一曲线终点的点号和该点的点号即可显示该桩点里程。对于曲线部分，只要输入线型、曲线半径R、转角α和圆曲线起点点号以及该点点号即可显示该点里程。最后，把各桩点的里程输出到计算机中存贮。

三、纵、横断面测量

1.纵断面测量

因为全站仪可以测高差，故在标定各个中桩点时，可以测得每个桩点的高程，在具体操作时首先输入测站点的高程、仪器高、棱镜中心高度，在各桩点立镜时，全站仪则显示各桩点的高程，并把每个桩点的高程值传输到计算机中存贮，其中棱镜高可用专门的对中杆直接量得，而仪器高的测量就要求精确一些，起码要与对中杆测得的棱镜高精度相匹配，并在测量中保持棱镜高不变，如果测站搬迁或改变棱镜高时，则要重新输入这些数据。

2.横断面测量

在测各中桩点高程的同时，在路线的垂直方向，即中桩的两侧选择适当的变坡点，立棱镜测其高程、平面坐标并连同该中桩点的高程一起传输到计算机中存贮。这样，纵横断面的测量数据全部存贮到计算机中，应用专门的绘图软件可以绘出纵、横断面图。

四、精度分析

在测量工作中，选择某种测量方法时，不但要考虑其工作效率，更重要的是看其精度是否可靠，是否能满足工程需要，同时也应遵循由高级到低级，先控制后碎部的原则。在一般的道路定测中先布设控制导线，然后分别进行交点、主点测设，最后进行中桩点加密。在断面测量中，先进行基平测量，再进行中平测量。在全站仪自由设站法中采用一次性同时测设，用控制点直接控制中桩点，减少了中间一级控制，把其精度提高了一级。下面就不同的情况进行分析。

1.中桩的平面点位精度分析

用自由设站法测设中线时，中桩点的位置是由极角θ和极径ρ来确定。

① ρ引起的纵向误差。设全站仪的测距精度为±（2 mm+2×10-6*D），如果取全站仪的最大测程为4 km，则：Mρ＝0.002+2×10-6×4×103＝1.0 cm，按规范要求限差为Mρ＝(D/2000+0.1 m)=210 cm，显然测量误差小于限差。

② θ引起的横向误差。设全站仪的测角中误差为2″,则横向误差Mθ＝Dsinα＝D(α/ρ)＝4.0 cm，也小于限差要求10 cm。

则综合误差

2.中桩点高程精度分析

利用全站仪测高程，是根据三角高程测量原理进行的，即：

h=L×sinα+i-v+f

其中，L为斜距，α为竖直角，i为镜中心高，v为仪器高，f为大气折光及地球曲率半径改正。根据误差传播定律可得：

在测量中视线的倾角一般不超过30°，α取15°，ML取1 cm，Mα取2″，Mf取2 mm，Mi取3 mm，Mv取2 mm。则计算可得Mh=3.7 cm,是完全能满足精度要求的。

五、结束语

综上所述，该方法不论从其工作效率还是精度方面都是可取的，在实践中证明是可行的。目前PC-E500计算机及便携机的应用已比较普及，全站仪与PC-E500计算机及便携机的通讯接口及开发也日趋完善，因此按大多数工程单位的仪器装备及技术力量，是完全可以采用此方法进行道路定测的。

全站型电子速测仪简称全站仪，它是一种可以同时进行角度（水平角、竖直角）测量、距离（斜距、平距、高差）测量和数据处理，由机械、光学、电子元件组合而成的测量仪器。由于只需一次安置，仪器便可以完成测站上所有的测量工作，故被称为“全站仪”。全站仪上半部分包含有测量的四大光电系统，即水平角测量系统、竖直角测量系统、水平补偿系统和测距系统。通过键盘可以输入操作指令、数据和设置参数。以上各系统通过I/O接口接入总线与微处理机联系起来。微处理机（CPU）是全站仪的核心部件，主要有寄存器系列（缓冲寄存器、数据寄存器、指令寄存器）、运算器和控制器组成。微处理机的主要功能是根据键盘指令启动仪器进行测量工作，执行测量过程中的检核和数据传输、处理、显示、储存等工作，保证整个光电测量工作有条不紊地进行。输入输出设备是与外部设备连接的装置（接口），输入输出设备使全站仪能与磁卡和微机等设备交互通讯、传输数据。

目前，世界上许多著名的测绘仪器生产厂商均生产有各种型号的全站仪。一）、概况

电磁波测距按测程来分，有短程(＜3km)、中程(3—15km)和远程(＞15km)之分。按测距精度来分，有Ⅰ级(5mm)、Ⅱ级(5mm—10mm)和Ⅲ级(＞10mm)。按载波来分，采用微波段的电磁波作为载波的称为微波测距仪；采用光波作为裁波的称为光电测距仪。光电测距仪所使用的光源有激光光源和红外光源(普通光源已淘汰)，采用红外线波段作为载波的称为红外测距仪。由于红外测距仪是以砷化稼(GaAs)发光二极管所发的荧光作为载波源，发出的红外线的强度能随注入电信号的强度而变化，因此它兼有载波源和调制器的双重功能。GaAs发光二极管体积小，亮度高，功耗小，寿命长，且能连续发光，所以红外测距仪获得了更为迅速的发展。本节讨论的就是红外光电测距仪。

（二）、测距原理

欲测定A、B两点间的距离D，安置仪器于A点，安置反射镜于B点。仪器发射的光束由A至B，经反射镜反射后又返回到仪器。设光速c为已知，如果光束在待测距离D上往返传播的时间。已知，则距离D可由下式求出

式中c＝c。／n，c。为真空中的光速值，其值为299792458m／s, n为大气折射率，它与测距仪所用光源的波长，测线上的气温t, 气压P和湿度e有关。

测定距离的精度，主要取决于测定时间 的精度，例如要求保证±lcm的测距精度，时间测定要求准确到6．7×10—lls，这是难以做到的。因此，大多采用间接测定法来测定。间接测定 的方法有下列两种： 1．脉冲式测距

由测距仪的发射系统发出光脉冲，经被测目标反射后，再由测距仪的接收系统接收，测出这一光脉冲往返所需时间间隔()的钟脉冲的个数以求得距离D。由于计数器的频率一殷为300MHz(300×106Hz)，测距精度为O.5m，精度较低。

2．相位式测距 由测距仪的发射系统发出一种连续的调制光波，测出该调制光波在测线上往返传播所产生的相依移，以测定距离D。红外光电测距仪一般都采用相位测距法。

在砷化镕(GaAs)发光二极管上加了频率为f的交变电压(即注入交变电流)后，它发出的光强就随注入的交变电流呈正弦变化，这种光称为调制光。测距仪在A点发出的调制光在待测距离上传播，经反射镜反射后被接收器所接收，然后用相位计将发射信号与接受信号进行相位比较，由显示器显出调制光在待测距离往、返传播所引起的相位移φ。

（三）、全站仪的操作与使用

不同型号的全站仪，其具体操作方法会有较大的差异。下面简要介绍全站仪的基本操作与使用方法。1.全站仪的基本操作与使用方法 1）水平角测量

（1）按角度测量键，使全站仪处于角度测量模式，照准第一个目标A。

（2）设置A方向的水平度盘读数为0°00′00″。（3）照准第二个目标B，此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角。2）距离测量（1）设置棱镜常数 测距前须将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对所测距离进行改正。

（2）设置大气改正值或气温、气压值

光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化，15℃和760mmHg是仪器设置的一个标准值，此时的大气改正为0ppm。实测时，可输入温度和气压值，全站仪会自动计算大气改正值（也可直接输入大气改正值），并对测距结果进行改正。

（3）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。（4）距离测量

照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距、高差。

全站仪的测距模式有精测模式、跟踪模式、粗测模式三种。精测模式是最常用的测距模式，测量时间约2.5S，最小显示单位1mm；跟踪模式，常用于跟踪移动目标或放样时连续测距，最小显示一般为1cm，每次测距时间约0.3S；粗测模式，测量时间约0.7S，最小显示单位1cm或1mm。在距离测量或坐标测量时，可按测距模式（MODE）键选择不同的测距模式。

应注意，有些型号的全站仪在距离测量时不能设定仪器高和棱镜高，显示的高差值是全站仪横轴中心与棱镜中心的高差。3）坐标测量

（1）设定测站点的三维坐标。

（2）设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。当设定后视点的坐标时，全站仪会自动计算后视方向的方位角，并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。（3）设置棱镜常数。

（4）设置大气改正值或气温、气压值。（5）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。

（6）照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。

全站仪的使用（以拓普康全站仪为例进行介绍）（1）测量前的准备工作

1）电池的安装（注意：测量前电池需充足电）

①把电池盒底部的导块插入装电池的导孔。

②按电池盒的顶部直至听到“咔嚓”响声。③向下按解锁钮，取出电池。

2）仪器的安置。

①在实验场地上选择一点，作为测站，另外两点作为观测点。

②将全站仪安置于点，对中、整平。

③在两点分别安置棱镜。

3）竖直度盘和水平度盘指标的设置。

①竖直度盘指标设置。

松开竖直度盘制动钮，将望远镜纵转一周（望远镜处于盘左，当物镜穿过水平面时），竖直度盘指标即已设置。随即听见一声鸣响，并显示出竖直角。

②水平度盘指标设置。

松开水平制动螺旋，旋转照准部360，水平度盘指标即自动设置。随即一声鸣响，同时显示水平角。至此，竖直度盘和水平度盘指标已设置完毕。注意：每当打开仪器电源时，必须重新设置和的指标。

4）调焦与照准目标。

操作步骤与一般经纬仪相同，注意消除视差。

（2）角度测量

1）首先从显示屏上确定是否处于角度测量模式，如果不是，则按操作转换为距离模式。

2）盘左瞄准左目标A,按置零键，使水平度盘读数显示为0°00′00〃，顺时针旋转照准部，瞄准右目标B，读取显示读数。

3）同样方法可以进行盘右观测。

4）如果测竖直角，可在读取水平度盘的同时读取竖盘的显示读数。（3）距离测量

1）首先从显示屏上确定是否处于距离测量模式，如果不是，则按操作键转换为坐标模式。

2）照准棱镜中心，这时显示屏上能显示箭头前进的动画，前进结束则完成坐标测量，得出距离，HD为水平距离，VD为倾斜距离。

（4）坐标测量

1）首先从显示屏上确定是否处于坐标测量模式，如果不是，则按操作键转换为坐标模式。

2）输入本站点O点及后视点坐标，以及仪器高、棱镜高。

3）瞄准棱镜中心，这时显示屏上能显示箭头前进的动画，前进结束则完成坐标测量，得出点的坐标。

四、注意事项

1）运输仪器时，应采用原装的包装箱运输、搬动。

2）近距离将仪器和脚架一起搬动时，应保持仪器竖直向上。

3）拔出插头之前应先关机。在测量过程中，若拔出插头，则可能丢失数据。

4）换电池前必须关机。

5）仪器只能存放在干燥的室内。充电时，周围温度应在10~30℃之间。

6）全站仪是精密贵重的测量仪器，要防日晒、防雨淋、防碰撞震动。严禁仪器直接照准太阳。

第三篇：水准仪测量高程的方法和步骤

水准仪测量高程的方法和步骤

内容：理解水准测量的基本原理；掌握 DS3 型微倾式水准仪、自动安平水准仪的构造特点、水准尺和尺垫；掌握水准仪的使用及检校方法；掌握水准测量的外业实施（观测、记录和检核）及内业数据处理（高差闭合差的调整）方法；了解水准测量的注意事项、精密水准仪和电子水准仪的构造及操作方法。

重点：水准测量原理；水准测量的外业实施及内业数据处理。难点：水准仪的检验与校正。

§2.1 高程测量（Height Measurement）的概念

测量地面上各点高程的工作 , 称为高程测量。高程测量根据所使用的仪器和施测方法的不同，分为：

（1）水准测量(leveling)（2）三角高程测量(trigonometric leveling)

（3）气压高程测量(air pressure leveling)

（4）GPS 测量(GPS leveling)§2.2 水准测量原理

一、基本原理 水准测量的原理是利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。

a —— 后视读数 A —— 后视点

b —— 前视读数 B —— 前视点

1、A、B 两点间高差：

2、测得两点间高差。

后，若已知 A 点高程，则可得B点的高程：

3、视线高程：

4、转点 TP(turning point)的概念：当地面上两点的距离较远，或两点的高差太大，放置一次仪器不能测定其高差时，就需增设若干个临时传递高程的立尺点，称为转点。

二、连续水准测量

如图所示，在实际水准测量中，A、B 两点间高差较大或相距较远，安置一次水准仪不能测定两点之间的高差。此时有必要沿 A、B 的水准路线增设若干个必要的临时立尺点，即转点（用作传递高程）。根据水准测量的原理依次连续地在两个立尺中间安置水准仪来测定相邻各点间高差，求和得到 A、B 两点间的高差值，有： h 1 = a 1 － b 1 h 2 = a 2 － b 2 ……

则： h AB = h 1 + h 2 +…… + h n = Σ h = Σ a － Σ b 结论： A、B 两点间的高差 § 2.3 水准仪和水准尺

一、水准仪(level)

等于后视读数之和减去前视读数之和。

如图所示，由望远镜、水准器和基座三部分组成。

DS3 微倾式水准仪

自动安平水准仪

1、望远镜(telescope)——由物镜、目镜和十字丝（上、中、下丝）三部分组成。

2、水准器(bubble)有两种：

圆水准器(circular bubble)——精度低，用于粗略整平；水准管(bubble tube)——精度高，用于精平。

特性：气泡始终位于高处，气泡在哪处，说明哪处高。

3、基座(tribrach)

二、水准尺(leveling staff)水准尺主要有：单面尺、双面尺和塔尺。

1、尺面分划为 1cm，每 10cm 处（E 字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字。

2、双面尺的红面尺底刻划：一把为 4687mm，另一把为 4787mm。

三、尺垫(staff plate)放置在转点上，为防止观测过程中水准尺下沉。

四、水准仪的使用

操作程序：粗平——瞄准——精平——读数

（一）粗平——调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。

1、方法：对向转动脚螺旋 1、2 ——使气泡移至 1、2 方向的中间——转动脚螺旋 3，使气泡居中。

2、规律：气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。

（二）瞄准

1、方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。

2、视差

概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。消除方法：仔细反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。

（三）精平

1、方法：如图所示微倾式水准仪(tilt level)，调节微倾螺旋，使水准管气泡成像抛物线符合。

2、说明：若使用自动安平水准仪（compensator level），仪器无微倾螺旋，故不需进行精平工作。

（四）读数——精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。

1、方法：从小数向大数读，读四位。米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。

2、规律：读数在尺面上由小到大的方向读。故对于望远镜成倒像的仪器，即从上往下读，望远镜成正像的仪器，即从下往上读。如图所示，从小向大读四位数为 0.725 米。

§ 2.4 水准测量的实施与成果整理

一、水准点(Bench Mark)通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点 BM，一般用表示。有永久性和临时性两种。（见图）

二、水准路线(leveling line)水准路线依据工程的性质和测区情况，可布设成以下几种形式：

1、闭合水准路线(closed leveling line)。由已知点 BM1 ——已知点 BM1

2、附合水准路线(annexed leveling line)。由已知点 BM1 ——已知点 BM2

3、支水准路线(spur leveling line)。由已知点 BM1 ——某一待定水准点 A。

4、水准网：若干条单一水准路线相互连接构成的图形。

三、水准测量的实施（外业）

1、观测要求 如图，有：

（1）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。

（2）为及时发现观测中的错误，通常采用“两次仪器高法”或 “双面尺法”。

两次仪器高法：高差之差 h-h'< ±5mm ；双面尺法，①红黑面读数差 <±3mm ② h 黑-h 红 <±5mm。

2、水准测量记录表

注意：（1）起始点只有后视读数，结束点只有前视读数，中间点既有后视读数又有前视读数。

（2），只表明计算无误，不表明观测和记录无误。

四、水准测量的成果处理（内业）

（一）计算闭合差：

1、闭合水准路线：

2、附合水准路线：

（二）分配高差闭合差

1、高差闭合差限差（容许误差）

对于普通水准测量，有：

式中，——高差闭合差限差，单位： mm L ——水准路线长度，单位： km ； n ——测站数

2、分配原则：

按与距离 L 或测站数 n 成正比，将高差闭合差反号分配到各段高差上。

（三）计算各待定点高程

用改正后的高差和已知点的高程，来计算各待定点的高程。

五、水准测量的成果实例

【例】如图为按图根水准测量要求施测某附合水准路线观测成果略图。BM-A 和 BM-B 为已知高程的水准点，图中箭头表示水准测量前进方向，路线上方的数字为测得的两点间的高差(以 m 为单位)，路线下方数字为该段路线的长度(以 km 为单位)，试计算待定点 1、2、3 点的高程。

解算如下：

第一步计算高差闭合差：

第二步计算限差：

因为，可进行闭合差分配。

第三步计算每 km 改正数：

第四步计算各段高差改正数：。四舍五入后，使。

故有： V 1 =-8mm，V 2 =-11mm，V 3 =-8mm，V 4 =-10mm。第五步计算各段改正后高差后，计算 1、2、3 各点的高程。改正后高差 = 改正前高差 + 改正数 V i H 1 =H BM-A +(h 1 +V 1)=45.286+2.323=47.609(m)H 2 =H 1 +(h 2 +V 2)=47.509+2.802=50.411(m)H 3 =H 2 +(h 3 +V 3)=50.311-2.252=48.159(m)HBM-B =H 3 +(h 4 +V 4)=48.059+1.420=49.579(m)可用 EXCEL 软件计算如下图：

§ 2.5 水准仪的检验与校正

一、水准仪轴线的几何关系 水准仪轴线应满足的几何条件是：

1、水准管轴 LL// 视准轴 CC

2、圆水准轴 L ' L ' // 竖轴 VV

3、横丝要水平（即： ⊥ 竖轴 VV）如下图所示：

二、水准仪的检验与校正

（一）圆水准器的检验与校正

1、检验：气泡居中后，再将仪器绕竖轴旋转 180 °，看气泡是否居中。

2、校正：用脚螺旋使气泡向中央移动一半 , 再用拨针拨动三个“校正螺旋”，使气泡居中。

（二）十字丝横丝的检验与校正

1、检验：

整平后，用横丝的一端对准一固定点 P，转动微动螺旋，看 P 点是否沿着横丝移动。

2、校正 ：旋下目镜处的十字丝环外罩，转动左右 2 个“校正螺丝”。

（三）水准管轴平行于视准轴（i 角）的检验与校正

1、检验：

（1）平坦地上选 A、B 两点，约 50m。

（2）在中点 C 架仪，读取 a 1、b 1，得 h 1 =a 1-b 1（3）在距 B 点约 2 — 3m 处架仪，读取 a 2、b 2，得 h 2 =a 2-b 2（4）若 h 2 ≠ h 1 , 则水准管轴不平行于视准轴，有 i 角。因为① h1 为正确高差② b2 的误差可忽略不计，故有：

时，需校正。对于 S 3 水准仪，若 i 角大于

2、校正方法有二种：（1）校正水准管

旋转微倾螺旋，使十字丝横丝对准(a 2 ' =h 1 +b 2)，拨动水准管“校正螺丝”，使水准管气泡居中。

（2）校正十字丝——可用于自动安平水准仪

保持水准管气泡居中，拨动十字丝上下两个“校正螺丝”，使横丝对准 a 2 '。

§ 2.6 自动安平、精密、电子水准仪简介

一、自动安平水准仪(compensator level)

1、原理——与普通水准仪相比，在望远镜的光路上加了一个补偿器。

2、使用——粗平后，望远镜内观察警告指示窗若全部呈绿色，方可读数；最好状态是指示窗的三角形尖顶与横指标线平齐。

3、检校——与精通水准仪相比，要增加一项补偿器的检验，即：转动脚螺旋，看警告指示窗是否出现红色；以此来检查补偿器是否失灵。

二、精密水准仪（precise level）（每公里往返平均高差中误差 1mm）

1、精密水准仪 —— 提供精确的水平视线和精确读数。

精密水准仪

2、精密水准尺 —— 刻度精确(铟钢带水准尺 invar leveling staff)。

3、读数方法

（1）精平后，转动测微螺旋，使十字丝的楔形丝精确夹准某一整分划线。（2）读数时，将整分划值和测微器中的读数合起来。如 : 14865.0mm。

三、数字水准仪(digital level)及条纹码水准尺(coding level staff)

1、具有自动安平、显示读数和视距功能。

2、能与计算机数据通讯，避免了人为观测误差。

§ 2.7 水准测量误差及注意事项

来源有：仪器误差、操作误差、外界条件影响。

一、仪器误差

主要有：视准轴不平行于水准管轴（i 角）的误差、水准尺误差

二、操作误差

主要有：水准气泡未严格居中、视差、估读误差、水准尺未竖直。

三、外界条件影响的误差

主要有：仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率、大气折光、气温和风力。

四、水准测量的注意事项：(一）观测：

1、观测前应认真按要求检验水准仪和水准尺；

2、仪器应安置在土质坚实处，并踩实三角架；

3、前后视距应尽可能相等；

4、每次读数前要消除视差，只有当符合水准气泡居中后才能读数；

5、注意对仪器的保护，做到 “ 人不离仪器 ” ；

6、只有当一测站记录计算合格后才能搬站，搬站时先检查仪器连接螺旋是否固紧，一手托住仪器，一手握住脚架稳步前进。

（二）记录：

⒈ 认真记录，边记边回报数字，准确无误的记入记录手簿相应栏中，严禁伪造和传抄；

⒉ 字体要端正、清楚、不准涂改，不准用橡皮擦，如按规定可以改正时，应在原数字上划线后再在上方重写；

⒊ 每站应当场计算，检查符合要求后，才能通知观测者搬站。

（三）扶尺：

⒈ 扶尺人员认真竖立水准尺；

⒉ 转点应选择土质坚实处，并踩实尺垫；

⒊ 水准仪搬站时，应注意保护好原前视点尺垫位置不移动。

第四篇：水准仪测量高程的方法和步骤

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水准仪测量高程的方法和步骤

内容：理解水准测量的基本原理；掌握 DS3 型微倾式水准仪、自动安平水准仪的构造特点、水准尺和尺垫；掌握水准仪的使用及检校方法；掌握水准测量的外业实施（观测、记录和检核）及内业数据处理（高差闭合差的调整）方法；了解水准测量的注意事项、精密水准仪和电子水准仪的构造及操作方法。

重点：水准测量原理；水准测量的外业实施及内业数据处理。难点：水准仪的检验与校正。

§2.1 高程测量（Height Measurement）的概念

测量地面上各点高程的工作 , 称为高程测量。高程测量根据所使用的仪器和施测方法的不同，分为：

（1）水准测量(leveling)（2）三角高程测量(trigonometric leveling)（3）气压高程测量(air pressure leveling)（4）GPS 测量(GPS leveling)§2.2 水准测量原理

一、基本原理

水准测量的原理是利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。

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a —— 后视读数 A —— 后视点 b —— 前视读数 B —— 前视点

1、A、B两点间高差：

2、测得两点间高差。

3、视线高程：，则可得B点的高程：

后，若已知 A 点高程

4、转点 TP(turning point)的概念：当地面上两点的距离较远，或两点的高差太大，放臵一次仪器不能测定其高差时，就需增设若干个临时传递高程的立尺点，称为转点。

二、连续水准测量

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如图所示，在实际水准测量中，A、B 两点间高差较大或相距较远，安臵一次水准仪不能测定两点之间的高差。此时有必要沿 A、B 的水准路线增设若干个必要的临时立尺点，即转点（用作传递高程）。根据水准测量的原理依次连续地在两个立尺中间安臵水准仪来测定相邻各点间高差，求和得到 A、B 两点间的高差值，有：

h 1 = a 1 － b 1 h 2 = a 2 － b 2 ……

则： h AB = h 1 + h 2 +…… + h n = Σ h = Σ a － Σ b 结论： A、B 两点间的高差 § 2.3 水准仪和水准尺

一、水准仪(level)如图所示，由望远镜、水准器和基座三部分组成。

等于后视读数之和减去前视读数之和。

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DS3微倾式水准仪

自动安平水准仪

1、望远镜(telescope)——由物镜、目镜和十字丝（上、中、下丝）三部分组成。

2、水准器(bubble)有两种：

圆水准器(circular bubble)——精度低，用于粗略整平；水准管(bubble tube)——精度高，用于精平。

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特性：气泡始终位于高处，气泡在哪处，说明哪处高。

3、基座(tribrach)

二、水准尺(leveling staff)水准尺主要有：单面尺、双面尺和塔尺。

1、尺面分划为 1cm，每 10cm 处（E 字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字。

2、双面尺的红面尺底刻划：一把为 4687mm，另一把为 4787mm。

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三、尺垫(staff plate)放臵在转点上，为防止观测过程中水准尺下沉。

四、水准仪的使用

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操作程序：粗平——瞄准——精平——读数

（一）粗平——调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。

1、方法：对向转动脚螺旋 1、2 ——使气泡移至 1、2 方向的中间——转动脚螺旋 3，使气泡居中。

2、规律：气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。

（二）瞄准

1、方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。

2、视差

概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。消除方法：仔细反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。

（三）精平

1、方法：如图所示微倾式水准仪(tilt level)，调节微倾螺旋，使水准管气泡成像抛物线符合。

2、说明：若使用自动安平水准仪（compensator level），仪器无微倾螺旋，故不需进行精平工作。

（四）读数——精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。

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1、方法：从小数向大数读，读四位。米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。

2、规律：读数在尺面上由小到大的方向读。故对于望远镜成倒像的仪器，即从上往下读，望远镜成正像的仪器，即从下往上读。如图所示，从小向大读四位数为 0.725 米。

§ 2.4 水准测量的实施与成果整理

一、水准点(Bench Mark)通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点 BM，一般用表示。有永久性和临时性两种。（见图）

二、水准路线(leveling line)水准路线依据工程的性质和测区情况，可布设成以下几种形式：

1、闭合水准路线(closed leveling line)。由已知点 BM1 ——已知

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点 BM1

2、附合水准路线(annexed leveling line)。由已知点 BM1 ——已知点 BM2

3、支水准路线(spur leveling line)。由已知点 BM1 ——某一待定水准点 A。

4、水准网：若干条单一水准路线相互连接构成的图形。

三、水准测量的实施（外业）

1、观测要求 如图，有：

（1）水准仪安臵在离前、后视距离大致相等之处。

（2）为及时发现观测中的错误，通常采用“两次仪器高法”或“双面尺法”。

两次仪器高法：高差之差 h-h'<±5mm ；双面尺法，①红黑面读数差 <±3mm ② h 黑-h 红 <±5mm。

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2、水准测量记录表

注意：（1）起始点只有后视读数，结束点只有前视读数，中间点既有后视读数又有前视读数。

（2），只表明计算无误，不表明观测和记录无误。

四、水准测量的成果处理（内业）

（一）计算闭合差：

1、闭合水准路线：

2、附合水准路线：

（二）分配高差闭合差

1、高差闭合差限差（容许误差）

对于普通水准测量，有：

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式中，——高差闭合差限差，单位： mm L ——水准路线长度，单位： km ； n ——测站数

2、分配原则：

按与距离 L 或测站数 n 成正比，将高差闭合差反号分配到各段高差上。

（三）计算各待定点高程

用改正后的高差和已知点的高程，来计算各待定点的高程。

五、水准测量的成果实例

【例】如图为按图根水准测量要求施测某附合水准路线观测成果略图。BM-A 和 BM-B 为已知高程的水准点，图中箭头表示水准测量前进方向，路线上方的数字为测得的两点间的高差(以 m 为单位)，路线下方数字为该段路线的长度(以 km 为单位)，试计算待定点 1、2、3 点的高程。

解算如下：

第一步计算高差闭合差： 第二步计算限差： 因为，可进行闭合差分配。

。四舍五入后，使。

第三步计算每 km 改正数： 第四步计算各段高差改正数：

故有： V 1 =-8mm，V 2 =-11mm，V 3 =-8mm，V 4 =-10mm。

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第五步计算各段改正后高差后，计算 1、2、3 各点的高程。改正后高差 = 改正前高差 + 改正数 Vi H 1 =H BM-A +(h 1 +V 1)=45.286+2.323=47.609(m)H 2 =H 1 +(h 2 +V 2)=47.509+2.802=50.411(m)H 3 =H 2 +(h 3 +V 3)=50.311-2.252=48.159(m)HBM-B =H 3 +(h 4 +V 4)=48.059+1.420=49.579(m)可用 EXCEL 软件计算如下图：

§ 2.5 水准仪的检验与校正

一、水准仪轴线的几何关系 水准仪轴线应满足的几何条件是：

1、水准管轴 LL//视准轴CC

2、圆水准轴 L'L'//竖轴VV

3、横丝要水平（即：⊥竖轴 VV）如下图所示：

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二、水准仪的检验与校正

（一）圆水准器的检验与校正

1、检验：气泡居中后，再将仪器绕竖轴旋转 180 °，看气泡是否居中。

2、校正：用脚螺旋使气泡向中央移动一半 , 再用拨针拨动三个“校正螺旋”，使气泡居中。

（二）十字丝横丝的检验与校正

1、检验：

整平后，用横丝的一端对准一固定点 P，转动微动螺旋，看 P 点是否沿着横丝移动。

2、校正 ：旋下目镜处的十字丝环外罩，转动左右 2 个“校正螺丝”。

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（三）水准管轴平行于视准轴（i 角）的检验与校正

1、检验：

（1）平坦地上选 A、B 两点，约 50m。

（2）在中点 C 架仪，读取 a 1、b 1，得 h 1 =a 1-b 1（3）在距 B 点约 2 — 3m 处架仪，读取 a 2、b 2，得 h 2 =a 2-b 2（4）若 h 2 ≠ h 1 , 则水准管轴不平行于视准轴，有 i 角。因为① h1 为正确高差② b2 的误差可忽略不计，故有：

时，需校正。对于 S 3 水准仪，若 i 角大于

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2、校正方法有二种：（1）校正水准管

旋转微倾螺旋，使十字丝横丝对准(a 2 ' =h 1 +b 2)，拨动水准管“校正螺丝”，使水准管气泡居中。

（2）校正十字丝——可用于自动安平水准仪

保持水准管气泡居中，拨动十字丝上下两个“校正螺丝”，使横丝对准 a 2 '。

§ 2.6 自动安平、精密、电子水准仪简介

一、自动安平水准仪(compensator level)

1、原理——与普通水准仪相比，在望远镜的光路上加了一个补偿器。

2、使用——粗平后，望远镜内观察警告指示窗若全部呈绿色，方可读数；最好状态是指示窗的三角形尖顶与横指标线平齐。

3、检校——与精通水准仪相比，要增加一项补偿器的检验，即：转动

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脚螺旋，看警告指示窗是否出现红色；以此来检查补偿器是否失灵。

二、精密水准仪（precise level）（每公里往返平均高差中误差 1mm）

1、精密水准仪 —— 提供精确的水平视线和精确读数。

精密水准仪

2、精密水准尺 —— 刻度精确(铟钢带水准尺 invar leveling staff)。

3、读数方法

（1）精平后，转动测微螺旋，使十字丝的楔形丝精确夹准某一整分划线。

（2）读数时，将整分划值和测微器中的读数合起来。如 : 14865.0mm。

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三、数字水准仪(digital level)及条纹码水准尺(coding level staff)

1、具有自动安平、显示读数和视距功能。

2、能与计算机数据通讯，避免了人为观测误差。

§ 2.7 水准测量误差及注意事项

来源有：仪器误差、操作误差、外界条件影响。

一、仪器误差

主要有：视准轴不平行于水准管轴（i 角）的误差、水准尺误差

二、操作误差

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主要有：水准气泡未严格居中、视差、估读误差、水准尺未竖直。

三、外界条件影响的误差

主要有：仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率、大气折光、气温和风力。

四、水准测量的注意事项：(一）观测：

1、观测前应认真按要求检验水准仪和水准尺；

2、仪器应安臵在土质坚实处，并踩实三角架；

3、前后视距应尽可能相等；

4、每次读数前要消除视差，只有当符合水准气泡居中后才能读数；

5、注意对仪器的保护，做到 “ 人不离仪器 ” ；

6、只有当一测站记录计算合格后才能搬站，搬站时先检查仪器连接螺旋是否固紧，一手托住仪器，一手握住脚架稳步前进。

（二）记录：

认真记录，边记边回报数字，准确无误的记入记录手簿相应栏中，严禁伪造和传抄；

⒉ 字体要端正、清楚、不准涂改，不准用橡皮擦，如按规定可以改正时，应在原数字上划线后再在上方重写；

⒊ 每站应当场计算，检查符合要求后，才能通知观测者搬站。

（三）扶尺：

⒈ 扶尺人员认真竖立水准尺；

⒉ 转点应选择土质坚实处，并踩实尺垫；

⒊水准仪搬站时，应注意保护好原前视点尺垫位臵不移动。

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安徽鑫能燃气有限公司

2013.3.6

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第五篇：矿山测量中全站仪三角高程测量的问题与建议

矿山测量中全站仪三角高程测量的问题与建议

摘要：随着科学技术的发展脚步日益加快，高科技、一些高端设备等在很多方面都得到了广泛的应用，其中在矿山测量中电子全站仪的使用提高了测量的精确性，而且该方法操作简单易行。本文主要针对矿山测量中全站仪三角高程测量的问题与建议进行了探讨。

关键词：矿山测量；全站仪三角高程测量；问题；建议

全站仪技术在三角高程测量中应用前景较为广泛，近几年来在矿山测量中该方法的使用较为宽泛，而且在矿山勘测以及施工现场测量中大都提倡使用全站仪。本文主要按照全站仪的三角高程测量原理来对其的测量误差进行全面分析，并根据近些年来全站仪在矿山测量中使用情况以及施工成效性的比照，逐步探究全站仪三角高程在矿山测量中的实际应用，并根据所存在的问题寻求行之有效的观测方法以及相关观测条件。全站仪三角高程测量的精度分析

三角高程测量主要是通过求得测量竖直角δ和斜边长L 的数值来计算出相邻两点间高程：

H =L sinδ+i-ν（1）

在上述式子中：L 代表的含义是两点间的斜边长度，单位为m；δ表示测站点上两点间竖直角度；i表示测站点上的仪器高度，单位为m；ν代表的含义是照准点上的棱镜高度，单位为m。

或H =Dtanδ+i-ν（2）

上述字母中所代表的含义如下：D代表的是两点间直线距离（m）；δ表示的是测站点上两点间的竖直角；i表示测站点上的仪器高度，单位为m；ν则代表的意义是照准点上的棱镜高度（m）。

根据函数误差公式：

mh2=（?h/?L）2?mL2+（?h/?δ）2?mδ2+（?h/?i）2?mi2+（?h/?v）2?mv2（3）

mL2sin2δ+L2cos2δ/ρ2?mδ2+mi2+mv2（4）

从公式4中我们可知，两点之间的高程测量误差与L、δ、i、ν有关系。在对该矿山进行测量时主要使用的设备是2′索佳SE T 全站仪，测角精度控制在±2′，测距精度：±（2mm+2ppm×D），仪器尺寸标准为：336mm（高）×184mm（宽）×172mm（长），该矿山主要采取的是平面导线测量以及三角高程测量方法进行实施。井下三角高程测量原理

2.1 全站仪三角高程测量中对向观测原理

由B观测A点的高差

hBA=SBAsin?BA+（1-k/2R）?SBA2cos2?BA+iB-lA（5）

倘若在相同的观测条件下进行，或是在如果是在相同的观测条件下进行，则可以认为K和S都近似相等，以此我们可得出公式6

hBA平均=[hBA+（-hBA）]/2=（SBA?sin?AB-SAB?cos?BA）/2+（iA+lB）/2-（iB+lA）/2（6）

在上式中，对向观测可以消除地球曲率和大气折光对测量所造成的影响。

2.2 井下三角高程对象测量原理

在进行矿山巷道测量时，首先要按照巷道坡度大小以及相关工程特征，其次选择与之相匹配的测量方法。如果巷道倾角在5°以下时选择水准测量法效果更佳，当倾角在5°～8°范围内时选择水准测量或是三角高程测量都可以，如果倾角8°以上时三角高程测量是最优选择。由于测距与倾角之间有一定的误差影响，则当距离在400m以上时增大倾角会使得误差相应的减少。当倾角在90°附近变动时测量高程的误差受倾角误差影响幅度较小，精确度较高。我们发现如下规律：当测距距离小，且倾角小则误差影响较小；当测距距离大，且倾角小则表示误差影响较大；当测距短、倾角大则误差影响幅度小[1]。巷道高程测量主要使用的方法是三角高程测量法。在该矿山项目中由于工程量巨大，巷道总长度达到10km，因此为了增强测量的精确值，本工程中主要选取的是全站仪的高程测量，并结合导线测量加以辅助。测量的基本原理与测量数据如图1所示。图中各字母的代表含义为：L′表示实测斜长，δ为垂直角，仰角为正，俯角为负；i表示的含义是仪器高，主要是从测点到仪器中心的距离；v为觇标高，主要是测点到照准目标点的实际高度值。矿山测量中全站仪三角高程测量后进行平差检测

巷道导线主要采取的是 “清华三维N asew2003”进行严密平差，并进行高程平差。根据公式4的测量结果编写E xcel简易平差计算，结果超出所预定的范围内；如果加入气象、加常数等项改正后超限，则与实际要求不相吻合。结果不能作为最终测量数据。

通过对数据进行分析，我们发现其竖直角几乎是直角，从表中可看出误差的影响幅度较小。如果实测距离较近则误差幅度较小，究其根本则主要是由于仪器高量多取决于斜高[2]。因为井下巷道断面的平均高度在2m范围内，要使所选择的仪器能方便架设，仪器高应控制在-0.5～-1.0m 左右最佳。从图2中可计算出i值，实际高度i（-0.5～-1.0m），因为仪器的宽度对i值的影响程度较大，因而在实际测量中均值差值应控制在5mm即可进行高程平差计算。而且经检验该方法有效，精确度高。结束语

综上所述，在矿山测量中使用全站仪三角高程测量具有可操作性强，测量精确度高等优点。尤其是在井下高层测量中，巷道倾角在90°附近时，在进行数据平差和改正计算时要综合权衡仪器宽度对测量的影响。按照实测情况以及所使用仪器的具体特征，在考虑外业数据的基础上，将倾斜测量仪器导入改正量中，有效提高测量的精确值。

参考文献

[1]马进虎.E X CE L在矿山导线测量计算中的运用[J].能源与科技，2013，（11）：165-166.[2]张惠武.全站仪三角高程测量在矿山测量应用中的几点体会[J].建筑与工程，2012，（12）：112

作者简介：马刚，单位：中国建筑材料工业地质勘查中心新疆总队

（1986.07.15―），男，回族，新疆维吾尔自治区哈密市，学历：本科，职称：助理工程师，研究方向：工程测量，地理信息系统，从事的工作：工程测量，地理信息系统