摘要:隨著社會經濟和科學技術不斷發展,測繪技術水平也相應地得到了迅速提高。測繪作業手段也有了一個質的飛越,測繪儀器設備由過去的光學經緯儀,逐漸地過渡到半站儀,接著又推出了全站儀,隨著儀器設備不斷地創新,測繪野外作業的勞動強度逐漸減輕,工作效率不斷得到提高。本論文對全站儀在施工中放樣精度進行了探討。
　　關鍵詞:全站儀;放樣;估計精度
　　目前,隨著科學技術的發展,全站儀已經相當普及而且不斷向智能化方向發展,全站儀以其高度自動化和準確快捷的定位功能在目前工程測量中廣泛應用。許多新技術運用到全站儀的制造和使用當中,如無反射棱鏡測距、目標自動識別與瞄準、動態目標自動跟蹤、無線遙控、用戶編程、聯機控制等。為了使全站儀在實際生產中更好地運用,現結合工程測量理論,對全站儀在施工測量放樣中的誤差及其注意事項進行探討。
　　1儀器精度的選擇
　　為了能夠滿足施工中測量精度,應該嚴格按照有關規范和設計技術文件規定的測角和測距精度要求匹配的原則進行儀器選用:
　　mβ/(ρ)≈mS/S或mγ/ρ≈ms/S
　　式中mβ、mγ為相應等級控制網的測角中誤差、方向中誤差,(″);ms為測距中誤差,m;S為測距邊長,m;ρ為常數,ρ=206265″。
　　例如:使用的測距儀標稱精度為±(5mm+5×10-6S),平均測距長度S為按500m計,按照精度匹配原則有:mγ=ms/S×ρ=5P500000×206265=2″,因此,當使用的測距儀標稱精度為±(5mm+5×10-6S)時,應選用測角精度為2″級經緯儀。
　　2全站儀在施工放樣中坐標點的精度估算
　　全站儀極坐標法放樣點點位中誤差MP由測距邊邊長S(m)、測距中誤差ms(m)、水平角中誤差mβ(″)和常數ρ=206265″共同構成,其精度估算公式為:
　　Mp=±……………………………………..(1)
　　而水平角中誤差mβ(″)包含了儀器整平對中誤差、目標偏心誤差、照準誤差、儀器本身的測角精度以及外界的影響等。
　　由式(1)可得S2=[(M2P-m2s)×ρ2]/m2β………………………………..(2)
　　顧及s2=(Xi-XA)2+(Yi-YA)2
　　因此(Xi-XA)2+(Yi-YA)2=(M2p-m2s)/(mβ/ρ)2………………(3)
　　式(3)表明,對一定的儀器設備,采用相同的方法放樣時,誤差相等的點分布在一個圓周上,圓心為測站A。因此對每一個放樣控制點A,可以根據點位放樣精度m計算圓半徑S,在半徑范圍內的放樣點都可由此控制點放樣。由式(1)可看出,放樣點位誤差中,測距誤差較小,主要是測角誤差。因此,操作中應時時注意提高測角精度。
　　3全站儀三角高程的精度估算
　　設儀器高為i,棱鏡高度為l,測距儀測得兩點間的斜距為
　　S,豎直角α,則AB兩點的高差為:
　　hAB=Ssinα+i-l……………………………………………….(4)
　　式(4)是假設的水平面來起算的,實際上,高程的起算面是平均海水面。因此,在較長距離測量時要考慮地球曲率和大氣折光對高差的影響,在高差計算中加兩差改正,即:
　　hAB=Ssinα+i-l+h球+h氣=Ssina+i-l+s2/(2R)-k2s/(2R)……………….(5)
　　式中R為地球曲率半徑,取6371km,h球、h氣為大氣折光系數。一般來說,兩差改正很小,當兩點間的距離小于400m時,可以不考慮。
　　由式(5)可知:
　　m2h=m2ssin2α+(s/ρ)2m2a+[s2/(2R)]2m2k+m2i+m2l……………….(6)
　　由于α角一般比較大,因此,測距誤差ms對測定高差的影響不是主要的,若采用對中桿,儀器和棱鏡高的測量誤差mi,ml大約為1mm,豎直角的觀測誤差mɑ對高差測定的影響與距離
　　成正比,大氣折光系數誤差mk與距離的平方成正比,這正是影響高差測定精度的兩項主要誤差。因此,除了要保證一定的豎直角觀測精度外,更要采取克服大氣折光影響的措施,并限制一次傳遞高程的距離。
　　如圖1所示,三角高程測量的傳統方法為:設A,B為地面上高度不同的兩點。已知A點高程HA,只要知道A點對B點的高差HAB即可由HB=HA+HAB得到B點的高程HB。
　　                                                          
　　圖中D為A、B兩點間的水平距離;а為在A點觀測B點時的垂直角;i為測站點的儀器高;t為棱鏡高HA為A點高程,HB為B點高程;V為全站儀望遠鏡和棱鏡之間的高差(V=Dtanа)。
　　首先假設A,B兩點相距不太遠,不考慮大氣折光的影響。為了確定高差HAB,可在A點架設全站儀,在B點豎立跟蹤桿,觀測垂直角а,并直接量取儀器高i和棱鏡高t,若A,B兩點間的水平距離為D,則HAB=V+i-t。
　　故HB=HA+Dtanа+i-t……................................................................(7)
　　三角高程測量的新方法為:假設B點的高程已知,A點的高程為未知,這里要通過全站儀測定其它待測點的高程。首先由(7)式可知:
　　HA=HB-(Dtanа+i-t)………………………………………………(8)
　　上式除了Dtanа即V的值可以用儀器直接測出外,i,t都是未知的。但有一點可以確定即儀器一旦置好,i值也將隨之不變。同時選取跟蹤桿作為反射棱鏡,假定t值也固定不變。從(8)可知:
　　HA+i-t=HB-Dtanа=P……………………………………………………(9)
　　由(9)可知,基于上面的假設,HA+i-t在任一測站上也是固定不變的,而且可以計算出它的值P。
　　具體操作過程如下:
　　(1)儀器任一置點,但所選點位要求能和已知高程點通視。
　　(2)用儀器照準已知高程點,測出V的值,并算出P的值
　　(此時與儀器高程測定有關常數如測站點高程,儀器高,棱鏡高均為任一值。施測前不必設定)。
　　(3)將儀器測站點高程重新設定為P,儀器高和棱鏡高設為0即可。
　　(4)照準待測點測出其高程。
　　下面從理論上分析一下這種方法是否正確。
　　結合式(7),(9),
　　HB′=P+D′taná………………………………………………………….(10)
　　式中HB′為待測點的高程;P為測站中設定的測站點高程;D′為測站點到待測點的水平距離;á為測站點到待測點的觀測垂直角。
　　從(10)可知,不同待測點的高程隨著測站點到其的水平距離或觀測垂直角的變化而改變。
　　將(9)代入(10)可得:
　　HB′=HA+i-t+D′taná…………………………………………….(11)
　　按三角高程測量原理可得:
　　HB′=P+D′taná+i′-t′……………………………………………(12)
　　將(9)代入(12)可得:
　　HB′=HA+i-t+D′taná+i′-t′……………………………………………(13)
　　這里i′,t′為0,所以:
　　HB′=HA+i-t+D′taná………………………………………………………(14)
　　由(11),(14)可知,兩種方法測出的待測點高程在理論上是一致的。
　　4測量操作注意事項
　　采用電磁波三角高程測量,應重點提高豎直角測量精度,盡量控制測距邊長在規范規定的有效距離以內。為提高放樣精度,在操作中應注意如下事項:
　　(1)放樣之前應對點位進行檢查,檢查點位位置是否正確,檢查點位坐標資料是否正確,將實測的導線點距離和角度與計算值比較。
　　(2)儀器整平對中要仔細、認真,要用光學對點器對中,整平誤差以長水準泡偏離不超過1格為限差。
　　(3)后視點和放樣點立棱鏡桿要平、穩、正,盡量使用三角架立棱鏡,現在放樣一般都用棱鏡對中桿(強制對中桿),其上有圓水準器,照準目標測角時,盡量瞄準目標的下部。
　　(4)距離測量應加氣象等改正,計算值應加高斯投影等改正,還要保證實測值與計算值之差在范圍內;選擇測距邊時,應顧及所用測距儀的最佳測程,一般測線長度不得超過測距儀的
　　有效測程。在特別困難的地區,可按《國家三角測量和精密導線測量規范》的有關規定進行分段觀測;測線應高出地面或遠離障礙物,一等邊為6m,二等邊為2m;測線與35kV以上的高壓輸電線平行時,測線應遠離高壓輸電線50m以外,測站不應設在有磁場影響的范圍內。
　　(5)陽光對著鏡頭照射時,成像視差較大,要盡量調節物鏡與目鏡焦距使得視差較小,應盡量避免視線過低、視線跨塘和沿線地形嚴重不對稱等情況;光電測距的最佳觀測時間與大氣穩定度、空氣中的能見度、地形條件、地面覆蓋物、氣象因素等有關,一般最佳觀測時間段為日落前2～0.5h,或日出后1～2.5h;在全陰天可放寬觀測時間,一般連續觀測時間上午不超過2h,下午不超過3h,在氣溫突變及惡劣天氣時,應停止觀測。
　　(6)每測站結束時,應檢查后視方向歸零差,不得超過±12″(2″經緯儀)。實際操作中,考慮同時控制三角高程精度,一般情況下放樣距離控制在儀器的有效范圍之內。
　　5結語
　　在施工區域內要合理、均勻地進行控制點加密工作。這樣,不僅充分發揮了加密控制點的控制作用,更重要的是使放樣點精度得到了保證。一般點的放樣,精度亦可適當放低;但涉及到
　　結構控制點施工放樣,應該適當控制放樣距離,精度亦需加以控制。如果放樣點作為重要結構部件尺寸的放樣點,則必須嚴格控制放樣距離,確保放樣精度。