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全站仪中间法测量误差分析及精度控制[摘要]全站仪中间法三角高程测量在我国许多工程中有所应用，但业界人士对其研究比较少。
为此，本文通过介绍全站仪中间法三间高程测量的原理，重点针对全站仪中间法测量误差分析及精度控制工作进行探讨，并阐述了各种因素对高程测量精度的影响，以供实践借鉴。
[关键词]全站仪中间法三角高程测量原理观测方法随着我国社会经济建设的快速发展，城市工程建设数量日益增加。
在工程项目勘测和施工过程中往往会涉及到高程测量，这对项目的测量精度也提出了更高的要求。
目前，传统的高程测量方法主要包括水平测量和三角高程测量，水平测量是一种直接测定高差的方法，但容易受到地质条件的影响，使得外业工作量大，测量速度慢。
而三角高程测量具有灵活性好、效率高和适应性强等特点，它不受地形起伏的限制，且施测速度较快，是丘陵和山地测定高程的一种有效方法。
同时，全站仪的推广也使得三角高程测量在大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量领域的应用愈加广泛。
但全站仪中间法三角高程测量容易受到一些因素的影响，导致测量精度出现误差。
因此，加强全站仪中间法测量误差的分析工作就十分重要了。
1全站仪中间法高程测量原理全站仪中间法高程测量原理如图1，A和B两点上安置反光棱镜，在A、B 的大致中间位置0点安置全站仪。
0、A两点的高差为：式中：S1、α1、f1分别为0至A点的斜距、竖直角、球气差改正数，为仪器高，为A点的目标高。
球气差改正数计算公式为：同理，0、B两点的高差为：A、B两点间的高差为：由公式（4）可知，全站仪中间法避免仪器高的量取，但高差测量精度还受到测距精度、测角精度和觇标高量取精度以及前后视球气差的影响。
2观测方法及分析2.1外业观测方法参照三等水准测量的外业观测要求，进行全站仪中间法三角高程测量，可消除或消弱误差的影响。
具体的观测方法有：（1）控制前、后视距差和视距累计差。
大气折光是三角高程测量的主要系统误差来源，其系数随时间、地点的不同而变化，难以精确测定。
全站仪三角高程测量与四等水准测量的精度比较分析作者：王继辉来源：《城市建设理论研究》2013年第16期摘要：根据全站仪三角高程测量的原理和方法，对一条附合水准路线分别进行全站仪三角高程测量和水准仪四等水准测量，应用误差传播定律对两者的测量精度进行了对比分析。
结果表明，全站仪的测量精度略高于水准仪的测量精度，且使用较方便，受地形限制小，作业效率高，全站仪三角高程测量可以代替四等水准测量。
关键词：全站仪三角高程测量；四等水准测量；误差分析中图分类号：P2 文献标识码：A 文章编号：引言随着测绘技术的发展，全站仪已广泛应用于控制测量、地形测量及工程测量中。
但是由于全站仪在测设竖直角时盘左和盘右的偏差较大且不稳定，全站仪三角高程测量能否代替水准测量，很多学者有不同的看法。
因此，本文根据全站仪三角高程测量的原理和方法，在平原微丘区的地形上，拟对一条附合水准路线分别进行全站仪三角高程测量和水准仪四等水准测量，应用误差传播定律对两者的测量精度进行比较分析，以确定两种测量方法的优劣。
1、工程概况本研究中主要对从大连市地铁D级GPS控制点DK027至控制点B2间的测点，分别进行全站仪三角高程测量与四等水准测量，并进行实测高程精度比较分析。
已知控制点DK027,B2的高程分别为66.788m和67.519m，测量长度约1.4km，附合水准路线走向图如图1所示。
全站仪采用PENTAXR-325N型，由江西南昌宾得全站仪生产供应商提供；水准仪采用科力达NL30A型，由南方测绘仪器有限公司生产。
在测量前均对仪器进行了校正，仪器精度均满足要求。
在天气晴好的情况下，先用全站仪进行测量，利用三角高程对向观测方法，仪器架设6站，完成了附合水准路线的测量；再用水准仪进行测量，按照四等水准双面尺法观测方法，仪器架设9站，完成测量。
图1附合水准路线走向图2、全站仪三角高程测量2.1三角高程测量原理如图2所示，设A,B为地面上高度不同的2点，已知A点的高程HA，只要知道A点对B 点的高差HAB，即可由HB=HA+HAB得到B点的高程HB。
随着我国高速公路等大批基础工程项目的开工建设，全站仪在工程的设计和施工中越来越得到更加广泛的应用。
众所周知，全站仪能快速测量角度和距离，因此全站仪普遍用来确定二维平面坐标。
而在高程确定方面，通常用全站仪进行三角高程测量，这样的测量成果精度一般都难以达到等级水准测量的规范要求，所以进行等级水准测量时依然普遍使用水准仪。
其实，在工程施工过程中，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。
1.全站仪进行水准测量的原理及操作过程中应注意的问题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-觇标高其中，高差部分由于球气差（通常把地球曲率和大气折光对高差影响，分别叫做“球差”和“气差”）的存在不能准确获得，所以直接采用三角高程测量是不能得到符合规范要求的高程结果。
在实际施工过程中，把全站仪当作用来“传递高差”的特殊“水准仪”，通过全站仪获得两观测点的准确高差来得到符合规范的成果。
把全站仪架设在两个观测点之间，仪器的位置大致处于中间，为了能够清晰地照准觇标，前后视距最好控制在500m 以内，如图1。
图1全站仪测量水准高程示意图操作过程中应注意的问题有以下几点：（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；（2）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H 测站，仪器高为i ，前后观测点的编号是1、2，对应点的高程值分别为H 1，H 2，相应的觇标高分别是v 1，v 2。
根据三角高程测量的原理，可知：H 1=H 测站+i+S 1sin α1-v 1+(1-k 1)D 12/(2R)H 2=H 测站+i+S 2sin α2-v 2+(1-k 2)D 22/(2R)式中：k 1，k 2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：b 12=S 2sin α2-v 2+(1-k 2)D 22/2R-[S 1sin α1-v 1+(1-k 1)D 12/(2R)]=(S 2sin α2-S 1sin α1)-(v 2-v 1)+[(1-k 2)D 22-(1-k 1)D 12]/2R 其中球气差对高差的影响部分，即[(1-k 2)D 22-(1-k 1)D 12]/(2R)=C ，虽然球气差中的大气垂直折光系数k 1、k 2难以确定，但是同一时间，相同地段的大气垂直折光系数k 1、k 2基本相同，即：k 1≈k 2=k ，而且在实际的操作过程中，当前后视测点确定以后，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 1、D 2相对比较接近，通常前后视距之和选择在500m 以内，球气差对高差的影响值C 大小见表1。
对全站仪用于高程测量的优点及精度分析摘要：社会在不断进步，国家对测量领域的标准有了不同程度的提升，对高程测量的精度要求越来越高，水准测量作为主要的高程测量方式之一，它具有简单、准确度高以及经济实用的特点，但使用时对地形有很高的要求，对于地形比较复杂的地区来说，水准测量实施难度大，更别提一些地形崎岖的地区。
但是，随着全站仪的出现使用，地形复杂的地区也可以进行高程测量。
全站仪应用范围较广，很多工程测量都会选择全站仪，目的是提升测量的精度和提升测量的效率。
本文主要依据全站仪的对边测量功能所具有的优点进行拓展，分析出现测量误差的原因及解决办法，并对高程测量的精度做出更好的要求。
关键词：全站仪高程测量优点精度分析高程就是根据已知的一点高程去测量未知点的高程，然后将两点的高度差测量出来，对地面两点之间进行高差测量时，在一般情况下选择三角高程测量法和水准测量法。
但水准测量仍然是现代社会用于高程测量的主要方法，当测距仪出现以后，面对复杂地形时多了一种高程测量方法，可以使用光电测距三角高程测量，在很大程度上解决了地形崎岖测量高程的难题，随着科学技术的不断向前发展，各个土木工程建设基本使用功能齐全的全站仪，它是一种高技术、多功能的测量仪器。
一、全站仪的对边测量应用于高程测量的优点分析1 在光电测距三角高程测量（简称旧方法）中，一定要将全站仪放在测端的端点上和严格的中和定平，在全站仪的对边测量（简称方法）中，仅仅需要定平不需要对中，在这种测量方法中还可以灵活的选择测站点的位置，新方法具有灵活和省时省力的特点，可以节省一些不必要的时间用来做其他工作。
2在旧方法中，出现高程测量误差的因素有边长误差、垂直角误差、大气垂直折光误差等，而最主要的是竖直角的误差，随测站与测点之间的距离越大，误差值越大。
在使用旧方法测量时，需要安置全站仪与棱镜在测端点的两端，因此全站仪距棱镜的距离较远，新方法和水准测量的方法基本相同，测站位于被测两点大约中间的位置，全站仪距棱镜的距离可以缩短至少原来的一半，这一半的距离就能大大减少竖直角对测量误差的影响，使高程测量更加准确，同时还可以减少地球曲率和大气遮光对测量结果的影响，让高程测量的精度更加符合建设要求。
全站仪中间法三角高程测量代替四等水准的可行性研究水准测量是目前测量精度最高的一种高程测量方法，但测量效率较低，一般适用于平坦地区，在山区及高差陡变的情况下施测则较为困难。
三角高程测量通常是用全站仪施测，其高差测量精度可达三、四等水准测量的要求，其测量精度约低于几何水准方法，但测量效率较高，适于山区等各种大高差场合的高程测量。
本文通过分析全站仪中间法三角高程测量的施测方案，采用合理的观测方法使大部分系统误差在观测和计算中相互抵消，对剩余的残余误差进行理论分析，对基于该方案的全站仪高程测量的精度作出理论评定，证明了该测量方法的可行性。
现在大多数测绘工作中的控制测量数据采集过程中仍采用传统的测量方法，即平面控制测量使用GPS采集数据，高程控制测量采用水准仪采集数据。
全站仪三角高程测量使用较少。
这种局面产生的原因是：人们普遍认为用全站仪测高程的精度较低，达不到高程控制测量。
在高程控制测量中，传统的水准测量在山区或高差较大的地区受地形起伏的限制，工作效率低。
采用全站仪三角高程测量方法，既能提高效率，又能保证质量，它是一种在地形起伏较大的山区非常实用的方法。
只要采取适当的作业措施，在特定的地形和施测条件下，其测量数据是正确可靠的。
用全站仪三角高程测量代替三等及以下的水准测量有其可行性，特别是地形起伏较大的山区是一种非常实用的方法，可大大降低工作量。
1三角高程测量的基本原理进行三角高程测量所使用的仪器为全站仪。
如图1.1，已知A点的高程为，欲测定B点的高程。
在地面上A、B两点之间测定高差，在A点设置仪器，在B点竖立反射梭镜。
量取望远镜旋转轴中心L至地面上A点的高度称为仪器高i，棱镜的反射中心至地面点B的高度成为目标高v，测出A、B两点的距离及倾斜视线与水平视线所夹的竖角，其原理如图1.1所示：图 1.1 三角高程测量基本原理如果已经测定A、B两点间的水平距离，则A、B两点间的高差计算公式为：（1.1）如果已经测定A、B两点间的斜距离S，则A、B两点间的高差计算公式为：（1.2）若A点的高程已知为，则B点的高程为：（1.3）由此可见，高差的误差主要受测量斜距S的误差、测量竖角的误差影响以及棱镜高和目标高的影响。
全站仪中间法和全站仪对向观测法的比较[摘要]高程控制测方法中，水准测量是最常用的作业方法，精度较高但工作量大。
三角高程测量是替代水准测量的主要作业方法，在实际作业中三角高程对向观测法应用的较为普遍，随着全站仪的普遍使用，采用全站仪中间法更能提高效率。
本文就三角高程对向观测和全站仪中间在作业方法、工作效率和测量精度等方面做了对比。
【关键词】三角高程；全站仪；中间法；对向观测法几何水准测量作为高程控制测量的传统方法，普遍应用已有相当长的历史，但精度较高，但效率低下、劳动强度很大。
用经纬仪进行三角高程测量可以在很大程度上提高工作效率，但精度较差。
随着科技的进步，到目前全站仪已广泛使用于各种测量作业，全站仪的测距和测角精度都有了很大提高，使的三角高程测量的精度有了较大提高。
下面就全站仪中间法和对向观测法从原理、效率、精度方面作一比较。
在本文以下的讨论中，假设在测距时全站仪正确设定了温度和气压参数，所有的推导过程不再考虑由温度和气压带来的误差。
1、全站仪三角高程对向观测法原理如图1所示：首先将全站仪安置于A点，量得仪器高为i1，B点安置反射棱镜，棱镜高为v1。
测得斜距为S1，垂直角为α1由图1考虑到地球曲率和大气折光的影响，可得出A、B两点的高差hAB 的计算公式：1.1然后将全站仪安置于B点，量得仪器高为i2，A点安置反射棱镜，棱镜高为v2。
测得斜距为S2，垂直角为α2同理可得出B、A两点间的高差计算公式：1.2采用对向观测法时，应取往测和返测高差的平均数作为最终的高差结果：1.3可以看出：在上式中S1cosα1和S2cosα2为A、B两点间的水平距离，所以有：由上式有：1.4综合1.3式和1.4式，可得出：1.5对上式进行整理：1.6由1.6式可知，通过对向观测可以抵消地球曲率和大气折光的影响。
2、全站仪三角高程中间法原理如图2所示：将全站仪安置于A、B两点之间的中点O点，量得仪器高为i；分别在A、B两点安置反射棱镜，设置两个棱镜等高为v。
中间法测距三角高程测量精度分析研究摘要：在工程的施工过程中，常常涉及到高程测量。
传统的测量方法是水准测量、三角高程测量。
水准测量是一种直接测高法，测定高差的精度是较高的，但水准测量受到地形起伏的限制，外业工作量大，施测速度较慢。
因此，研究了全站仪中间法三角高程测量，推导了全站仪中间法高程测量的计算公式，并运用误差传播定律导出了高程测量精度的计算公式，分析了有关误差来源对高程测量精度的影响，从而达到提高高程测量效率的目的。
关键词：三角高程测量全站仪中间法精度分析实验研究中图分类号：P221.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）01（c）-0146-02在高精度的高程测量中，主要用水准仪采用传统的测量方法进行。
水准测量具有较高的测量精度，但会受到地形起伏的限制，在坡度较大和地形比较复杂的地区，因测站增多，精度降低，外业工作量和测量成本增大，施测速度较慢。
随着测量技术的发展与测量仪器的更新进步，三角高程测量的应用变得越来越广泛，三角高程测量以其简便灵活、受地形条件限制较少的优势，正在逐步代替一定范围内的水准测量工作。
但是三角高程的精度与多种因素有关，要想让三角高程测量在一定程度上代替水准测量，如何提高其测量精度成为当前研究的主要任务。
1 全站仪中间法三角高程测量的原理可见：采用中间法三角高程测定高差可以消除量取棱镜高、仪器高的影响，其精度只与测定距离、垂直角的误差以及球气差有关。
但对现在的大多数全站仪而言，仪器已经对距离自动进行了气象、基准面以及加常数的改正，且仪器性能可靠，精度稳定。
所以，测距误差对高差的影响已经降到次要地位。
其中影响最大的还是垂直角的测定误差，主要包括照准误差、读数误差和全站仪本身的误差，而照准误差的影响最大，全站仪读数均为电子自动显示，读数误差则没有人为影响，全站仪本身的误差为全站仪竖盘指标差，竖盘指标差在仪器使用说明书中已经给定。
球气差对高差观测结果也有一定的影响，k值的确定是否准确是影响球气差计算的关键，而k值受地区、季节、气候、地面覆盖物和实物超出地面高度等因素的影响，但其在一天内的变化是有规律的，中午前后稳定，日出日落变化较大，因此应该选择在合适的时间进行观测。
