论文部分内容阅读
摘要：本文对高程测量中的三角高程测量和水准高程测量的方法进行了详细的对比，首先介绍了三角高程测量的常规方法、其它常用的方法和注意事项，其次介绍了水准高程测量的方法和注意事项，为工程测量提供了一定的理论指导。
关键词：工程；三角；水准；高程；对比
Abstract: in this paper the measurement of the elevation triangulated height surveying and level elevation measurement methods of detailed contrast, first introduced the conventional method of triangulated height surveying, other commonly used method and attention, then introduces the level of elevation measurement method and matters of attention for the engineering measure to provide some theoretical guidance.
Keywords: engineering; The triangle; Standards; Elevation; contrast
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1前言
高程测量往往会在项目的施工过程中被使用到。二十世纪，由于全站仪测量技术的日益进步，测量的精度有了飞速的提高，全站仪三角高程的精度也很大程度的得到改善。不过，类似贯通工程尤其是大型贯通工程等对精度要求很高的工程的应该达到怎样的精度要求，现在还没有一个准确的规程以及标准。传统的测量方法主要是水准测量和三角高程测量这两种。这两种方法各有优缺点。水准测量属于直接测高，精度高，但是工作量大，测量速度慢同时受地形影响较大；三角高程测量属于间接测高，测量速度快，受地形影响少。通常用在大比例地形图中。但是三角高程测量精度较低，测试过程复杂。
2三角高程测量的方法
2.1三角高程测量的常规方法
如图1所示，设地面有高度不同的两个点A和B。假设A点高程为HA，那么如果已知A点对B点的高差HAB就能够通过HB=HAB+HA求出B点的高程HB。在图1中，点D是点A与点B之间的水平距离， 是从点A观测点B的时候的垂直角，i是仪器的高度，t是棱镜的高度。HA是A点的高程，HB是B点的高程，V是全站仪望远镜与棱镜之间的高差。
图1
我们先假设点A和点B之间的距离不是很远，能够把水准面看作是水准面，并且不考虑大气对光的折射。为了测定高差hAB，那么放置全站仪在点A，设立跟踪杆在点B， 为观测垂直角，i是仪器的高度，t是棱镜的高度，均可以直接测量，如果A，B两点之间的水平距离是D，那么 ，所以可得三角高程测量的一般公式为：
（1）
不过，（1）式是在水平面作为基准面以及视线是直线的基础上得出的。所以，仅在A和B两点之间的距离不是很远的时候，精度才比较高。如果A和B两点之间的距离很远的时候，就得把地球弯曲以及大气折光等因素考虑进去。本文不阐述对球差以及气差的修正方法，只研究三角高程测量的常规测量原理。三角高程测量方法具备两个特点，即：第一，全站仪要求架设到已知的高程点；第二，仪器高度和棱镜高度必须测量出来[1]。
2.2三角高程测量的其它方法
假如可以把全站仪像水准仪那样放置在任意一点上，而非架设到已知的高程点上，而且，仪器高度和棱镜高度没有测量出来，这时采取三角高程测量的方法来确定高程，速度会更快。如图1所示，如果B点的高程是已知的，而A点的高程是未知的，我们利用全站仪测量别的待测点的高程。由（1）式可以得出:
（2）
(2)式中 的值，也就是V的大小能够用仪器直接测量，而i以及t均为未知数。不过，我们可以知道，当仪器位置设置好后i以及t均为常数了。根据（2）式可以得出：
（3）
由(3)式可以看出，基于上面的假设， 也是固定值，同时可以计算 的值。
该方法的一般操作过程总结为下面几点:
第一，将仪器放置在任意位置，但是这一位置必须能够与已知的高程点通视。
第二，利用仪器找准已知的高程点，将V值测量出来，并利用（3）式计算 的值。这个时候的仪器高度和棱镜高度为任意数值。
第三，把仪器测站点的高程重新设置为 ，仪器高度和棱镜高度是零。
第四，测出所求点的高程。
接下里，我们理论分析该方法的正确与否。
根據（1）式和（3）式可以得到：
(4)
式中： 是待测点的高程， 是测站点的高程， 是测站点与待测点之间的水平距离， 是测站点与待测点之间的观测垂直角。
由(4)可以看出,不一样的待测点，其高程是随着测站点与待测点之间的水平距离以及观测垂直角的改变而变化的。
把（3）式代入（4）式中可以得到：
（5）
按三角高程测量原理可以得到：
（6）
把（3）式代入（6）式可以得到：
(7)
由于 ，所以可得：
(8)
根据(5)式和(8)式可以得出，这两种测量方法的理论原理是一样的。因此该方法是对的。
根据上面的分析可以得出：把全站仪放置在任意位置，而且不测量仪器的高度和棱镜的高度，这样依然能够测量待测点的高度。而且由于减少了误差来源，如仪器高度、棱镜高度的读数等，结果会更为精确。另外，当进行实际测量的时候，还可以根据实际情况调整棱镜的高度，只需要记下棱镜的变化值就可以准确计算待测点的高程[2]。
2.3三角高程测量注意事项
第一，仪器的高度以及棱镜的高度要尽可能准确。
第二，观测的过程中，要注意指标差、测回差以及对向观测的高差。
第三，精密观测的时候还应该考虑加长数、乘长数、气温、海拔高度以及折光系数。
3水准高程测量方法
3.1水准高程测量原理
水准高程测量的方法是通过水平视线，然后在并水准尺的帮助下测定地面上两点之间的高差，这样就可由已知点的高程推算出未知点的高程[3]。
3.2水准高程测量方法
1、水准测量仪器
水准测量方法用到的仪器是水准仪，用到的工具是水准尺以及尺垫。
水准仪根据精度分类，主要有四个等级：DS05、DSl、DS3以及DSl0。
2、水准仪的测量方法
如何使用水准仪，主要是是水准仪的安置、水准仪的粗略整平、对水准尺进行瞄准、精平以及读数等步骤[4]。
（1）水准仪的安置
把三脚架打开，调节高度，使架头基本保持水平，观察脚架有没有稳固，伸缩螺栓有没有拧紧，之后从仪器箱中取出仪器，用连接螺旋把水准仪固定在三角架头上。
（2）水准仪的粗略整平
粗略整平是通过让圆水准器中的气泡位于中间，让仪器的竖轴基本铅垂，这样可以使得视准轴基本水平。在整平的时候，气泡的移动方向是与左手大拇指的运动方向保持一致的。
（3）对水准尺进行瞄准
第一，把望远镜对着明亮的地方，进行目镜对光，通过旋转对光螺旋，让十字丝变到最清晰。第二，把制动螺旋松开，旋转望远镜，利用照门以及准星对水准尺进行瞄准，然后把制动螺旋拧紧。第三，通过望远镜进行观察，旋转物镜进行对光，让目标清晰明亮，然后旋转微动螺旋，让竖丝与准水准尺对齐。
如果眼睛在目镜端轻微移动的时候，观察到十字丝和目标影像产生了相对运动，那么这种现象就是视差。视差产生的原因是：十字丝平面没有与目标成像的平面相互重合。因为视差会造成读数的误差，因此要想办法消除。消除视差的办法是：再次认真的进行物镜对光，当眼睛上下移动而读数不变为止。这个时候，十字丝和目标的像均很清晰。
（4）精平与读数
利用目镜左侧的气泡检测窗观察水准管气泡，旋转微倾螺旋，让气泡两端的像能够吻合，这时就说明水准仪的视准轴已经到达精确水平。然后，就可以用十字丝的中丝在尺上读数。目前，水准仪一般都是使用倒像望远镜，所以读数的时候应该由小到大，也就是从上往下的读数。最后记录所有读数。
虽然精平和读数是两个不一样的步骤，但是一般将这两步看作一个过程。也就是精确水平之后再读数。然后还得观察水准气泡有没有完全符合。做到这样时，读数就是准确的。
3.3水准测量时的注意事项
（1）进行水准测量的时候，需要把仪器放在距前、后視距离一样的位置的目的是消除地球曲率、大气折光以及视准轴与水准管轴不平行等因素而造成的误差。
（2）当进行正式作业之前，首先要全面的检查和校正仪器。尤其是视准轴与水准管轴是否平行。因为只有平行的时候才可以确保提供的视线是水平的。测量的时候，应该分析产生各种误差的原因，并想办法消除或者削减这种误差，确保测量的精度。
4结论
通过对工程测量中三角高程测量和水准高程测量的对比，指出两者使用的区别，为实际工程测量提供一定的理论依据。
参考文献：
[1]於宗俦,于正林.测量平差原理[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社,1989.
[2]王文锐,秦建平.公路工程实用测设技术[M].人民交通出版社.,2000.
[3]孔祥元,等.控制测量学[M].武汉测绘科技大学出版社,1996.
[4]孔祥元,郭际明,刘宗泉.大地测量学基础[M].武汉大学出版社,2006.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：工程；三角；水准；高程；对比
Abstract: in this paper the measurement of the elevation triangulated height surveying and level elevation measurement methods of detailed contrast, first introduced the conventional method of triangulated height surveying, other commonly used method and attention, then introduces the level of elevation measurement method and matters of attention for the engineering measure to provide some theoretical guidance.
Keywords: engineering; The triangle; Standards; Elevation; contrast
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1前言
高程测量往往会在项目的施工过程中被使用到。二十世纪，由于全站仪测量技术的日益进步，测量的精度有了飞速的提高，全站仪三角高程的精度也很大程度的得到改善。不过，类似贯通工程尤其是大型贯通工程等对精度要求很高的工程的应该达到怎样的精度要求，现在还没有一个准确的规程以及标准。传统的测量方法主要是水准测量和三角高程测量这两种。这两种方法各有优缺点。水准测量属于直接测高，精度高，但是工作量大，测量速度慢同时受地形影响较大；三角高程测量属于间接测高，测量速度快，受地形影响少。通常用在大比例地形图中。但是三角高程测量精度较低，测试过程复杂。
2三角高程测量的方法
2.1三角高程测量的常规方法
如图1所示，设地面有高度不同的两个点A和B。假设A点高程为HA，那么如果已知A点对B点的高差HAB就能够通过HB=HAB+HA求出B点的高程HB。在图1中，点D是点A与点B之间的水平距离， 是从点A观测点B的时候的垂直角，i是仪器的高度，t是棱镜的高度。HA是A点的高程，HB是B点的高程，V是全站仪望远镜与棱镜之间的高差。
图1
我们先假设点A和点B之间的距离不是很远，能够把水准面看作是水准面，并且不考虑大气对光的折射。为了测定高差hAB，那么放置全站仪在点A，设立跟踪杆在点B， 为观测垂直角，i是仪器的高度，t是棱镜的高度，均可以直接测量，如果A，B两点之间的水平距离是D，那么 ，所以可得三角高程测量的一般公式为：
（1）
不过，（1）式是在水平面作为基准面以及视线是直线的基础上得出的。所以，仅在A和B两点之间的距离不是很远的时候，精度才比较高。如果A和B两点之间的距离很远的时候，就得把地球弯曲以及大气折光等因素考虑进去。本文不阐述对球差以及气差的修正方法，只研究三角高程测量的常规测量原理。三角高程测量方法具备两个特点，即：第一，全站仪要求架设到已知的高程点；第二，仪器高度和棱镜高度必须测量出来[1]。
2.2三角高程测量的其它方法
假如可以把全站仪像水准仪那样放置在任意一点上，而非架设到已知的高程点上，而且，仪器高度和棱镜高度没有测量出来，这时采取三角高程测量的方法来确定高程，速度会更快。如图1所示，如果B点的高程是已知的，而A点的高程是未知的，我们利用全站仪测量别的待测点的高程。由（1）式可以得出:
（2）
(2)式中 的值，也就是V的大小能够用仪器直接测量，而i以及t均为未知数。不过，我们可以知道，当仪器位置设置好后i以及t均为常数了。根据（2）式可以得出：
（3）
由(3)式可以看出，基于上面的假设， 也是固定值，同时可以计算 的值。
该方法的一般操作过程总结为下面几点:
第一，将仪器放置在任意位置，但是这一位置必须能够与已知的高程点通视。
第二，利用仪器找准已知的高程点，将V值测量出来，并利用（3）式计算 的值。这个时候的仪器高度和棱镜高度为任意数值。
第三，把仪器测站点的高程重新设置为 ，仪器高度和棱镜高度是零。
第四，测出所求点的高程。
接下里，我们理论分析该方法的正确与否。
根據（1）式和（3）式可以得到：
(4)
式中： 是待测点的高程， 是测站点的高程， 是测站点与待测点之间的水平距离， 是测站点与待测点之间的观测垂直角。
由(4)可以看出,不一样的待测点，其高程是随着测站点与待测点之间的水平距离以及观测垂直角的改变而变化的。
把（3）式代入（4）式中可以得到：
（5）
按三角高程测量原理可以得到：
（6）
把（3）式代入（6）式可以得到：
(7)
由于 ，所以可得：
(8)
根据(5)式和(8)式可以得出，这两种测量方法的理论原理是一样的。因此该方法是对的。
根据上面的分析可以得出：把全站仪放置在任意位置，而且不测量仪器的高度和棱镜的高度，这样依然能够测量待测点的高度。而且由于减少了误差来源，如仪器高度、棱镜高度的读数等，结果会更为精确。另外，当进行实际测量的时候，还可以根据实际情况调整棱镜的高度，只需要记下棱镜的变化值就可以准确计算待测点的高程[2]。
2.3三角高程测量注意事项
第一，仪器的高度以及棱镜的高度要尽可能准确。
第二，观测的过程中，要注意指标差、测回差以及对向观测的高差。
第三，精密观测的时候还应该考虑加长数、乘长数、气温、海拔高度以及折光系数。
3水准高程测量方法
3.1水准高程测量原理
水准高程测量的方法是通过水平视线，然后在并水准尺的帮助下测定地面上两点之间的高差，这样就可由已知点的高程推算出未知点的高程[3]。
3.2水准高程测量方法
1、水准测量仪器
水准测量方法用到的仪器是水准仪，用到的工具是水准尺以及尺垫。
水准仪根据精度分类，主要有四个等级：DS05、DSl、DS3以及DSl0。
2、水准仪的测量方法
如何使用水准仪，主要是是水准仪的安置、水准仪的粗略整平、对水准尺进行瞄准、精平以及读数等步骤[4]。
（1）水准仪的安置
把三脚架打开，调节高度，使架头基本保持水平，观察脚架有没有稳固，伸缩螺栓有没有拧紧，之后从仪器箱中取出仪器，用连接螺旋把水准仪固定在三角架头上。
（2）水准仪的粗略整平
粗略整平是通过让圆水准器中的气泡位于中间，让仪器的竖轴基本铅垂，这样可以使得视准轴基本水平。在整平的时候，气泡的移动方向是与左手大拇指的运动方向保持一致的。
（3）对水准尺进行瞄准
第一，把望远镜对着明亮的地方，进行目镜对光，通过旋转对光螺旋，让十字丝变到最清晰。第二，把制动螺旋松开，旋转望远镜，利用照门以及准星对水准尺进行瞄准，然后把制动螺旋拧紧。第三，通过望远镜进行观察，旋转物镜进行对光，让目标清晰明亮，然后旋转微动螺旋，让竖丝与准水准尺对齐。
如果眼睛在目镜端轻微移动的时候，观察到十字丝和目标影像产生了相对运动，那么这种现象就是视差。视差产生的原因是：十字丝平面没有与目标成像的平面相互重合。因为视差会造成读数的误差，因此要想办法消除。消除视差的办法是：再次认真的进行物镜对光，当眼睛上下移动而读数不变为止。这个时候，十字丝和目标的像均很清晰。
（4）精平与读数
利用目镜左侧的气泡检测窗观察水准管气泡，旋转微倾螺旋，让气泡两端的像能够吻合，这时就说明水准仪的视准轴已经到达精确水平。然后，就可以用十字丝的中丝在尺上读数。目前，水准仪一般都是使用倒像望远镜，所以读数的时候应该由小到大，也就是从上往下的读数。最后记录所有读数。
虽然精平和读数是两个不一样的步骤，但是一般将这两步看作一个过程。也就是精确水平之后再读数。然后还得观察水准气泡有没有完全符合。做到这样时，读数就是准确的。
3.3水准测量时的注意事项
（1）进行水准测量的时候，需要把仪器放在距前、后視距离一样的位置的目的是消除地球曲率、大气折光以及视准轴与水准管轴不平行等因素而造成的误差。
（2）当进行正式作业之前，首先要全面的检查和校正仪器。尤其是视准轴与水准管轴是否平行。因为只有平行的时候才可以确保提供的视线是水平的。测量的时候，应该分析产生各种误差的原因，并想办法消除或者削减这种误差，确保测量的精度。
4结论
通过对工程测量中三角高程测量和水准高程测量的对比，指出两者使用的区别，为实际工程测量提供一定的理论依据。
参考文献：
[1]於宗俦,于正林.测量平差原理[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社,1989.
[2]王文锐,秦建平.公路工程实用测设技术[M].人民交通出版社.,2000.
[3]孔祥元,等.控制测量学[M].武汉测绘科技大学出版社,1996.
[4]孔祥元,郭际明,刘宗泉.大地测量学基础[M].武汉大学出版社,2006.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。