全站仪对边测量原理及应用

1前言

随着现代测绘新技术发展，全站仪在工程建设中已广泛使用。尤其是配备有测绘软件的电脑型全站仪，具有能同时解决工程外业测量数据的采集与内业数据处理及计算的功能，使现代工程测量从从前繁重的内外业工作中解放出来，大大地提高测绘工作的质量与效率。下面就一般全站仪通用的对边测量功能，阐述其在道路测量中的具体运用方法其注意事项，以供工程测量人员参考。

2对边测量原理

对边测量功能指：全站仪利用其三维坐标测量原理实时计算两点间的平距、垂距与斜距以及两点间的相关几何参数。有射线对边（A-B，A-C）和折线对边（A-B，B-C）两种对边测量方式可供用户选择。其原理图1所示。

根据实时测得相互两点间的坐标经反算和高差计算结果，一般比较好的全站仪屏幕可显示以下相关两点间的几何参数：

rSD：两点间的斜距；rHD：两点间的平距；rVD：两点间的高差；rV%：两点间坡度百分比；

rGD：垂直坡度；rAZ：从第1点到第2点的方位角。

特别应注意的是架仪点位置的区分，一般情况下采用任意点设站测量，那么仪器中心坐标为仪器上次建站保存的坐标数据，方向为任意方位，因为仪器只显示计算结果，坐标只是其测量过程对结果没影响。若采用已知点建站测量那么方位角为真实的方位角值，其它显示数值没影响。

下图2示：可见若B、C镜标高度相等，那么屏幕显示即是地面点的实际数据，若采用免棱镜功能则同上或应直接观测地面点。

3 对边测量高差的精度分析

全站仪对边测量如图3所示。测量时一般使镜站镜高相等。即其高差观测精度由下列计算：

式中，——测点A的单向高差误差；

——测点B的单向高差误差；

若站镜视距、且镜站外界条件相同时，则有≈，则对边高差测量误差→0。

由此可见，利用全站仪对边高程测量功能在镜站视距相等和外界条件相同的条件下可获得较高的精度。一般情况下各相邻测点的视距差不应相差较大，以不大于150m，视距不大于1000m为宜。

4对边测量平距的精度分析

全站仪对距离测量的标称精度一般为，在道路导线测量中

测点至架仪点的距离一般不会太远，大于2km的范围是很少见的，全站仪距离测量的观测误差完全满足道路各级测量的精度要求。根据图4所示：

对边测量平距的误差三角形ABC，A为架仪点，B、C为测点，d ab、d ac为测距误差，d bc为对边测量误差，可见：

（1）当不变时，同一测站上d ab d ac时误差最少。

（2）当=0时，d bc=0。

（3）当=180时，d bc=。

测距越近那么测距误差d ab、d ac越小，则d bc越小。

从以上分析可见采用对边测量时应采用近离小夹角进行观测，以提高对边测量距离测量精度。

5 在道路测量中的应用方法

下面阐述全站仪在路线测量中利用对边测量功能的使用方法。

（1）选线定点：路线选线与定线按传统的方法确定路线各导线边的控制点（交点，虚交点，转点等）并设桩志，于此不再骜述。

（2）基平、导线、角度测量：根据全站仪对边测量折线对边（A-B，B-C）功能可以把路线的基平测量、导线测量、角度测量合一进行。架仪于任一通视良好的高点，观测相互连续的导线控制点（每边至少2点），要求至少是相邻导线边二条边以上，越多则进度越快效果越好，相邻两虚交点可视为一边。在不搬站的情况下进行往测和返测，对观测量数据进行立时检校，取其平均值为观测量结果，注意应以路线前进方向为观测数值的符号为准。显然，其一：以导线点为基平测量的转点，根据实际需要设定水准点的位置标志，通过导线点之间的高差测量，进行路线基平测量。其二：导线点之间平距直接测得。其三：通过相邻边的前视边方位角与后视边方位角之差，计算得交点转角值。这种方法应在现场进行实时机外记录。另一方面，若要采用全站仪记录，则可通过坐标测量方法自动记录，测量时可以建立统一坐标系，进行坐标传递测量，注意同时把路线相关控制点一并测量，以便通过数据传输在CAD或专业软件后，便于进行平、纵、横设计时参数的合理确定，这种方法劳动强度相对低点。

（3）中桩与横断面方向测量：根据测得导线和转角数据，按相应路线的等级配置平曲线参数，计算道路里程桩，按线元分析（直线段、圆曲线段、缓和曲线段）输入全站仪路线平曲线放样程序，在现场进行中桩及横断面方向桩的放样测量，特别应注意的是，由于全站仪放样误差，放样后的中桩位置还应进行穿线处理，此不详述。

（4）中平测量：中平测量是利用全站仪射线对边（A-B，A-C）测量功能，架仪于通视良好的任意点，后视A点（为已知的水准点或高程点），测量B、C、D……为中桩点，测得高差求得中桩高程。中平测量的另一种简便的方法是；在中桩测量同时，在路线导线竖曲线参数设置中，把路线中桩测量高程通过假设路线竖曲线全线（桩号应覆盖平曲线）标高均为零，可设置多个变坡点标高均为零，在中桩放样时可假设架仪点的标高为零，那么在中桩放样时放样点显示的标高为放样中桩或边桩点与架仪点之高差，再通过架仪点高程求得各中桩地面高。若是施工放样可同时建立路线竖曲线数据，同时进行高程放样测量。

（5）横断面测量：均可利用全站仪射线对边（A-B，A-C）或折线对边（A-B，B-C）两种对边测量方式均可，架仪于通视良好的任意点，后视A点（为中桩点），测量B、C、D……为横断面左或右各连续的变坡点，测得各变坡点平距与高差。另一方面，在路线放样测量程序中有横断面测量功能可以同时进行测量与记录，此不详述。

6）道路线型检测测量：与道路外业勘测测量相同，对于道路验收的检测测量，检测线型平面参数、路面施工宽度、路拱横坡度、路线纵坡度、构造物的几何尺寸、设计标高等利用全站仪任意点设站的对边测量，只要通视即可完成全部的检测工作。

7）建筑物变形监测：利用全站仪对边测量高差显示，采用精测功能，设站于牢固、安静、合理位置（参照高差测量精度分析）可对建筑物进行沉降监测测量。

6 小结

以上仅对全站仪对边测量功能在道路测量中的应用进行叙述，并阐述了正确利用对边测量提高观测精度的观测方法。不同级别的全站仪，其功能有较大的差别，要使一台全站仪的功能获得充分的利用，更好地为工程测量工作服务，就必须对该项功能作充分的了解，必须与工程实际测量工作相结合，充分利用全站仪的功能，以达到事半功倍的效果。