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[摘要] 文章从应用角度、技术角度总结TC1800全站仪在高层或超高层建筑施工过程中竖向高程传递的应用，并着重分析了精度要求和应用过程中的存在的问题和解决方法。
[关键词] 全站仪 水准仪 高程传递 精度
1.引言
向高程传递传统的方法是：用钢卷尺多次重复丈量进行标高引测；但对于施工测量定位不便使用钢卷尺丈量时，竖向高程的传递就很困难。而全站仪是测角、测距的仪器，传统的测距方法是测斜距或平距。然而在三门核电站常规岛的竖向高程传递过程中开发了TC1800仪器本身的性能，用于测定垂直距离进行高程传递，并通过三等水准测量的方法进行验证，这一做法的可行性获得了验证。该特殊方法还可以应用到火电机组及高层或超高层建筑施工过程中竖向高程的传递。
如图1所示：A点的已知高程为HA，B点的未知高程为HB，则B点的高程按（1）式进行计算[1]：
HB=HA+a+h±△L-b………（1）式中：
a---A点水准尺读数，b---B点水准尺读数，h---全站仪测量的竖向高。
△L---高差修正值，当D处的水准仪视线低于E点处的棱镜时，取“-”号，反之取“+”号。
2.施测方法
（1）观测前，调试好仪器的“三轴”误差，观测时启动自动改正功能减少测量误差。
（2）O点安置仪器，严格对中整平。
（3）设置天顶距为90°00′00″±1.0″，后视A点水准尺，读取读数a。
（4）设置天顶距为0°00′00″±2.0″左右，用弯管目镜配合并测距h，二次读数。
（5）将仪器旋转180°，重复“4”点的操作。
（6）测距时，量取上、下平台的气象参数。温度读数精度为±1℃，气压量测精度为±1mbar。
（7）在上平台随意安置水准仪，后视E点棱镜中心的铅垂线，用钢直尺从棱镜中心下（或上）丈量至水准仪视线的读数△L，读数精确±0.5mm。
（8）水准仪前视B点处的水准尺，读取读数b，按（1）式计算B点的高程。
图1
3.精度分析
由（1）式可知，全站儀传递高程的精度，主要受高差测定精度的影响及读取标尺精度的影响。对（1）式微分后可得：
MB=√ma2+mb2+mL2+mh2 （2）
式中：MB——B点高程的中误差。ma、mb——读取水准尺的读数中误差。mL——读取钢直尺的读数中误差。mh——全站仪测距中误差。
其中高差h测定精度主要受仪器标称精度的影响，即测距固定误差和比例误差的影响。下面分别讨论这几种误差的精度：
（1）固定误差对高程影响的中误差m1。
全站仪竖向传递高程的主要误差来源，是测距仪的固定误差，而TC1800全站仪的标称精度为±(2mm+2PPm.D)，即固定误差为±2mm，而实际检测的外部符合精度为1.55mm。
（2）全站仪传递高程比例误差对高程影响的中误差m2。
在标准状态下的大气条件改正数（即比例误差改正数△D2）。
△D2=279-［0.290P/(1+at)］-［5.5×10-8/(1+at)］e …………(3)
△D2——大气改正数（PPm）；P——大气压（mbar）；t——大气温度（℃）；а——空气膨胀系数即1/273.16； e ——湿度（%）。
相对湿度只有在高温高湿度的条件下；对测距才有重要意义，在一般的条件下影响很小，故对此的影响，可以忽略不计，在此也就不作讨论了。则(3)式变为 :
△D2=279-［0.290P/(1+at)］…………………(4)
对(4)式微分： d△D2=［-0.290/(1+at)］dp+［0.290a/(1+at)2］；
则m22=m2△D=［-0.290/(1+at)］2.m2p+［0.290α/(1+αt)2］2.mt2
当取气压误差mp=±1mbar，温度误差mt=±0.5℃时，比例误差对高程影响的中误差m2见表1。
取m2max=±0.30mm，则高差为120m时，高程最大中误差 。
mh=±√m12+m22 =±√22+(120×0.3/100)2=2.03mm
（3）上、下平台水准仪、全站仪测定前，后视水准尺读数中误差mb、ma，而施工测量全站仪竖向传递高程，上下平台前、后视测定水准尺读数的距离不会太长，望远镜的放大V=30x，可以清晰的读出水准尺±1mm精度的水准尺上的读数,故上、下平台前后视读定水准尺的中误差ma=mb=±1/2×1=±0.5mm。
（4）读取钢直尺的读数中误差：
因仪器距离钢直尺的距离很近，能很清楚地看到钢直尺的毫米刻划，读数误差为±0.5mm，则中误差ml=±1/2×0.5=±0.25mm
（5）全站仪竖向传递高程总误差M：
M=√ma2+mb2+mL2+mh2 =√0.52+0.52+0.252+1.592=1.76mm
全部高程传递工作独立进行二次，取其平均值，做为最后的结果，则最后成果的中误差MB=1/√2M=1.24mm，则该高程传递的方法，满足了《工程测量规范》中的8.3.11中的最高要求[2]，即使用TC1800全站仪竖向传递高程，完全可满足高度150m以下的金属结构、装配式钢筋混凝土结构的建筑物，对高程竖向传递的精度要求。
4.全站仪代替水准仪在施工测量中的应用
（1）问题的提出
在核电站施工测量中，很多定位、放样点的精度要求都很高，由于施工条件的限制，钢筋纵横，密度太大，层层叠加，施工测量定位放线工作往往不便使用钢尺丈量距离，而使用全站仪测距。则施工测量中的高程测设和测定，能否使用全站仪代替水准仪进行，从而少带一套水准仪进入现场，这是本节要探讨的问题。
（2） 全站仪望远镜置水平性能的检测
众所周知，电磁波三角高程可以替代三、四等水准测量，但在实际施工测量中，放样高程点或检测安装构件的高程点，由于受施工条件的限制，采用电磁波三角高程测设，有时不方便。而电磁波三角高程精度受测距误差、竖直角观测误差、丈量仪器高误差、丈量棱镜高误差、大气折光误差和垂线偏差变化等许多因素的影响，精度不可能很高，如果全站仪望远镜置水平性能，满足水准仪的视线水平要求，问题就迎刃而解。
水准仪测高程的原理，是通过水准仪望远镜的水准管轴与视准轴平行的原理，给出水平视线测量高差，计算高程。《工程测量规范》中规定,当水准管轴与视准轴不平行时产生的夹角i，i≤±15″时,可满足二等以上的水准测量精度的要求，当i≤±20″时，可保证三、四等水准测量精度要求[2]。
如果全站仪望远镜置水平，能满足上述要求，即可代替水准仪进行高程测量放样工作。
5.结束语
按照《国家水准测量规范》中的《视准轴与水准管轴相互关系的检验校正》的方法进行检测,其结果半测回垂直角的置平精度 mL≈i≤±2″[3]，这样看来，望远镜的置平精度，可以满足三、四等水准测量的精度要求，且远远高于普通水准仪望远镜置平精度的要求，从而可放心地使用全站仪替代水准仪，在施工测量中进行高程检测或是放样高程点，即使前、后视距差较大，这种特殊测量的方法也能满足三、四等水准测量精度的要求。
参考文献：
[1] 武汉测绘学院《测量学》编写组. 测量学[M]测绘出版社，1979.
[2] 《工程测量规范》GB50026-2007.
[3] 《国家三、四等水准测量规范》GB/T12898-2009
[关键词] 全站仪 水准仪 高程传递 精度
1.引言
向高程传递传统的方法是：用钢卷尺多次重复丈量进行标高引测；但对于施工测量定位不便使用钢卷尺丈量时，竖向高程的传递就很困难。而全站仪是测角、测距的仪器，传统的测距方法是测斜距或平距。然而在三门核电站常规岛的竖向高程传递过程中开发了TC1800仪器本身的性能，用于测定垂直距离进行高程传递，并通过三等水准测量的方法进行验证，这一做法的可行性获得了验证。该特殊方法还可以应用到火电机组及高层或超高层建筑施工过程中竖向高程的传递。
如图1所示：A点的已知高程为HA，B点的未知高程为HB，则B点的高程按（1）式进行计算[1]：
HB=HA+a+h±△L-b………（1）式中：
a---A点水准尺读数，b---B点水准尺读数，h---全站仪测量的竖向高。
△L---高差修正值，当D处的水准仪视线低于E点处的棱镜时，取“-”号，反之取“+”号。
2.施测方法
（1）观测前，调试好仪器的“三轴”误差，观测时启动自动改正功能减少测量误差。
（2）O点安置仪器，严格对中整平。
（3）设置天顶距为90°00′00″±1.0″，后视A点水准尺，读取读数a。
（4）设置天顶距为0°00′00″±2.0″左右，用弯管目镜配合并测距h，二次读数。
（5）将仪器旋转180°，重复“4”点的操作。
（6）测距时，量取上、下平台的气象参数。温度读数精度为±1℃，气压量测精度为±1mbar。
（7）在上平台随意安置水准仪，后视E点棱镜中心的铅垂线，用钢直尺从棱镜中心下（或上）丈量至水准仪视线的读数△L，读数精确±0.5mm。
（8）水准仪前视B点处的水准尺，读取读数b，按（1）式计算B点的高程。
图1
3.精度分析
由（1）式可知，全站儀传递高程的精度，主要受高差测定精度的影响及读取标尺精度的影响。对（1）式微分后可得：
MB=√ma2+mb2+mL2+mh2 （2）
式中：MB——B点高程的中误差。ma、mb——读取水准尺的读数中误差。mL——读取钢直尺的读数中误差。mh——全站仪测距中误差。
其中高差h测定精度主要受仪器标称精度的影响，即测距固定误差和比例误差的影响。下面分别讨论这几种误差的精度：
（1）固定误差对高程影响的中误差m1。
全站仪竖向传递高程的主要误差来源，是测距仪的固定误差，而TC1800全站仪的标称精度为±(2mm+2PPm.D)，即固定误差为±2mm，而实际检测的外部符合精度为1.55mm。
（2）全站仪传递高程比例误差对高程影响的中误差m2。
在标准状态下的大气条件改正数（即比例误差改正数△D2）。
△D2=279-［0.290P/(1+at)］-［5.5×10-8/(1+at)］e …………(3)
△D2——大气改正数（PPm）；P——大气压（mbar）；t——大气温度（℃）；а——空气膨胀系数即1/273.16； e ——湿度（%）。
相对湿度只有在高温高湿度的条件下；对测距才有重要意义，在一般的条件下影响很小，故对此的影响，可以忽略不计，在此也就不作讨论了。则(3)式变为 :
△D2=279-［0.290P/(1+at)］…………………(4)
对(4)式微分： d△D2=［-0.290/(1+at)］dp+［0.290a/(1+at)2］；
则m22=m2△D=［-0.290/(1+at)］2.m2p+［0.290α/(1+αt)2］2.mt2
当取气压误差mp=±1mbar，温度误差mt=±0.5℃时，比例误差对高程影响的中误差m2见表1。
取m2max=±0.30mm，则高差为120m时，高程最大中误差 。
mh=±√m12+m22 =±√22+(120×0.3/100)2=2.03mm
（3）上、下平台水准仪、全站仪测定前，后视水准尺读数中误差mb、ma，而施工测量全站仪竖向传递高程，上下平台前、后视测定水准尺读数的距离不会太长，望远镜的放大V=30x，可以清晰的读出水准尺±1mm精度的水准尺上的读数,故上、下平台前后视读定水准尺的中误差ma=mb=±1/2×1=±0.5mm。
（4）读取钢直尺的读数中误差：
因仪器距离钢直尺的距离很近，能很清楚地看到钢直尺的毫米刻划，读数误差为±0.5mm，则中误差ml=±1/2×0.5=±0.25mm
（5）全站仪竖向传递高程总误差M：
M=√ma2+mb2+mL2+mh2 =√0.52+0.52+0.252+1.592=1.76mm
全部高程传递工作独立进行二次，取其平均值，做为最后的结果，则最后成果的中误差MB=1/√2M=1.24mm，则该高程传递的方法，满足了《工程测量规范》中的8.3.11中的最高要求[2]，即使用TC1800全站仪竖向传递高程，完全可满足高度150m以下的金属结构、装配式钢筋混凝土结构的建筑物，对高程竖向传递的精度要求。
4.全站仪代替水准仪在施工测量中的应用
（1）问题的提出
在核电站施工测量中，很多定位、放样点的精度要求都很高，由于施工条件的限制，钢筋纵横，密度太大，层层叠加，施工测量定位放线工作往往不便使用钢尺丈量距离，而使用全站仪测距。则施工测量中的高程测设和测定，能否使用全站仪代替水准仪进行，从而少带一套水准仪进入现场，这是本节要探讨的问题。
（2） 全站仪望远镜置水平性能的检测
众所周知，电磁波三角高程可以替代三、四等水准测量，但在实际施工测量中，放样高程点或检测安装构件的高程点，由于受施工条件的限制，采用电磁波三角高程测设，有时不方便。而电磁波三角高程精度受测距误差、竖直角观测误差、丈量仪器高误差、丈量棱镜高误差、大气折光误差和垂线偏差变化等许多因素的影响，精度不可能很高，如果全站仪望远镜置水平性能，满足水准仪的视线水平要求，问题就迎刃而解。
水准仪测高程的原理，是通过水准仪望远镜的水准管轴与视准轴平行的原理，给出水平视线测量高差，计算高程。《工程测量规范》中规定,当水准管轴与视准轴不平行时产生的夹角i，i≤±15″时,可满足二等以上的水准测量精度的要求，当i≤±20″时，可保证三、四等水准测量精度要求[2]。
如果全站仪望远镜置水平，能满足上述要求，即可代替水准仪进行高程测量放样工作。
5.结束语
按照《国家水准测量规范》中的《视准轴与水准管轴相互关系的检验校正》的方法进行检测,其结果半测回垂直角的置平精度 mL≈i≤±2″[3]，这样看来，望远镜的置平精度，可以满足三、四等水准测量的精度要求，且远远高于普通水准仪望远镜置平精度的要求，从而可放心地使用全站仪替代水准仪，在施工测量中进行高程检测或是放样高程点，即使前、后视距差较大，这种特殊测量的方法也能满足三、四等水准测量精度的要求。
参考文献：
[1] 武汉测绘学院《测量学》编写组. 测量学[M]测绘出版社，1979.
[2] 《工程测量规范》GB50026-2007.
[3] 《国家三、四等水准测量规范》GB/T12898-2009