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摘 要：根据全站仪测量三角高程测量的原理和方法，应用误差传播定律，对其进行系统的精度分析，得出应用全站仪三角高程测量完全可以替代水文三、四水准测量和进行大断面测量。根据误差分析结果及《水电水利工程施工测量规范》、《水文普通测量规范》结合中游测区实际情况，制订出用全站仪进行水准、大断面、水尺零点高程测量的方法，以及相关测量误差控制指标和误差的修正方法。
关键词：全站仪；水文站；应用
1 全站仪三角高程测量原理
用全站仪进行高程测量的方法有单向观测和对向观测法，下面分别给出其观测原理和高差的计算公式。
1.1 全站仪单向观测测定高差的计算公式
A为已知高程点，B为待测高程点。将全站仪安置于A点，量仪器高i；将棱镜置于B点，量棱镜高为l。则A、B两点的高差为：
式中：s为斜距，？琢为观测竖直角，k为大气折光系数，R为地球曲率半径，i为仪器高，l为棱镜高。
2 全站仪三角高程测量的误差分析
2.1 误差
全站仪测距中误差ms对高差的影响与竖直角？琢的大小有关。目前我局引进的全站仪为徕卡TC 1800，其测距精度一般在±（1mm+1ppm·D）～±（2mm+2ppm·D）之间。由于测距精度很高，因此对高程的影响很小。
误差指标采用《水文普通测量规范》、《水利水电工程测量规范》、《国家三、四等水准测量规范》中的相关规定。
根据《水利水电工程测量规范》，竖直角不宜大于25°，根据《水利水电工程测量规范》、《国家三、四等水准测量规范》综合考虑视线长度应不超1200m。
由表1可知，2种测量方法中对向观测的误差较低，精度较高；三角高程测量的误差随着边长的增大而增加；对于中游区来说，因视线长度较短，三角高程测量误差又随着竖直角的增大而增加。
从表中可以看出，三等水准测量用对向观测在视线长度大于200m，小于600m，竖直角小于25°时，观测精度可满足其要求；四等水准测量用对向观测在视线长度小于1200m，竖直角小于25°时，或用单向观测距离大于200m，小于800m，竖直角小于25°时，观测精度可满足其要求；五等水准测量用单向观测在视线长度小于1200m，竖直角小于25°时，测量精度可满足其要求。
4.4 分析结论
（1）用全站仪三角高程测量方法完全可以替代水准测量，且方法简单易行，测量速度较传统方法快的多，为今后快速、准确进行水准测量提供了又一新的途径。
（2）从表1可以看出，全站仪用对向观测视线长度在一定范围内，竖直角小于25°时，测量精度高于水准仪，否则测量精度低于水准仪。
（3）单向观测距离小于1200m，竖直角小于25°时，其测量精度可满足五等水准测量，就中游区来讲可进行大断面测量。
（4）对向观测距离小于1200m，竖直角小于25°时，或单向观测距离大于200m，小于800m，竖直角小于25°时，其观测精度可满足四等水准测量精度要求，就中游测区来讲可进行水尺校核。
（5）对向观测距离大于200m，小于600m，竖直角小于25°时，其观测精度可满足三等水准测量精度要求，就中游测区来讲可进行水准点校测。
4.5 实际操作中注意事项
（1）三角高程测量竖直角观测精度对其高程精度影响较大，因此，为提高测量精度，可适当增加测回数。能见度不好，中午光线太强时不要观测。
（2）在精度分析中，仪器高和棱镜高的量取误差假设为定值，但在实际量取中为非固定值，并直接影响着高差值，因此应认真量取至0.5毫米，使其控制在最小范围内。若前后棱镜用的是强制对中杆的应尽量取相同值，以便减少棱镜量取误差，进一步提高测量精度。
5 用全站仪进行水准、水尺零点、大断面测量的方法
5.1 一般规定
观测时距离和竖直角按分析结论掌握，视线高度和离开障碍物的距离不得小于1.5m；斜距和竖直角的观测应在成像清晰、信号稳定的情况下进行；测距的准备工作，观测方法和作业要求、气象元素测定及重测取舍，气象、加常数、乘常数修正值及边长修正等，均按GB/T 16818的相应规定执行；仪器高、棱镜高各独立量取2次，当较差小于2mm时取其平均值作为最终结果。各项观测读数和计算数值取位按表2（见《国家三、四等水准测量规范》）规定执行。
5.2 全站仪进行水准、校核水尺零点高程测量方法
根据《水利水电工程施工测量规范》，用全站仪进行水准、水尺零点高程测量时，特作如下规定。
（1）全站仪精度为±（2+2×106s）mm以上；最小读数为0.2℃的温度计；最小读数为1mb的气压表。
（2）天顶距观测用中丝法进行，盘左位置和盘右位置分别照准同一目标读数为一测回，每次照准目标时均精确照准两次，读数两次，且两次读数差不大于3″。
（3）全站仪进行水准、水尺零点校核具体要求见表3（见《水电水利工程施工测量规范》）。
（4）用全站仪进行水准、水尺零点校核时也可以直接测量斜距、平距、高差，其测量技术要求见表3和表4（见《水电水利工程施工测量规范》），但表3中斜距和天顶距测量要求应按表4中斜距和高差测量要求进行。打开仪器主菜单，在F6（测量模式）下输入气压、气温。全站仪在水文站具体应用时即可这样操作。
（5）对向观测应在短时间内完成。
（6）用全站仪校测水准点时，视线长度在200m至600m之间，竖直角不得大于25°，应采用三等三角高程测量方法观测，组成附合路线或闭合环，并进行往返测（类似水准测量的往返观测）；若进行水尺零点校测时，视线长度在100m至1200m之间，竖直角不得大于25°，测站（转点）间应采用四等三角高程测量方法观测，组成附合路线或闭合环，并进行往返观测（类似水準测量的往返观测）；水尺高程的测定可采用四等单向三角高程方法观测，并进行往返观测（类似水准仪测水尺点高程用的间视法），视线长度在200m至800m之间；对于水尺零点高程校测，如果不需要转点即可完成测量时，可采用一镜双高法进行观测。
6 用全站仪进行水准、水尺零点、大断面测量计算的软件开发
计算系统采用VB6.0语言编程，采用了表格控件fexlcell和界面控件Xpsuite以及Api函数编程等技术手段。各测量项目数据处理的算法严格按照有关规范规定的计算方法。
软件利用了已开发的“水文测验数据处理系统“作为统一平台，增加了支持全站仪测量方法的三种相应表格和计算程序模块。采取即时填表，自动计算。具有记录、计算、打印等功能，操作简便直观，界面友好，使用简单。
7 适用性
我局地处山区，水准、大断面测量比较困难，看似距离很短的两个待测点，测量路线变的较长，工作量也较大。本课题的成果可很好的适用我区实际地形情况，如水尺零点高程校测，将全站仪安置于某个合适控制点，可同时将上、下比降断面及基本断面水尺全部施测完毕，减轻了劳动强度，提高工了作效率，特别是在两岸之间的水准测量，大断面测量发挥了较大的作用，成为水文现代化的重要组成部分。同时使用本课题配套软件，可免去过去繁琐的内业计算、校核工作，减少了不少中间环节，避免了内业整理错误的出现。
关键词：全站仪；水文站；应用
1 全站仪三角高程测量原理
用全站仪进行高程测量的方法有单向观测和对向观测法，下面分别给出其观测原理和高差的计算公式。
1.1 全站仪单向观测测定高差的计算公式
A为已知高程点，B为待测高程点。将全站仪安置于A点，量仪器高i；将棱镜置于B点，量棱镜高为l。则A、B两点的高差为：
式中：s为斜距，？琢为观测竖直角，k为大气折光系数，R为地球曲率半径，i为仪器高，l为棱镜高。
2 全站仪三角高程测量的误差分析
2.1 误差
全站仪测距中误差ms对高差的影响与竖直角？琢的大小有关。目前我局引进的全站仪为徕卡TC 1800，其测距精度一般在±（1mm+1ppm·D）～±（2mm+2ppm·D）之间。由于测距精度很高，因此对高程的影响很小。
误差指标采用《水文普通测量规范》、《水利水电工程测量规范》、《国家三、四等水准测量规范》中的相关规定。
根据《水利水电工程测量规范》，竖直角不宜大于25°，根据《水利水电工程测量规范》、《国家三、四等水准测量规范》综合考虑视线长度应不超1200m。
由表1可知，2种测量方法中对向观测的误差较低，精度较高；三角高程测量的误差随着边长的增大而增加；对于中游区来说，因视线长度较短，三角高程测量误差又随着竖直角的增大而增加。
从表中可以看出，三等水准测量用对向观测在视线长度大于200m，小于600m，竖直角小于25°时，观测精度可满足其要求；四等水准测量用对向观测在视线长度小于1200m，竖直角小于25°时，或用单向观测距离大于200m，小于800m，竖直角小于25°时，观测精度可满足其要求；五等水准测量用单向观测在视线长度小于1200m，竖直角小于25°时，测量精度可满足其要求。
4.4 分析结论
（1）用全站仪三角高程测量方法完全可以替代水准测量，且方法简单易行，测量速度较传统方法快的多，为今后快速、准确进行水准测量提供了又一新的途径。
（2）从表1可以看出，全站仪用对向观测视线长度在一定范围内，竖直角小于25°时，测量精度高于水准仪，否则测量精度低于水准仪。
（3）单向观测距离小于1200m，竖直角小于25°时，其测量精度可满足五等水准测量，就中游区来讲可进行大断面测量。
（4）对向观测距离小于1200m，竖直角小于25°时，或单向观测距离大于200m，小于800m，竖直角小于25°时，其观测精度可满足四等水准测量精度要求，就中游测区来讲可进行水尺校核。
（5）对向观测距离大于200m，小于600m，竖直角小于25°时，其观测精度可满足三等水准测量精度要求，就中游测区来讲可进行水准点校测。
4.5 实际操作中注意事项
（1）三角高程测量竖直角观测精度对其高程精度影响较大，因此，为提高测量精度，可适当增加测回数。能见度不好，中午光线太强时不要观测。
（2）在精度分析中，仪器高和棱镜高的量取误差假设为定值，但在实际量取中为非固定值，并直接影响着高差值，因此应认真量取至0.5毫米，使其控制在最小范围内。若前后棱镜用的是强制对中杆的应尽量取相同值，以便减少棱镜量取误差，进一步提高测量精度。
5 用全站仪进行水准、水尺零点、大断面测量的方法
5.1 一般规定
观测时距离和竖直角按分析结论掌握，视线高度和离开障碍物的距离不得小于1.5m；斜距和竖直角的观测应在成像清晰、信号稳定的情况下进行；测距的准备工作，观测方法和作业要求、气象元素测定及重测取舍，气象、加常数、乘常数修正值及边长修正等，均按GB/T 16818的相应规定执行；仪器高、棱镜高各独立量取2次，当较差小于2mm时取其平均值作为最终结果。各项观测读数和计算数值取位按表2（见《国家三、四等水准测量规范》）规定执行。
5.2 全站仪进行水准、校核水尺零点高程测量方法
根据《水利水电工程施工测量规范》，用全站仪进行水准、水尺零点高程测量时，特作如下规定。
（1）全站仪精度为±（2+2×106s）mm以上；最小读数为0.2℃的温度计；最小读数为1mb的气压表。
（2）天顶距观测用中丝法进行，盘左位置和盘右位置分别照准同一目标读数为一测回，每次照准目标时均精确照准两次，读数两次，且两次读数差不大于3″。
（3）全站仪进行水准、水尺零点校核具体要求见表3（见《水电水利工程施工测量规范》）。
（4）用全站仪进行水准、水尺零点校核时也可以直接测量斜距、平距、高差，其测量技术要求见表3和表4（见《水电水利工程施工测量规范》），但表3中斜距和天顶距测量要求应按表4中斜距和高差测量要求进行。打开仪器主菜单，在F6（测量模式）下输入气压、气温。全站仪在水文站具体应用时即可这样操作。
（5）对向观测应在短时间内完成。
（6）用全站仪校测水准点时，视线长度在200m至600m之间，竖直角不得大于25°，应采用三等三角高程测量方法观测，组成附合路线或闭合环，并进行往返测（类似水准测量的往返观测）；若进行水尺零点校测时，视线长度在100m至1200m之间，竖直角不得大于25°，测站（转点）间应采用四等三角高程测量方法观测，组成附合路线或闭合环，并进行往返观测（类似水準测量的往返观测）；水尺高程的测定可采用四等单向三角高程方法观测，并进行往返观测（类似水准仪测水尺点高程用的间视法），视线长度在200m至800m之间；对于水尺零点高程校测，如果不需要转点即可完成测量时，可采用一镜双高法进行观测。
6 用全站仪进行水准、水尺零点、大断面测量计算的软件开发
计算系统采用VB6.0语言编程，采用了表格控件fexlcell和界面控件Xpsuite以及Api函数编程等技术手段。各测量项目数据处理的算法严格按照有关规范规定的计算方法。
软件利用了已开发的“水文测验数据处理系统“作为统一平台，增加了支持全站仪测量方法的三种相应表格和计算程序模块。采取即时填表，自动计算。具有记录、计算、打印等功能，操作简便直观，界面友好，使用简单。
7 适用性
我局地处山区，水准、大断面测量比较困难，看似距离很短的两个待测点，测量路线变的较长，工作量也较大。本课题的成果可很好的适用我区实际地形情况，如水尺零点高程校测，将全站仪安置于某个合适控制点，可同时将上、下比降断面及基本断面水尺全部施测完毕，减轻了劳动强度，提高工了作效率，特别是在两岸之间的水准测量，大断面测量发挥了较大的作用，成为水文现代化的重要组成部分。同时使用本课题配套软件，可免去过去繁琐的内业计算、校核工作，减少了不少中间环节，避免了内业整理错误的出现。