全站仪中点三角高程测量专用觇标装置及方法与流程

本发明涉及矿山地面沉降变形监测技术领域，特别是涉及一种全站仪中点三角高程测量专用觇标装置。

背景技术：

根据国家岩移监测系统布设要求，矿区的岩移观测点基本都建立在山顶高处，由于丘陵地区地面起伏较大，如果采用传统的几何水准测量方法不仅测站数量多、工作强度大、速度慢，而且误差累计较大，精度不高，几乎不可能达到三、四等水准测量的精度要求。

如果直接采用传统的全站仪三角高程测量，无法达到国家三、四等水准测量要求，进而无法应用于岩移监测。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种全站仪中点三角高程测量专用觇标装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体如下：

一种全站仪中点三角高程测量专用觇标装置，包括觇标杆主体和三条长短不一的架腿，每根架腿与觇标杆主体的连接部分均设有固定锁止扣，觇标杆主体中部设有高精度气泡，每根架腿的略偏上位置设有微伸缩装置；所述觇标杆主体顶部设有固定棱镜头；觇标杆主体外表面设有滑道，所述固定锁止扣可沿滑道大幅度上下滑动。

其中，所述固定锁止扣用来调节圆气泡粗平，使觇标尖端对准测点。

其中，所述微伸缩装置可在小范围内调节架腿长度伸缩，从而调节高精度气泡居中，保证觇标精确竖直。

其中，所述高精度气泡居中时保证觇标杆精确竖直。

其中，所述觇标杆主体长度固定且不可伸缩。

本发明所述的全站仪中点三角高程测量专用觇标装置的工作方法：

采用在两点中间设站，观测视线长度要求一般不大于300米，最长不超过500米，垂直角不得超过20°，每站前后视线长度之差，三等不宜超过30米，四等不宜超过50米，往返测高差取算术平均值来抵消球气差影响；

(1)在测站上安置全站仪，量取仪器高；在目标点上安置全站仪中点三角高程测量专用觇标装置，全站仪中点三角高程测量专用觇标装置为固定高度，且两测点上的觇标高度相同且固定不变；

(2)采用全站仪采用测回法观测竖直角，取平均值为最后计算取值；测量两点之间的水平距离或斜距；或者在全站仪直接设置球气差改正对高差进行改正；

(3)采用往返观测，按前述步骤进行观测；

(4)b、b'两点间高差计算公式为

hbb'＝hab-hab'＝(d*tanα+i－v)-(d'*tanβ+i－v')

由于仪器架设在中点a上且未变化，仪器高i是固定的，觇标高度是相同的，即v＝v'，最终公式为hbb'＝d*tanα-d'*tanβ；

hb'＝hb+hbb'；

公式中表示：s为两点间的斜距；i为仪器高；v、v'为目标高；α、β为倾角；hab为a、b点的高差；hab'为a、b’点的高差；d为am之间距离；d’为an之间距离；hb、hb'为b点、b’点的高程；

应用以上公式计算出两点间的高差及由已知点高程计算未知点高程。

同现有技术相比，本发明的突出效果在于：

如果直接采用传统的全站仪三角高程测量方法代替国家三、四等水准测量，虽然简单易行，但是测量误差难以控制，无法达到替代国家三、四等水准测量的目的。本发明一是从方法上对三角高程测量误差累计进行限制，二是采用特制的装置和系统来消除三角高程丈量误差，从而达到替代三、四等水准测量的目的。

本发明通过限制测边的边长、垂直角的角度，应用此装置和系统，应用类似水准测量的作业方式，采用全站仪中点三角高程测量专用觇标装置替代几何水准测量，其精度可以达到三、四等水准测量的要求，能够有效控制测量精度，极大地降低劳动强度、减少作业时间。

下面结合附图说明和具体实施例对本发明的全站仪中点三角高程测量专用觇标装置及方法作进一步说明。

附图说明

图1为传统的三角高程测量示意图；

图2为全站仪中点三角高程测量专用觇标装置示意图；

图3为全站仪中点三角高程测量专用觇标装置测量示意图。

具体实施方式

实施例

如图2所示，一种全站仪中点三角高程测量专用觇标装置，包括觇标杆主体2和三条长短不一的架腿7，每根架腿7与觇标杆主体2的连接部分均设有固定锁止扣5，觇标杆主体2中部设有高精度气泡3，每根架腿7的略偏上位置设有微伸缩装置6；所述觇标杆主体2顶部设有固定棱镜头1；觇标杆主体2外表面设有滑道4，所述固定锁止扣5可沿滑道4大幅度上下滑动。

固定锁止扣5用来调节圆气泡粗平，使觇标尖端对准测点。微伸缩装置6可在小范围内调节架腿长度伸缩，从而调节高精度气泡居中，保证觇标精确竖直。高精度气泡3居中时保证觇标杆精确竖直。觇标杆主体2长度固定且不可伸缩。

如图3所示，全站仪中点三角高程测量专用觇标装置的工作方法：

采用在两点中间设站，观测视线长度要求一般不大于300米，最长不超过500米，垂直角不得超过20°，每站前后视线长度之差，三等不宜超过30米，四等不宜超过50米，往返测高差取算术平均值来抵消球气差影响；

(1)在测站上安置全站仪，量取仪器高(由于是中点观测，可不量取，理论上全站仪架设在中点上时对两测点的高差影响是相同的，由于是两者相减得到两点间高差，最终结果是相互抵消)；在目标点上安置全站仪中点三角高程测量专用觇标装置，全站仪中点三角高程测量专用觇标装置为固定高度，且两测点上的觇标高度相同且固定不变，目的是消除觇标标高丈量误差；

(2)采用全站仪采用测回法观测竖直角，取平均值为最后计算取值；测量两点之间的水平距离或斜距；或者在全站仪直接设置球气差改正对高差进行改正，由于觇标高也是固定的，因此可以输入定值后直接测量得到两点间高差；

(3)采用往返观测，按前述步骤进行观测；

(4)b、b'两点间高差计算公式为

hbb'＝hab-hab'＝(d*tanα+i－v)-(d'*tanβ+i－v')

由于仪器架设在中点a上且未变化，仪器高i是固定的，觇标高度是相同的，即v＝v'，最终公式为hbb'＝d*tanα－d'*tanβ；

未知点高程hb'＝hb+hbb'；

公式中表示：s为两点间的斜距；i为仪器高；v、v'为目标高；α、β为倾角；hab为a、b点的高差；hab'为a、b’点的高差；d为am之间距离；d’为an之间距离；hb、hb'为b点、b’点的高程；

应用以上公式计算出两点间的高差及由已知点高程计算未知点高程。

由以上公式可以得出结论：通过限制前后视距差累计数不超过一定数值以及垂直角不得超过20°，并采用此全站仪中点三角高程测量专用觇标装置及方法，消除仪器高及觇标高丈量误差，从而替代三、四等水准测量的方案在技术上是完全可行的。

对比例

传统的三角高程测量是根据两点间的距离(斜距)和竖直角来推算两点间的高差。

计算公式为：hab＝s*sinα+i－v

公式中表示：s----两点间的斜距；

i----仪器高；

v----目标高；

α----倾角；

随着全站仪在施工测量中的普及，目前用全站仪测高差(高程)已不再用光电测距仪测竖直角进行公式计算，而是把仪器高及目标高输入仪器后直接测的两点间的高差。

如图1所示，已知点a的高程为ha，b为待定点，待求高程为hb。在点a安置全站仪，照准点b目标顶端m，测得竖直角α。量取仪器高i和目标高v。如果测得am之间距离为d'，则a、b点的高差hab为：

hab＝d'*sinα+i－v

如果测得a、b点的水平距离d，则高差hab为：

hab＝d*tanα+i－v

则b点高程为hb＝ha+hab。

上述计算公式是假定地球表面为水平面(即水准面为水平面)、观测视线为直线的基础上推导而得到的。当地面上两点间距离小于300m时，可以近似认为这些假设条件是成立的，上述公式也可以直接应用。但两点间的距离超过300m时，就要考虑地球曲率对高程的影响，加以曲率改正，称为球差改正，其改正数为c。同时，观测视线受大气折光的影响而称为一条向上凸起的弧线，需加以大气折光影响的改正，称为气差改正，其改正数为γ。以上两项改正合称为球气差改正，简称两差改正，其改正数为f＝c-γ。

球差改正与气差改正之和可表示为

式中：f简称两差改正。因k值大约在0.08～0.14之间，所以，f恒大于零。大气垂直折光系数k是随地区、气候、季节、地面覆盖物和视线超出地面高度等条件的不同而变化的，一般取k＝0.14计算两差改正f。为了减少两差改正数f，其边长不应大于1km。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。