全站儀無儀高法的基本原理

如圖1所示，A，B為待求高差的兩點(diǎn)，將全站儀架設(shè)在距A，B兩點(diǎn)等距位置O，分別照準(zhǔn)A，B兩點(diǎn)處的棱鏡，測得的高差分別是△h1和△h2，則O點(diǎn)與A、B兩點(diǎn)的高差為：

由于全站儀到A、B兩點(diǎn)的距離比較近，因此此處不考慮大氣垂直折光的影響。

則A、B兩點(diǎn)的高差為：

可見，兩點(diǎn)間的高差只與全站儀到兩點(diǎn)間的距離和豎直角有關(guān)，觀測過程中無需測量儀器高和目標(biāo)高，從而減少了儀器高和目標(biāo)高測量誤差的引入，有效的提高了高差觀測的精度。

精度分析

根據(jù)誤差傳播定律，對（4）式進(jìn)行精度的估計(jì)有：

設(shè)全站儀的測角精度0.5s，測距精度為0.6+1ppm，同時為了便于分析問題，假設(shè)α1=α2，S1=S2，采用兩測回觀測，分別將不同的豎直角和邊長帶入（5）式，可計(jì)算出每公里觀測高差中誤差，見表1。

從表1中可以分析出，一測站豎直角觀測高差隨著豎直角和視距的增大而增加，以二等水準(zhǔn)測量，往返測高差不符值1mm為精度要求，則可以看出，要滿足二等水準(zhǔn)測量精度要求，不同的豎直角需要選擇不同的視距，豎直角小于5°，則視距在10～50m范圍內(nèi)都可以滿足精度要求，當(dāng)豎直角為10°時，視距應(yīng)大于10m，豎直角20°時，無論視距多長，均不能滿足二等水準(zhǔn)測量精度要求，因此在觀測中要根據(jù)豎直角選擇合理的視距。

工程應(yīng)用

1、工程概況

新干線小區(qū)8號樓位于山東某市高鐵新區(qū)，其變形測量級別為二級，觀測精度要求為二等水準(zhǔn)測量精度要求。該樓體建筑為倒臺階狀結(jié)構(gòu)，如圖2，監(jiān)測點(diǎn)上無法豎立水準(zhǔn)尺，水準(zhǔn)測量不能實(shí)施，因此采用全站儀無儀高法進(jìn)行測量，使用儀器為徠卡TS60，測角精度為0.5s，測距精度為0.6mm+1ppm，兩測回觀測。

2、監(jiān)測結(jié)果

該建筑實(shí)際布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)15個，監(jiān)測期數(shù)16期，沉降監(jiān)測工作從2015年6月12日開始，至2017年10月15日，監(jiān)測16期，累計(jì)沉降量最大15.9mm，最小7.1mm，設(shè)計(jì)報(bào)警值為35.00mm。至監(jiān)測最后一期，監(jiān)測點(diǎn)變形量及變形速率均未超過報(bào)警限值。

3、操作注意事項(xiàng)

（1）選擇合理的測量路線，減少設(shè)站數(shù)，從而減少觀測誤差的積累；

（2）觀測過程中前后視距應(yīng)基本相等，視距差不超過2m；

（3）布設(shè)觀測點(diǎn)應(yīng)采用帶有凹槽的強(qiáng)制對中裝置，以減少對中誤差對高差觀測結(jié)果的影響；

（4）監(jiān)測點(diǎn)之間采用偶數(shù)測站的方法，或前后采用同一照準(zhǔn)目標(biāo)，以減少前后兩個照準(zhǔn)目標(biāo)的零點(diǎn)誤差影響，且要求在一個偶數(shù)觀測測回中不得重新調(diào)整對照準(zhǔn)目標(biāo)高度；

（5）觀測時，照準(zhǔn)目標(biāo)的水準(zhǔn)氣泡應(yīng)嚴(yán)格居中；

（6）觀測過程中，豎直角應(yīng)小于15°，且應(yīng)根據(jù)豎直角合理選擇視距，以減少豎直角對高程觀測誤差的影響。