工程測量中高度測量方法探析

余世安 中國核工業(yè)華興建設(shè)有限公司

1 前言

當(dāng)前工程測量中的高度測量方法非常之多，尤其是借助各種儀器的測量方法更是豐富多元，但各種方法的應(yīng)用范圍、測量精度又各有不同，相關(guān)部門以及領(lǐng)導(dǎo)人員可根據(jù)工程的實際性質(zhì)以及其他現(xiàn)實情況選擇不同的測量方法，以此實現(xiàn)測量效率最大化。但從學(xué)術(shù)的層面來看，當(dāng)前少有學(xué)者專門針對工程測量中的高度測量方法進行專題研究，本研究一方面彌補了當(dāng)前的研究空缺，另一方面也為相關(guān)工作提供一些實實在在的理論基礎(chǔ)和現(xiàn)實經(jīng)驗。

2 鋼尺測量法

在對建筑物進行高度測量時，其中使用時間最長，也最為直接的一種方法就是通過鋼尺來量高，這種方法本身就特別靈活且方便，而且能夠讓人們非常直觀、清晰地看到整個操作過程，可以選擇多人同時參與，避免操作存在差錯。一般情況下，由于鋼尺的長度以及人們操作鋼尺的局限性，當(dāng)建筑物高度太高時，很難直接測量高度，但也可以以鋼尺測量為基礎(chǔ)，借助相似性的原理進行間接性測量。比如利用幾何物體相似原理，如果某一建筑物的高度太高，工作人員可以借助光源投影的作用，先行測量整個建筑物投影在地面上的高度，并通過相似性的原理來計算整個建筑物的高度。

在這一過程中，需要達到以下兩個條件：一是地面比較平坦，避免地面出現(xiàn)陡坡而使得投影的高度不準確；二是要有平行光源，這樣才能使整個建筑物的高度投影到地面上，以此找到可測量的點。很顯然，利用這種方法來測量建筑物的高度之時，其測量結(jié)果是否精確在很大程度上與影子和標桿的長度存在聯(lián)系，如果標桿和影子的長度不合適或存在歪曲的現(xiàn)象，一方面會大幅度增加測量難度和測量工作量，另一方面也會降低測量結(jié)果的精確度。與此同時，這一方法在實際中的應(yīng)用必須要與影子相聯(lián)系，否則很難確定作業(yè)標桿的位置，所選擇的作業(yè)標桿物也應(yīng)當(dāng)放置在需要測量的建筑物陰影的外表面，以便更好地測量。

3 結(jié)合經(jīng)緯儀和鋼尺的作用進行測量

一般情況下，經(jīng)緯儀的主要作用在于測量角度，其中需要用到望遠鏡度盤、度盤、水準器等多個儀器。在進行高度測量的過程中，具體操作如下：首先將經(jīng)緯儀放置在一個固定架上，然后通過光學(xué)對點器的作用來確定地面測站點和儀器中心的位置，盡可能使兩者對準；再利用水準器的作用將儀器放平，在望遠鏡中確定好測量的具體位置；最后通過度盤的作用來測量目標物的水平角和垂直角。由于經(jīng)緯儀的主要作用在于精確測量目標物的角度，再輔以測量工程放樣、距離測量等，對于測量工作的順利推進而言具有至關(guān)重要的作用和意義。就當(dāng)前而言，許多項目施工現(xiàn)場經(jīng)常會出現(xiàn)技術(shù)人員架著一臺經(jīng)緯儀進行測量工作，可見這一方法的普遍性。

具體測量方法可以參考以下案例：從建筑物上隨意選取一個高度，確定一個A，然后以同樣的高度在其水平200m處確定另一個點B，基于此來測量建筑物的高度CD。具體操作如下：可以在B點處安置一個經(jīng)緯儀，在完成一系列前期準備工作之后，將儀器對準A點，然后根據(jù)現(xiàn)場的實際情況配置一個讀數(shù)1，并記錄其測量的結(jié)果，以同樣的方法測量照準建筑物與地面接觸點C點的讀數(shù)2，此時可以得到讀數(shù)2和讀數(shù)1之間的一個角度差值，并且可以以同樣的原理和方法測量出∠ABD的大小，這樣就可以得到∠CBD的大小，如此建筑物的高度CD就可以通過三角函數(shù)的計算而得。由此可見，這一測量方法的精確度與水平距離、∠CBA和∠DBA都有聯(lián)系，可在實際操作過程中對此操作進行規(guī)范，確保其測量結(jié)果的精確性，進而保證目標建筑物的高度測量的準確性。

4 利用水準儀和鋼尺的作用進行測量

當(dāng)目標物的高度太高時，常規(guī)的鋼尺測高法無法發(fā)揮作用，除了可以配合經(jīng)緯儀進行高度測量之外，還可以結(jié)合水準儀的作用進行高度測量。

例如在進行豎井施工時，為了測量豎井的高度，可采用鋼尺導(dǎo)入標高法；又如在進行隧道挖掘時，可以采用鋼絲導(dǎo)入標高法，這都是水準儀與鋼尺共同作用測量高度的案例，可見其已經(jīng)在實踐中得到了廣泛應(yīng)用。另外，對于高度測量精確度要求較高的工程測量而言，水準儀能夠在其中發(fā)揮重要作用，它既可以增大鋼尺下放時的垂球重量，也可以提高鋼尺讀數(shù)的準確性，進而提高鋼尺測量的準確性。

在實際測量過程中，這一方法應(yīng)用的精確性主要與施工過程的組織和控制情況有關(guān)，主要應(yīng)用于豎井施工、高層建筑、隧道挖掘等工程。

5 利用GPS進行測量

當(dāng)前GPS已然成為一個熱門話題，它可以向全球提供精確度高、連續(xù)、實時且豐富多元的三維信息。隨著這一技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用范圍不再局限于單一化的領(lǐng)域或目的，在導(dǎo)航、時間對比、地質(zhì)勘測等各行各業(yè)都得到了有效應(yīng)用，這在很大程度上標志著測量領(lǐng)域的改革和創(chuàng)新進入了新的階段，也是工程測量中高度測量方法的重要組成部分。就其原理而言，GPS定位是根據(jù)一些物理知識和幾何知識而來，它通過空間分布的行星以及這些行星與地面點間距離的交匯處來確定目標物的實際位置。

從測量方法這一層面來看，它與測距后方交匯方法存在異曲同工之妙。在進行高度測量之時，更為常用的技術(shù)是實時動態(tài)相對定位技術(shù)，它是以載波相位觀測測量為基礎(chǔ)而展開的一種技術(shù)，它的基本操作原理是：選擇一個比較優(yōu)質(zhì)的基準站，這個基準站最為重要的要求就是其點位精準度較高；然后在上面安裝一臺可以不間斷觀測所有可見衛(wèi)星的接收儀器，并詳細記錄這些數(shù)據(jù)，將其傳送到流動站接收機，如此流動站接收機既可以接收來自所有可見衛(wèi)星的信號數(shù)據(jù)，也可以接收基準站的信號；最后利用實時動態(tài)相對定位技術(shù)進行計算，明確其具體的坐標和測量精度，并得到目標物高度。

在這一過程中，為了確保GPS測量高度的精確性，還需要注意以下幾方面。

（1）載波相位差分測量技術(shù)的基本特征以及高程異常模式的精確度會在很大程度上影響這一測量過程的連續(xù)性和測量結(jié)果的準確性。

（2）在選擇離合模型的過程中，需要切實考慮高程異常模型使用時的實際需求，例如測區(qū)的現(xiàn)實情況、測量作業(yè)的精確度要求等。

（3）在利用GPS進行建筑物高度測量的實踐過程中，還需要有效結(jié)合一些常用的工程軟件的作用，尤其是在進行數(shù)據(jù)傳輸和實時處理這些方面，要確保數(shù)據(jù)的科學(xué)性、真實性和有效性。

（4）一般情況下，只要涉及實時監(jiān)測、沿鉛垂方向上的變形等測量時，其首要選擇都是利用GPS技術(shù)進行測量，可以大幅度提高測量的效率。

6 利用全站儀進行測量

全站儀的功能比較強大，可以同時測量角度和距離這兩個方面，并且進行相關(guān)數(shù)據(jù)的實時處理，這一儀器的合成涉及光學(xué)、電子元件等相關(guān)知識。利用全站儀進行高度測量之時，只需要進行一次安裝即可，也正是因為如此，它可以包攬測站上的絕大部分測量工作，而且它在降低成本、提高工作效率的基礎(chǔ)之上，還可以保證高測量精度，是當(dāng)前高度測量方法中最為普遍的選擇。

但也并非所有建筑物都可以利用全站儀直接測量高度，其必須要滿足一個條件，即目標物的底部和頂部都可以設(shè)置棱鏡，如此利用全站儀所測量的高程差就是目標物的實際高度；如果只有目標建筑物底部可以設(shè)置棱鏡，就需要采取懸高測量的方式進行測量。首先在目標物底部安裝好棱鏡，然后通過全站儀測量出儀器與棱鏡的水平距離以及儀器與目標頂部的實際角度，再結(jié)合相應(yīng)的工程軟件計算出目標物的實際高度。

而對于目標物頂部和底部都無法安裝棱鏡的情況而言，則需要通過選點高度測量的方式來展開工作，即分別在兩塔桿處安置棱鏡，并且對其進行實時動態(tài)監(jiān)測，最后利用相應(yīng)的工程軟件對這四個觀測量進行計算，得出相應(yīng)的結(jié)果即可。這一方法在實際應(yīng)用中其測量的精確度與全站儀的傾斜距離、測量垂角、棱鏡的安裝精度等相關(guān)，需要相關(guān)工作人員在測量實際過程中對這些方面予以高度重視，并采取多元化措施來提高其精確度。

7 利用測高儀測量

測高儀是一個具有綜合性特征的手持快速測量儀器，既可以利用激光進行距離測量，也可以通過傳感器測量角度，其自身輕巧、靈活且操作方便。在利用測高儀進行測量之時，其可測量的量程會隨著目標的尺寸和反射性的變化而有所變化，最高可以達到1000m；同時還可以通過其內(nèi)部的電子傾斜傳感器的作用來測量目標物的傾斜程度，其精確度最高能達到0.1度，兩者的共同作用可以得到目標物的實際高度。

另外，利用測高儀進行高度測量之時，其精確度會受到目標物的物理特征以及外部情況的影響，例如目標物的反射性、顏色、空氣條件等。

一般情況下會存在以下幾方面的規(guī)律：反射面積較大的測量效果更佳；物體越粗糙，測量效果更佳；相對于水平物體而言，垂直物體的瞄準率更高；相對于白色而言，黑色物體的量程更短。另外，利用測高儀進行高度測量，這一方法主要應(yīng)用于建筑施工、地質(zhì)勘測等領(lǐng)域。

8 結(jié)束語

綜上所述，在進行工程測量的過程中，高度測量作為其中最為重要的一部分，應(yīng)當(dāng)引起相關(guān)部門以及領(lǐng)導(dǎo)人員的高度重視，并且在現(xiàn)有的基礎(chǔ)之上探究多元化的測量方法，以盡可能提高測量準確性和測量效率，為工程的順利推進奠定堅實基礎(chǔ)。

就當(dāng)前而言，其中最為常用的測量方法主要包括六個方面，即鋼尺測量、鋼尺和水準儀同時作用進行測量、鋼尺和經(jīng)緯儀同時作用測量、以GPS為基礎(chǔ)進行測量、全站儀測量、測高儀測量等。當(dāng)然，每種方法的適用范圍、測量精確度都有所不同，相關(guān)部門以及工作人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際情況選擇不同方法，以盡可能提高高度測量效率。