余世安 中國(guó)核工業(yè)華興建設(shè)有限公司

1 前言

當(dāng)前工程測(cè)量中的高度測(cè)量方法非常之多，尤其是借助各種儀器的測(cè)量方法更是豐富多元，但各種方法的應(yīng)用范圍、測(cè)量精度又各有不同，相關(guān)部門(mén)以及領(lǐng)導(dǎo)人員可根據(jù)工程的實(shí)際性質(zhì)以及其他現(xiàn)實(shí)情況選擇不同的測(cè)量方法，以此實(shí)現(xiàn)測(cè)量效率最大化。但從學(xué)術(shù)的層面來(lái)看，當(dāng)前少有學(xué)者專門(mén)針對(duì)工程測(cè)量中的高度測(cè)量方法進(jìn)行專題研究，本研究一方面彌補(bǔ)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(shí)實(shí)在在的理論基礎(chǔ)和現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)。

2 鋼尺測(cè)量法

在對(duì)建筑物進(jìn)行高度測(cè)量時(shí)，其中使用時(shí)間最長(zhǎng)，也最為直接的一種方法就是通過(guò)鋼尺來(lái)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(gè)操作過(guò)程，可以選擇多人同時(shí)參與，避免操作存在差錯(cuò)。一般情況下，由于鋼尺的長(zhǎng)度以及人們操作鋼尺的局限性，當(dāng)建筑物高度太高時(shí)，很難直接測(cè)量高度，但也可以以鋼尺測(cè)量為基礎(chǔ)，借助相似性的原理進(jìn)行間接性測(cè)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(cè)量整個(gè)建筑物投影在地面上的高度，并通過(guò)相似性的原理來(lái)計(jì)算整個(gè)建筑物的高度。

在這一過(guò)程中，需要達(dá)到以下兩個(gè)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(zhǔn)確；二是要有平行光源，這樣才能使整個(gè)建筑物的高度投影到地面上，以此找到可測(cè)量的點(diǎn)。很顯然，利用這種方法來(lái)測(cè)量建筑物的高度之時(shí)，其測(cè)量結(jié)果是否精確在很大程度上與影子和標(biāo)桿的長(zhǎng)度存在聯(lián)系，如果標(biāo)桿和影子的長(zhǎng)度不合適或存在歪曲的現(xiàn)象，一方面會(huì)大幅度增加測(cè)量難度和測(cè)量工作量，另一方面也會(huì)降低測(cè)量結(jié)果的精確度。與此同時(shí)，這一方法在實(shí)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(biāo)桿的位置，所選擇的作業(yè)標(biāo)桿物也應(yīng)當(dāng)放置在需要測(cè)量的建筑物陰影的外表面，以便更好地測(cè)量。

3 結(jié)合經(jīng)緯儀和鋼尺的作用進(jìn)行測(cè)量

一般情況下，經(jīng)緯儀的主要作用在于測(cè)量角度，其中需要用到望遠(yuǎn)鏡度盤(pán)、度盤(pán)、水準(zhǔn)器等多個(gè)儀器。在進(jìn)行高度測(cè)量的過(guò)程中，具體操作如下：首先將經(jīng)緯儀放置在一個(gè)固定架上，然后通過(guò)光學(xué)對(duì)點(diǎn)器的作用來(lái)確定地面測(cè)站點(diǎn)和儀器中心的位置，盡可能使兩者對(duì)準(zhǔn)；再利用水準(zhǔn)器的作用將儀器放平，在望遠(yuǎn)鏡中確定好測(cè)量的具體位置；最后通過(guò)度盤(pán)的作用來(lái)測(cè)量目標(biāo)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(cè)量目標(biāo)物的角度，再輔以測(cè)量工程放樣、距離測(cè)量等，對(duì)于測(cè)量工作的順利推進(jìn)而言具有至關(guān)重要的作用和意義。就當(dāng)前而言，許多項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)技術(shù)人員架著一臺(tái)經(jīng)緯儀進(jìn)行測(cè)量工作，可見(jiàn)這一方法的普遍性。

具體測(cè)量方法可以參考以下案例：從建筑物上隨意選取一個(gè)高度，確定一個(gè)A，然后以同樣的高度在其水平200m處確定另一個(gè)點(diǎn)B，基于此來(lái)測(cè)量建筑物的高度CD。具體操作如下：可以在B點(diǎn)處安置一個(gè)經(jīng)緯儀，在完成一系列前期準(zhǔn)備工作之后，將儀器對(duì)準(zhǔn)A點(diǎn)，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況配置一個(gè)讀數(shù)1，并記錄其測(cè)量的結(jié)果，以同樣的方法測(cè)量照準(zhǔn)建筑物與地面接觸點(diǎn)C點(diǎn)的讀數(shù)2，此時(shí)可以得到讀數(shù)2和讀數(shù)1之間的一個(gè)角度差值，并且可以以同樣的原理和方法測(cè)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(guò)三角函數(shù)的計(jì)算而得。由此可見(jiàn)，這一測(cè)量方法的精確度與水平距離、∠CBA和∠DBA都有聯(lián)系，可在實(shí)際操作過(guò)程中對(duì)此操作進(jìn)行規(guī)范，確保其測(cè)量結(jié)果的精確性，進(jìn)而保證目標(biāo)建筑物的高度測(cè)量的準(zhǔn)確性。

4 利用水準(zhǔn)儀和鋼尺的作用進(jìn)行測(cè)量

當(dāng)目標(biāo)物的高度太高時(shí)，常規(guī)的鋼尺測(cè)高法無(wú)法發(fā)揮作用，除了可以配合經(jīng)緯儀進(jìn)行高度測(cè)量之外，還可以結(jié)合水準(zhǔn)儀的作用進(jìn)行高度測(cè)量。

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

在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，這一方法應(yīng)用的精確性主要與施工過(guò)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(jìn)行測(cè)量

當(dāng)前GPS已然成為一個(gè)熱門(mén)話題，它可以向全球提供精確度高、連續(xù)、實(shí)時(shí)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(shí)間對(duì)比、地質(zhì)勘測(cè)等各行各業(yè)都得到了有效應(yīng)用，這在很大程度上標(biāo)志著測(cè)量領(lǐng)域的改革和創(chuàng)新進(jìn)入了新的階段，也是工程測(cè)量中高度測(cè)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(shí)和幾何知識(shí)而來(lái)，它通過(guò)空間分布的行星以及這些行星與地面點(diǎn)間距離的交匯處來(lái)確定目標(biāo)物的實(shí)際位置。

從測(cè)量方法這一層面來(lái)看，它與測(cè)距后方交匯方法存在異曲同工之妙。在進(jìn)行高度測(cè)量之時(shí)，更為常用的技術(shù)是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位技術(shù)，它是以載波相位觀測(cè)測(cè)量為基礎(chǔ)而展開(kāi)的一種技術(shù)，它的基本操作原理是：選擇一個(gè)比較優(yōu)質(zhì)的基準(zhǔn)站，這個(gè)基準(zhǔn)站最為重要的要求就是其點(diǎn)位精準(zhǔn)度較高；然后在上面安裝一臺(tái)可以不間斷觀測(cè)所有可見(jiàn)衛(wèi)星的接收儀器，并詳細(xì)記錄這些數(shù)據(jù)，將其傳送到流動(dòng)站接收機(jī)，如此流動(dòng)站接收機(jī)既可以接收來(lái)自所有可見(jiàn)衛(wèi)星的信號(hào)數(shù)據(jù)，也可以接收基準(zhǔn)站的信號(hào)；最后利用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位技術(shù)進(jìn)行計(jì)算，明確其具體的坐標(biāo)和測(cè)量精度，并得到目標(biāo)物高度。

在這一過(guò)程中，為了確保GPS測(cè)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(cè)量技術(shù)的基本特征以及高程異常模式的精確度會(huì)在很大程度上影響這一測(cè)量過(guò)程的連續(xù)性和測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（2）在選擇離合模型的過(guò)程中，需要切實(shí)考慮高程異常模型使用時(shí)的實(shí)際需求，例如測(cè)區(qū)的現(xiàn)實(shí)情況、測(cè)量作業(yè)的精確度要求等。

（3）在利用GPS進(jìn)行建筑物高度測(cè)量的實(shí)踐過(guò)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)處理這些方面，要確保數(shù)據(jù)的科學(xué)性、真實(shí)性和有效性。

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

6 利用全站儀進(jìn)行測(cè)量

全站儀的功能比較強(qiáng)大，可以同時(shí)測(cè)量角度和距離這兩個(gè)方面，并且進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，這一儀器的合成涉及光學(xué)、電子元件等相關(guān)知識(shí)。利用全站儀進(jìn)行高度測(cè)量之時(shí)，只需要進(jìn)行一次安裝即可，也正是因?yàn)槿绱耍梢园鼣垳y(cè)站上的絕大部分測(cè)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(cè)量精度，是當(dāng)前高度測(cè)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(cè)量高度，其必須要滿足一個(gè)條件，即目標(biāo)物的底部和頂部都可以設(shè)置棱鏡，如此利用全站儀所測(cè)量的高程差就是目標(biāo)物的實(shí)際高度；如果只有目標(biāo)建筑物底部可以設(shè)置棱鏡，就需要采取懸高測(cè)量的方式進(jìn)行測(cè)量。首先在目標(biāo)物底部安裝好棱鏡，然后通過(guò)全站儀測(cè)量出儀器與棱鏡的水平距離以及儀器與目標(biāo)頂部的實(shí)際角度，再結(jié)合相應(yīng)的工程軟件計(jì)算出目標(biāo)物的實(shí)際高度。

而對(duì)于目標(biāo)物頂部和底部都無(wú)法安裝棱鏡的情況而言，則需要通過(guò)選點(diǎn)高度測(cè)量的方式來(lái)展開(kāi)工作，即分別在兩塔桿處安置棱鏡，并且對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，最后利用相應(yīng)的工程軟件對(duì)這四個(gè)觀測(cè)量進(jìn)行計(jì)算，得出相應(yīng)的結(jié)果即可。這一方法在實(shí)際應(yīng)用中其測(cè)量的精確度與全站儀的傾斜距離、測(cè)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(cè)量實(shí)際過(guò)程中對(duì)這些方面予以高度重視，并采取多元化措施來(lái)提高其精確度。

7 利用測(cè)高儀測(cè)量

測(cè)高儀是一個(gè)具有綜合性特征的手持快速測(cè)量?jī)x器，既可以利用激光進(jìn)行距離測(cè)量，也可以通過(guò)傳感器測(cè)量角度，其自身輕巧、靈活且操作方便。在利用測(cè)高儀進(jìn)行測(cè)量之時(shí)，其可測(cè)量的量程會(huì)隨著目標(biāo)的尺寸和反射性的變化而有所變化，最高可以達(dá)到1000m；同時(shí)還可以通過(guò)其內(nèi)部的電子傾斜傳感器的作用來(lái)測(cè)量目標(biāo)物的傾斜程度，其精確度最高能達(dá)到0.1度，兩者的共同作用可以得到目標(biāo)物的實(shí)際高度。

另外，利用測(cè)高儀進(jìn)行高度測(cè)量之時(shí)，其精確度會(huì)受到目標(biāo)物的物理特征以及外部情況的影響，例如目標(biāo)物的反射性、顏色、空氣條件等。

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

8 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在進(jìn)行工程測(cè)量的過(guò)程中，高度測(cè)量作為其中最為重要的一部分，應(yīng)當(dāng)引起相關(guān)部門(mén)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(cè)量方法，以盡可能提高測(cè)量準(zhǔn)確性和測(cè)量效率，為工程的順利推進(jìn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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