精密三角高程代替二等水準測試方案

摘要：本文提出了用精密三角高程測量代替二等水準測量的具體方案，討論應采取的技術措施及一些注意事項。

關鍵詞: 三角高程測量 二等水準 大氣折光

1．工程概況

利用水平視線的幾何水準測量雖然可以獲得較高的精度，但是它的速度慢、勞動強度大，在長傾斜水準路線上也受折光影響，近年來還發現地球磁場對補償式水準儀的影響達2mm/km；同時，在丘陵或山地進行幾何水準測量有時是不可能的。隨著科學技術的不斷進步，尤其是光電測距技術和自動化控制技術的迅速發展，人們重新對三角高程測量給予了高度重視。

由武漢大學和鐵道第四勘察設計院共同完成的精密三角高程測量方法研究項目日前通過國家測繪局主持的成果鑒定。鑒定委員會專家認為，該成果開創了國內外大范圍、長距離精密三角高程測量代替二等水準測量的先例，達到了同類研究的國際先進水平，在雙棱鏡同時對向觀測、完全不量儀器高和覘標高等關鍵技術及工程應用上處于國際領先水平，具有廣泛應用前景。

內蒙古自治區地域遼闊，丘陵地、山地較多，很多高差起伏較大地區不適宜進行常規二等水準測量，急需一種新的測量手段在高差起伏較大地區代替二等水準測量。為此，我局經研究決定在涼城縣附近利用Ⅰ呼大23—Ⅰ呼大26四個水準點共三個測段水準線路，采用與武漢大學共同研制的新方法對精密三角高程測量代替二等水準測量的可行性進行檢測，若檢測符合二等水準要求，內蒙古自治區測繪事業局計劃將此新方法在全區范圍內全面推廣。

2．測試方案

為了驗證精密三角高程測量代替二等水準測量的可行性，內蒙古自治區測繪事業局于2011年10月在涼城縣城區附近利用Ⅰ呼大23—Ⅰ呼大26四個水準點共三個測段水準線路，采用與武漢大學共同研制的新方法對精密三角高程測量代替二等水準測量的可行性進行檢測，驗證全站儀在不同地形、不同時間段進行精密三角高程測量的精度。

項目組對國內目前完成的采用精密三角高程測量代替二等水準測量成功案例進行分析比較，認為采用精密三角高程測量代替二等水準測量所用全站儀垂直角的測角精度不應大于0.5秒。從目前國內現有全站儀分析，決定使用德國生產的徠卡TS30超高精度全站儀，該儀器快速（跟蹤測量測距時間＜0.15s）、精密（測角、測距精度高）、操作簡單、易學易懂、可靠，能在保證精度的前提下實現全自動長距離觀測，完全能夠達到二等水準的精度要求。

檢測中采用德國生產的徠卡TS30超高精度全站儀外接武漢大學自行研制的PDA手薄進行施測。采用精密三角高程測量方法，利用兩臺高精度自動目標識別全站儀，經必要加裝，實現同時對向觀測，削減了大氣垂直折光影響。通過對測段按偶數邊進行觀測，無需量取儀器高和覘標高，有效避免了由此帶來的測量誤差。

整個測試工作在涼城縣城區附近選取了地形類別（山地、丘陵地、平地）不同的三個測段，采用測段往返測高差不符值、同一測段各次觀測平均值作為每測段精確高差形式或附和路線的形式進行分析比較。共檢測線路三段，觀測線路十六段，檢測線路全長約35.26公里。

3．數據處理及結果分析

3.1 內蒙古自治區精密三角高程代替二等水準測量方法，利用兩臺高精度自動目標識別全站儀，經必要加裝，實現了同時對向觀測，削減了大氣垂直折光影響。通過對測段按偶數邊進行觀測，無需量取儀器高和覘標高，有效避免了由此帶來的測量誤差。該方法與幾何水準測量相比，大大降低了作業條件限制，顯著提高了作業效率。

3.2 內蒙古自治區精密三角高程代替二等水準外業測試采用測段往返測高差不符值、同一測段各次觀測平均值作為每測段精確高差或附和路線的形式進行分析比較。共選擇了檢測線路三段，觀測線路十六段，得到有效檢測分析數據51段，觀測時間合理，觀測方法得當，能夠滿足檢測的要求。

3.3 內蒙古自治區精密三角高程代替二等水準外業測試采用測段往返測高差不符值形式分析測段高程精度表、采用同一測段各次觀測平均值作為每測段精確高差分析測段高程精度表、采用水準附和路線形式分析線路高程精度表、誤差統計分析表列表如下：

通過對誤差統計分析表分析，檢測的各段線路誤差分布均勻，限差分布合理，檢測成果滿足國家二等水準測量要求。采用精密三角高程測量代替二等水準測量檢測時，其中平差結果及聯測線路高差表中的三段檢測線路超限是由于觀測條件不好，在中午觀測，大氣折光較大，影響觀測精度。測量中采取太陽中天前后約2h內（可根據地區、季節和氣象情況，適當增減，最短間歇時間不少于2h）禁止觀測來避免。

4．結論

（1）本次檢試，通過對內蒙古自治區精密三角高程代替二等水準外業檢測誤差統計分析認為，采用精密三角高程的測量方法可以代替二等水準測量。本次檢試成果可靠、準確，各項指標均符合檢測要求。

（2）采用精密三角高程測量代替二等水準測量所用全站儀垂直角的測角精度不應大于0.5秒，并帶有自動目標識別裝置。

（3）采用精密三角高程代替二等水準測量時，應采用對向觀測，嚴格按照GB /T12897-2006《國家一、二等水準測量規范》有關要求進行觀測計算。

（4）采用精密三角高程代替二等水準測量，觀測條件好、成像清晰時，觀測邊長一般應小于800米，特殊情況下不應大于1，000米；觀測、成像條件一般時，觀測邊長一般應小于500米，地形平坦觀測邊長一般應小于500米。

（5）精密三角高程測量方法簡單易行，測量速度較傳統水準測量方法快得多，是今后快速準確建立高程控制網的又一新途徑。