天寶TSC3手簿與徠卡TS30全站儀在跨海三角高程測量中的應用

張建軍，張超，劉兆權，寧進進

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

天寶TSC3手簿與徠卡TS30全站儀在跨海三角高程測量中的應用

張建軍，張超*，劉兆權，寧進進

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

文章介紹了跨海高程控制測量的幾種主要方法，結合港珠澳大橋島隧工程控制網以及海中測量平臺實際情況，采用測距三角高程法進行跨海高程控制測量。為滿足國家二等水準測量規范要求，在天寶TSC3手簿中安裝軟件與徠卡TS30全站儀連接，提高測量數據精度。經實測數據分析，該軟件的使用解決了測距三角高程測量中數據離散性大，數據篩選困難等問題，在多項精度指標上達到了國家二等水準測量規范要求。

跨海高程；控制測量；測距三角高程法；天寶TSC3手簿；徠卡TS30全站儀

0 引言

隨著國家對交通基礎設施建設投入的增加，已建成杭州灣跨海大橋[1]，青島海灣大橋以及在建港珠澳大橋等工程，是我國在跨越江河湖海建設大型橋梁方面新的探索，也是強大綜合國力的一種體現。然而這些工程在建設過程中存在以下困難：跨海長度大，定位精度要求高，水上施工難度大等等。提高控制測量的精度是保證橋梁施工質量的前提，而跨海高程控制測量又是控制測量中的難點，根據不同的測量條件以及精度要求選擇不同的測量方法是跨海高程控制測量的關鍵。

1 跨海高程控制測量方法及選擇

跨海高程測量方法有多種，包括光學測微法、傾斜螺旋法、經緯儀傾角法、測距三角高程法以及GPS測量法。

港珠澳大橋島隧工程起于粵港分界線，止于西人工島結合部非通航孔橋西端，全長約7 440 m。為保證港珠澳大橋島隧工程施工順利進行，提供精確測量基準，目前在東、西人工島以及E17、E22管節北側附近水域分別建設4個測量平臺，分別命名為東人工島測量平臺、西人工島測量平臺、隧道1號測量平臺、隧道2號測量平臺。跨海高程測量工作就是在這4個平臺之間進行，分別為西人工島測量平臺到隧道1號測量平臺，隧道1號測量平臺到隧道2號測量平臺，隧道2號測量平臺到東人工島測量平臺，在東西人工島測量平臺上各有一個高程已知的穩定高程控制點，以此形成一條附合水準路線。本次跨海水準測量最長跨距2 785m，光學測微法及傾斜螺旋法不宜采用。海上作業受到多種因素影響，GPS測量得到的正常高程精度難以達到穩定的毫米級別，不能滿足本工程施工測量的要求。綜合而言，擬采用測距三角高程法或經緯儀傾角法進行觀測。考慮到經緯儀傾角法觀測成本較高，且觀測效率較低，所以本次跨海水準測量工作采用測距三角高程法。

2 測距三角高程法原理及要求

2.1 原理

傳統測距三角高程法所用的儀器一般為全站儀，測量原理如圖1所示。

圖1 傳統三角高程測量示意圖Fig.1 Schematic diagram of traditional trigonometric leveling

欲在地面上A、B兩點間測定高差hAB，A點設置儀器，B點豎立標尺。量取儀器高i和目標高v，測出傾斜視線IM與水平視線間所夾的豎角α，若A、B兩點間的水平距離已知為S，則由圖1可得兩點間高差hAB為：

hAB=S tanα+i-v

若A點的高程已知為HA，則B點的高程為：

HB=HA+hAB=HA+S tanα+i-v

hAB的大小與儀器高、目標高、A、B兩點的距離以及觀測的垂直角有關。儀器高、目標高的測量誤差均能控制在毫米級別，運用高精度測距儀觀測距離，水平距離精度也可達到毫米級別，那么hAB的大小就與視線IM與水平視線間所夾的豎角α的正切值成正比。計算可得，當α值相差1″時，其正切值相差較小，差值約為0.000 004 848 1，但其系數S值較大。本次跨海水準測量最大跨距為2 785 m，角度相差1″時，高差相差約為1 cm。由此可看出，垂直角觀測在控制跨海高程傳遞測量精度中的重要性，只有嚴格按照規范中的精度指標進行觀測才能保證最終測量成果達到要求。

2.2 要求

根據GB/T 12897—2006《國家一、二等水準測量規范》[2]要求，采用測距三角高程法進行跨海水準測量時以跨海視線長度確定應觀測的時間段數、測回數與限差。

結合本次跨海高程測量的現狀，按照二等水準測量的要求，最少時段數應為12個時段，雙測回數為24個，半測回組數為8個。遠標尺觀測時，在盤左位置用望遠鏡中絲精確照準遠標尺上覘板標志或標燈4次，進行垂直度盤讀數。4次照準讀數之差不應大于3″。縱轉望遠鏡，在盤右位置按盤左操作方法同樣進行照準和讀數。以上觀測為一組垂直角觀測，依同樣方法進行其余各組的觀測。根據規范要求，垂直角指標差互差為≤8″，同一標識垂直角互差≤4″。

海中測量平臺受波浪水流作用會有微小晃動，在晃動的平臺上常規的測量方法無法滿足上述要求，必須找到合適的輔助手段才能進行觀測。

3 軟件介紹及使用

3.1 軟件介紹

開發一套軟件安裝在天寶TSC3手簿內可以解決上述問題。在測量過程中，TSC3手簿與徠卡TS30全站儀建立數據聯系，將一測回一組內的觀測數據導入手簿內，并根據軟件內相關公式對數據進行初步處理，在測量平臺上外業觀測中實現跨海水準測量從外業到內業的轉換，軟件內數據處理步驟如下。

檢核全部數據達到設計要求，并初步視全部數據為有效；計算有效數據的均值；計算與均值的最大偏差；最大偏差如果大于允許值，視該觀測值為無效；有效數據個數少于最少有效記錄個數，則需補測；有效數據個數達到要求后，計算標準偏差；標準偏差大于限差，查找與均值最大偏差者，置其為無效數據[3]，返回第2步重新計算；模塊結束。

由上述數據篩選要求編程，安裝在手簿內，測量時通過設置全站儀以及手簿內的數據連接串口，使用全站儀配套的數據線使手簿與全站儀建立數據聯系。

3.2 軟件測試及數據分析

對軟件進行測試以驗證軟件的功能。測試分為有軟件及無軟件。手簿設置一組內觀測數據為12個，有效數據達到8個即可進行下一組觀測。根據規范要求[3]，最大偏差設置為9″，標準偏差設置為5.2″。測試數據見表1、表2。

由表1、表2試驗數據經統計得：盤左、盤右12個觀測數據均在30 s內完成，有無軟件下盤左盤右數據最大值與最小值相差分別為8″、27″和9″、35″，試驗論證了在軟件協助下垂直角觀測偏差值在設置的最大偏差范圍內。

表1 無軟件垂直角觀測數據Table 1 Verticalangleobservation datawith no software

表2 有軟件垂直角觀測數據Table 2 Verticalangleobservation datawith software

4 結語

通過理論和試驗數據分析了多種跨海水準測量方法的實用性和可行性，結合港珠澳大橋的施工現狀，選擇測距三角高程法完成本次水準測量工作。針對二等水準測量的精度指標，指出運用常規的測量方法進行測量得到的結果無法達到規范要求，通過在天寶TSC3手簿內安裝程序與徠卡TS30全站儀進行連接可以解決本次跨海水準測量的精度問題。

[1]李付偉，高淑照，劉成龍，等.ATR技術在杭州灣跨海大橋跨海三角高程測量中的應用[J].橋梁建設，2006（6）：61-64. LIFu-wei,GAO Shu-zhao,LIU Cheng-long,et al.Application of ATR technique to sea-crossing trigonometric leveling of Hangzhou Bay Sea-Crossing Bridge[J].Bridge Construction,2006(6):61-64.

[2]GB/T 12897—2006，國家一、二等水準測量規范[S]. GB/T 12897—2006,Specifications for the first and second order leveling[S].

[3]GB 50026—2007，工程測量規范[S]. GB 50026—2007，Code for Engineering Surveying[S].

App lication of Trimble TSC3 hand book and Leica TS30 total-station on sea-crossing trigonometric leveling

ZHANG Jian-jun,ZHANGChao*,LIU Zhao-quan,NING Jin-jin
（No.2 Eng.Co.,Ltd.ofCCCCFirstHarborEngineering Co.,Ltd.,Qingdao，Shandong266071,China）

Severalmainmethods of sea-crossing elevation control survey were introduced in this paper,and combiningwith actual situation of the control network and the measuring p latform in the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge island&tunnel project,we adopted the range trigonometric levelingmethod to carry the sea-crossing elevation control survey.Tomeet the requirements of national second-class leveling,we installed software in Trimble TSC3 hand book and connected with Leica TS30 total-station to improve the accuracy ofmeasurement data.By themeasured data analysis,the software used to solve the large discreteness and difficult screening of data during range trigonometric leveling,and achieves the national second-class leveling requirements in anumber ofprecision indexes.

sea-crossing elevation;control survey;range trigonometric leveling method;Trimble TSC3 hand book;Leica TS30 total-station

U655.541

A

2095-7874（2015）11-0029-03

10.7640/zggw js201511008

2015-10-19

張建軍（1973— ），男，山東臨沂人，高級工程師，副經理，港口與航道工程專業。*通訊作者：張超，E-mail：415258442@qq.com