精密三角高程測量在跨沅江水準測量中的應用

湯憲海

摘要：本文以常益長鐵路二標與一標接頭處跨越沅江施工中水準測量為依托，利用精密三角高程測量方法進行跨沅江水準測量，對本次精密三角高程在跨河水準測量的布點方案及成果可靠性進行分析說明、總結，應用于本工程，同時也為今后類似工程的施工提供一定借鑒。

關鍵詞：三角高程;跨河水準;測量精度

1 引言

常益長鐵路二標與一標接頭處跨越沅江水道，河寬約680m，跨河高程傳遞共計兩處，距離約730 m。如果采取水準測量方式觀測需繞行到沅水大橋，往返需要繞行60km方可完成此項工作，且橋上車流量大，對人身安全和測量精度均有較大隱患，如采用精密三角高程方法完成此項工作既可以節省時間，又可以避免測量人員人身安全隱患，從而達到省時省工，安全高效的目的。

2 使用儀器

2.1 徠卡TS30或其他型號全自動全站儀2臺，確保全站儀在有效檢定期內，施測之前對儀器2C、i角、ATR自動照準等指標進行校準。機載多測回測角程序，此程序具有學習一遍后自動觀測功能，可以減小人眼由于視差所帶來的誤差。

2.2 徠卡TS30配套棱鏡三腳架2個、圓棱鏡頭2個，施測前對棱鏡三腳架進行垂直度校準。

2.3 電子水準儀及配套銦鋼尺一套，水準儀在有效檢定期內，施測之前對儀器i角進行校準。

3 跨河水準測量原理

觀測兩岸4個水準轉點（雙線跨河水準路線）形成大地四邊形閉合水準路線，利用三角高程測量原理，采用智能型全站儀自動進行多測回三角高程觀測，實現長距離雙線跨河水準線路高差、距離采集，然后對數據進行處理;同一岸邊陸地上兩個水準點用二等水準聯測，組成閉合的跨河高程網，最后實行成大地四邊形閉合水準精密平差，評價觀測精度。跨河水準原理示意圖如下圖3所示。

4 跨河水準測量步驟及精度分析

4.1 跨河水準測量步驟及要點

分別設置全站儀于Ⅰ、Ⅱ（隨機位置）兩處，于A、D處（埋設設標高標識）設置棱鏡（如圖3），棱鏡使用三叉對中桿對中，降低到對中桿最低高度。

第一步：通過置于Ⅰ處的1#全站儀測設D棱鏡的距離與豎直角，通過置于II處的2#全站儀測設A棱鏡的距離與豎直角，正倒鏡數據或高差各6個，兩者同時開始。上述遠鏡測量完成之后，通過置于Ⅰ處的1#全站儀測設A棱鏡的距離與豎直角，同時通過置于II處的2#全站儀測設D棱鏡的距離與豎直角，正倒鏡數據或高差各6個，表示一組數據測量完畢。

第二步：第一步的一組數據測量完成之后，檢查儀器及對中桿的整平情況，重新整平儀器及對中桿，然后重復上面的步驟，共測量8組。

第三步：將兩岸的儀器及對中桿同時對調，在與上次差不多相同的氣象條件下，按第一步、第二步的步驟，再測量與第二步相同的組數。

第四步：根據兩岸測的原始數據或高差，計算AD點的高差。

第五步：將全站儀移至第二條跨河線路III、IV處，棱鏡置于B、C處，按第一至第四步的步驟，測量并計算第二條跨河線路的BC點高差。

4.2 高差計算及檢驗是否滿足二等水準要求

4.2.1 計算AD點的高差。

4.2.2 計算BC點的高差

同理，置站Ⅲ、Ⅳ時，測C、B兩點高差計算，計算步驟及過程按上面4.2.1中方式計算。

5 二等跨河水準測量內業計算及精度評定

5.1 檢驗原理

由各計算公式可知，由于儀器及對中桿的兩岸對調，計算過程中可免除棱鏡（固定高）與全站儀的高度量測誤差。其中?HDC、?HBA兩段路線的高差通過電子精密水準儀進行測定，他們和C/B、A/D兩段高差組成大地四邊形閉合水準（閉合水準路線：?HAD～?HDC～?HCB～?HBA），進行嚴密平差，計算閉合差及全中誤差，檢驗是否滿足二等水準限差要求。具體位置關系詳見上圖3。

5.2 外業觀測、內業計算及精度評定

沅江北岸布設的水準轉點A、B，沅江南岸布設水準轉點C、D，形成A～D、B～C兩條跨漢水準線路。其中A～D、B～C兩條跨漢水準線路外業觀測記錄如下表5.2-1、表5.2-2所示，但由于篇幅所限，表5.2-2只做8個測回高差平均值匯總及各測回高差最大互差及限差分析。

A～D、B～C兩條跨江水準線路及兩岸的常規水準線路，組成大地四邊形閉合環的具體高差、距離詳見下表5.2-3所示。

經計算，本次跨河水準測量完全滿足《國家一、二等水準測量規范》規定中 “每千米高差全中誤差≤2mm”的二等精度要求，滿足設計的要求。

6 結語

采用對精密三角高程測量技術，采用適當的觀測方案，合理布設現場點位，在一定的條件下完全可以利用全自動全站儀的長距離ATR功能采用精密三角高程測量方法代替跨河水準測量。但是在實際操作過程中需要注意以下幾個問題：

6.1 需要保證跨河視線與水面的高度，盡量選擇兩岸地形基本對稱的地點選點埋石，且兩岸地形高差起伏不宜過大。

6.2 宜選擇合理的觀測時間段進行觀測，如陰天或沒有太陽光的時間段。

6.3兩岸對向跨河觀測宜在同步進行，這樣可以消除和減小大氣折光等因素的影響。

參考文獻：

[1]《國家一、二等水準測量規范》GB/T12897-2006;

[2]《高速鐵路工程測量規范》TB10601-2009;

[3]《工程測量規范》GB50026-2007

[4]孔祥元《掙制測量學》武漢大學出版社.2001;

[5]李軍國《測距三角高程法在鳧洲大橋跨河水準測量中的應用》（2008）。