不量儀器高、棱鏡高的三角高程測量技術(shù)在應(yīng)用中的注意事項(xiàng)及改進(jìn)措施

　　摘要：不量儀器高、棱鏡高的三角高程測量方法很好地解決了高差較大的兩點(diǎn)之間的高程傳遞問題，操作簡便且精度較高，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于高速鐵路等建設(shè)項(xiàng)目的高精度測量中，效果良好。結(jié)合該技術(shù)的原理和操作要求，講解其具體應(yīng)用中的注意事項(xiàng)及改進(jìn)措施。

　　關(guān)鍵詞：三角高程，高精度，應(yīng)用，改進(jìn)措施

　　1.不量儀器高、棱鏡高的三角高程測量方法的幾何原理　

　　三角高程測量幾何關(guān)系圖

　　A、B兩點(diǎn)的高差可表示為式（1）：　　

　　其中：為前后視點(diǎn)的高差，為儀器分別到前、后視點(diǎn)棱鏡中心的傾斜距離，為儀器分別到前、后視點(diǎn)的垂直角，R為地球平均曲率半徑取R=6370km，為球氣差系數(shù)，大氣折光系數(shù)K可根據(jù)情況取值0.08～0.14之間。根據(jù)幾何關(guān)系，儀器高沒有參加計(jì)算，而棱鏡高因?yàn)槎紴閂，在計(jì)算過程中相抵消，所以觀測過程中無須量測儀器高和棱鏡高。

　　2.不量儀器高棱鏡高的三角高程測量方法的操作要求

　　操作要求主要有1.垂直角測角標(biāo)稱精度小于±1.00″，2.測距儀的標(biāo)稱精度必須達(dá)到±1mm+1ppm，3.前后視所用的棱鏡及定長棱鏡支架必須是同一個(gè)，4.觀測要求每次測量的技術(shù)要求如下表所示：

　　儀器觀測技術(shù)指標(biāo)

　　垂直角測量 距離測量

　　測回?cái)?shù) 兩次讀數(shù)差 測回間指標(biāo)差互差 測回差 測回?cái)?shù) 每測讀數(shù)次數(shù) 四次讀數(shù)差 測回差

　　4 ≤±1.0″ ≤±3.0″ ≤±2.0″ 4 4 ≤±2.0mm ≤±2.0mm　

　　3.不量儀器高棱鏡高的三角高程測量方法的精度分析

　　采用符合上述要求的測量儀器，觀測4個(gè)測回，高度角精度可達(dá)到1.40″，觀測若兩端視距，比較接近，取100m，距離中誤差為1.20mm。高度角控制在1度以內(nèi)，高度角控制在28度以內(nèi)，因視距，近似相等，大氣折光系數(shù)誤差可忽略。根據(jù)誤差傳播定理可知，高差的精度可表示為式（2）：　　

　　按上式估算，高差的精度為0.97mm，可確保高程傳遞精度優(yōu)于1.00mm。

　　4．不量儀器高、棱鏡高的三角高程測量方法的注意事項(xiàng)

　　不量儀器高及棱鏡高的三角高程測量方法在具體操作中需要注意一些事項(xiàng)：

　�。�1）觀測環(huán)境，在光線較強(qiáng)、氣流對流顯著、較近范圍內(nèi)存在大型機(jī)械作業(yè)時(shí)，盡量避免觀測。建議在夜間作業(yè)，那樣光線及周圍環(huán)境都更為穩(wěn)定。

　�。�2）選擇合適的棱鏡，對于測距精度在±1+1ppm的全站儀，如LeicaTCA2003或TrimbleS8，選擇標(biāo)準(zhǔn)圓棱鏡，外觀上盡量選擇十字絲較為清晰，粗細(xì)適中的新棱鏡。

　�。�3）規(guī)范操作，嚴(yán)格按照操作要求進(jìn)行觀測，在觀測過程中，視距在30～50米較為適中，前后視距差盡可能小于5m；棱鏡的照準(zhǔn)時(shí)，盡量選擇人工照準(zhǔn)，而不開啟ATR1自動照準(zhǔn)功能，因?yàn)樽詣诱諟?zhǔn)受內(nèi)部及外部的多重因素影響而使照準(zhǔn)精度降低，而人工照準(zhǔn)相對精度較高且可控性較強(qiáng)。

　　（4）在進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理時(shí)，最簡便的方法就是通過Excel編輯相關(guān)的計(jì)算表格，當(dāng)觀測值為垂直角和斜距時(shí)，所測高差的計(jì)算公式編輯可以如下：

　　5.上述方法的改進(jìn)措施

　　因?yàn)樵摲椒ǖ牟僮饕�求中�?guī)定前后視必須為同一棱鏡和定長支架，但是在實(shí)際操作過程中會給測量帶來很大不便，尤其是在兩點(diǎn)間棱鏡及支架傳遞極為不便的情況下。解決的途徑主要從定長支架和棱鏡兩個(gè)方面入手。首先是棱鏡，除了先前所說的外觀條件外，利用強(qiáng)制觀測墩對棱鏡進(jìn)行檢測，挑選一對在測距和測角兩方面都較為接近的棱鏡。其次是定長支架，在選材上要選擇膨脹或變形系數(shù)較小的材質(zhì)，制作上要盡可能對一組定長支架的高度差控制在合理范圍內(nèi)�？紤]到定長支架在存放、運(yùn)輸、受氣溫變化形變不一致等因素的影響，定長支架的不等長肯定會對觀測高差產(chǎn)生影響。所以最理想的就是將定長支架做的有明顯長段，一般相差0.5m為宜，在開始使用前對一組定長支架進(jìn)行長度差測量，方法很簡單，直接利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行定長支架的高度測量，如LeicaDNA03配合銦瓦尺所測的長度差精度可以達(dá)到0.01mm。如果一組定長支架的長度差很小，則認(rèn)為兩者等長，在數(shù)據(jù)處理時(shí)按照式（1）進(jìn)行高差計(jì)算。如果是一組有固定差值的定長支架，假設(shè)固定差值為L（L為正），則當(dāng)較短定長支架安置在A點(diǎn)時(shí)，A、B兩點(diǎn)高差計(jì)算如式（3）：

　　-L

　　當(dāng)較短支架安置在B點(diǎn)時(shí)，A、B兩點(diǎn)高差計(jì)算如下式（4）：

　　+L

　　實(shí)驗(yàn)過程中，將改進(jìn)后的三角高程測量方法所測的高差與通過電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行二等水準(zhǔn)聯(lián)測所測高差進(jìn)行比較，兩者的較差很小，達(dá)到亞毫米級。而且在目前已經(jīng)建設(shè)成功的某高速鐵路中，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于橋梁上下水準(zhǔn)點(diǎn)的高程聯(lián)測，所以實(shí)踐也證明該技術(shù)的測站高程傳遞精度優(yōu)于1.00mm。

　　6.結(jié)束語

　　伴隨著國家鐵路建設(shè)的大會戰(zhàn)，各大鐵路客運(yùn)專線也在緊鑼密鼓建設(shè)中，不量儀器高和棱鏡高的三角高程測量方法很好地解決了橋梁上下高程傳遞存在的問題，由于高程傳遞精度優(yōu)于1mm，所以能夠?yàn)榱荷辖�立高等級、高精度的水�?zhǔn)網(wǎng)提供技術(shù)保障。　　

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]康明、朱鶴等.不量儀器高、棱鏡高的三角高程測量方法.北京：測繪通報(bào).2002年09期

　　[2]高速鐵路工程測量規(guī)范2009版

　　[3]國家一、二等水準(zhǔn)GB_T_12897-2006