三角高程代替水準測量文獻綜述

李金閣

【摘要】三角高程測量具有簡單快熟的優(yōu)點，具有廣闊的應用前景，本文介紹了三角高程測量的一些測量方法，總結了三角高程測量方法的幾個實際問題，為廣大科研工作者提供參考依據(jù)。

【關鍵詞】三角高程，全站儀，水準測量。

1、三角高程測量的優(yōu)點

傳統(tǒng)的水準測量雖然精度較高，但是有測量速度慢、工作強度大等缺點，尤其是在山區(qū)，由于測量環(huán)境差，測站增多，測量效率非常低。而三角高程測量是由測站向照準目標觀測垂直角和它們之間的水平距離或者斜距，計算測站點與照準點間高差的一種方法。這種觀測方法簡單，而且不受地形條件的限制[1]。

目前，全站儀在測角和測距方面都有了很大的提高。據(jù)了解，徠卡TS30測量機器人測角精度達到了0.5秒，測距精度達到1mm + 1ppm。這大大的促進了三角高程測量技術的發(fā)展。并且全站儀具有測量手段簡單、計算速度快等優(yōu)點[2]。

2、三角高程與水準等級的研究現(xiàn)狀

由三角高程測量原理可知，使用三角測量的方法可以減少工作量，特別是在山區(qū)無法進行水準測量的時候，三角高程測量可以方便測量高程。對于測量精度很多專家學者進行了大量的研究。

在文獻[2]中，介紹了三角高程測量發(fā)展過程，有些學者認為由三角高程測量自身原因的限制，使用三角高程不能普遍代替三四等水準測。文獻[2]中提出下面兩個問題：

（1）在同等距離兩點間進行高程測量， 三角高程測量誤差與距離成正比；而水準高程測量誤差與距離的平方根成正比。因此， 水準高程測量精度高于三角高程測量精度。

（2）三角高程測量誤差與測站數(shù)的平方根成反比，測站數(shù)越少， 誤差反而越大；水準高程測量精度與測站數(shù)的平方根成正比， 測站數(shù)越少，誤差越?。灰虼怂疁蕼y量精度優(yōu)于三角高程測量精度。

由以上兩點可認為不能因全站儀測距精度的提高而提高高程測量精度。因此，全站儀三角高程測量無法普遍代替水準高程測量，尤其在高等級基平測量中必須采用水準測量。

文獻[3][4]中提出，三角高程測量可以代替水準測量。陳帥和張維麗等提出使用中間法三角高程測量可以代替三、四等水準測量。這種方法要求在測量時把觀測邊邊長、垂直角限制在一定范圍內，不量取儀器高、棱鏡高進行高程測量。

由于在測量過程中保持了前后視距大致相等，此種方法的大氣折光系數(shù)變化是相當小的，期對誤差的影響也較小，可以忽略不計。

文獻[5][6]中，作者在研究過程中，通過工程實例驗證三角高程測量代替三等水準測量是可行的。

經(jīng)過研究，一些學者認為三角高程測量可以代替二等水準測量，文獻[7]中，沈忱等提出在有條件的情況下可使用三角高程代替二等水準。作者使用徠卡TM30測量機器人進行三角高程測量，采取六測回的測量形式，將儀器和覘標均架設于控制網(wǎng)觀測墩上，使之強制對中。通過實際測量驗證，得出垂直角的增大對高差精度影響很小，而邊長對高差精度影響較大的結論。根據(jù)二等水準測量規(guī)范，當邊長在3000m以內時可以滿足二等限差，使用TM30測量機器人精密三角測量可代替二等水準測量。

文獻[8]中，使用對向觀測法，對邊、角各觀測四個測回，在豎直角<15°、邊長<2000m時，三角高程對向觀測中誤差1mm，滿足《二等水準測量規(guī)范》中每公里往返測高差的精度。

文獻[9]中，張正祿等研究了在精密三角高程測量中，可以使用代替一等水準測量。在他的研究中，使用往返測來抵消球差的影響。通過觀測不同時段的高差并與精密水準測量相比較，計算出某一方向的K的離散值，再擬合得到K值隨時間變化的曲線，用它作為該地區(qū)的K值。在邊長不宜超過600m，觀測角度不宜超過30°的情況下，使用強制觀測墩，同時要用一等幾何水準方法測量其高程的一部分網(wǎng)點作為三角高程網(wǎng)嚴密平差的已知點（約占1/3左右）。最后通過實例驗證，得出可以使用三角高程測量代替一等水準的結論。

文獻[10]中，賀春梅、明祖濤等使用TCA2003測量機器人進行跨河水準測量，每公里測量偶然中誤差=±0.28mm。小于規(guī)范規(guī)定的±0.45mm的要求。閉合線路閉合差為-0.85mm，小于允許的6mm的要求。滿足一等水準測量。

3、三角高程測量中的一些問題

在三角高程測量中，大氣折光是不可避免的一個問題。文獻[11]中作者提出了一種利用偶數(shù)站高低棱鏡對象觀測高差閉合差為0來改正大氣折光反演系數(shù)的方法，高精度地得到工程所在區(qū)域各時刻各方向的大氣折光系數(shù)，提高了三角高程測量精度。

文獻[12]中，作者通過實驗驗證，得出以下結論：大氣折光系數(shù)K值在一天內的變化大致在中午前后數(shù)值最小，也比較穩(wěn)定；日出日落時數(shù)值變化最大，變化也快。

文獻[13]中，段恩新提出一種不使用強制對中樁的情況下使用對中桿以減少誤差的方法，使棱鏡誤差精度達到1mm的要求。在文中還提出天頂角大小對高差影響不大可不予限制的結論，同時指出考慮到全站儀系統(tǒng)誤差（ 豎軸、橫軸、視準軸等） 與豎直角大小成正比的影響，復雜環(huán)境下測量時豎直角宜限制在 20° 以內。

4、結論與展望

（1）與傳統(tǒng)的水準測量相比，三角高程的具有受地形限制小、轉點少、效率高等優(yōu)點，尤其適合我國中西部地區(qū)進行高程測量。

（2）水準式、對向觀測等三角高程測量方法可有效提高三角高程測量精度，滿足工程實踐的需要。

（3）三角高程測量要特別注意大氣折光的影響，采用合適的方法可在一定程度上減弱大氣折光的影響，但其影響很難有效的控制。這也是今后三角高程測量需要努力解決的一個方向。

5、參考文獻

[1]劉秋麗. 淺析在復雜山區(qū)利用全站儀進行地形測量的技術和方法[J]. 大科技·科技天地，2011，（5）.

[2]陳峰.三角高程測量替代水準測量初探[J].鐵道勘測與設計，2006，6：45～46.

[3]李林.用三角高程測量法代替三四等水準測量的可行性研究[J].同煤科技，2005.（4）：37～38.

[4]陳帥，張維麗.三角高程測量代替三、四等水準測量研究[J].湖北廣播電視大學學報，2012.3（32）：159～160.

[5]石光，馬耀昌，馮麗等.山區(qū)對向三角高程測量代替三等水準的應用研究[J].科技視野，2013.（33）：392～393.

[6]李方彥.精密三角高程測量代替三等水準測量的研究[J].科技傳播，2011，（6）：91～92.

[7]沈忱，楊鳳蕓，胡松會.TM30測量機器人三角高程代替二等水準測量[J].遼寧工程技術大學學報，2012，3（31）：335～339.

[8]楊鳳蕓，趙文，劉玉梅.TM30三角高程代替二等水準測量的精度分析[J].沈陽建筑大學學報，2012，4（28）：657～622.

[9]張正祿，鄧勇，羅長林等.精密三角高程代替一等水準測量的研究[J].武漢大學學報，2006，1（31）：5～8.

[10]何春梅，明祖濤.利用三角高程代替一等跨河水準的可行性研究[J].海洋測繪，2006，6（26）：25～27.

[11]龍四春，袁帥華.大氣折光系數(shù)修正與高精度三角高程測量[J].公路交通科技，2009，6（26）：93～97.

[12]劉冬，鄭南山，王剛.精密跨河三角高程測量試驗研究[J].科技信息，2011，（12）：22～23.

[13] 段恩新. 復雜測區(qū)條件下精密三角高程測量技術的研究[J].石家莊鐵道大學學報，2012，25（3）：98～102.