淺談Leica TS60在航道測(cè)量上的應(yīng)用

黃志喜 廣東省西江航道事務(wù)中心西江航標(biāo)與測(cè)繪所

隨著科技的不斷發(fā)展，測(cè)繪儀器的日新月異，新技術(shù)、高精度儀器可以改變我們傳統(tǒng)的測(cè)量方法。在實(shí)際工作中探究高新測(cè)繪儀器在航道測(cè)量中的應(yīng)用，提高工作效率和工作質(zhì)量，跟上時(shí)代的步伐，更好地為航道事業(yè)做貢獻(xiàn)。

1.Leica TS60在跨河水準(zhǔn)測(cè)量上的應(yīng)用

傳統(tǒng)的幾何水準(zhǔn)，無(wú)論光學(xué)水準(zhǔn)儀還是電子，由于測(cè)量視線短，跨越距離小于400m，無(wú)法應(yīng)用于西江跨河水準(zhǔn)測(cè)量中。長(zhǎng)期以來(lái)長(zhǎng)距離跨河高程傳遞多采用傳統(tǒng)的GPS高程測(cè)量法和水面高程傳遞法進(jìn)行測(cè)量，存在精度低、工作量大、需要時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，無(wú)法滿足新時(shí)代的需求，注定被淘汰。隨著科技的不斷發(fā)展，電子全站儀技術(shù)非常成熟，其中Leica TS60以0.5″的測(cè)角精度，0.6mm+1ppm的測(cè)角精度，1200m以上的有棱鏡測(cè)程，還具備了最穩(wěn)定的自動(dòng)照準(zhǔn)功能成為其中的佼佼者。而這些高精度、高穩(wěn)定性的儀器為我們實(shí)施跨河水準(zhǔn)精密三角高程測(cè)量提供了保障。

四邊形法三角高程測(cè)量步驟：跨河地段兩岸按照?qǐng)D1所示的圖形進(jìn)行選點(diǎn)，跨越地點(diǎn)應(yīng)選在河面狹窄，地基穩(wěn)固之處，觀測(cè)時(shí)視線距離水面高度大于3m。A、B、C、D點(diǎn)均作為跨河點(diǎn)進(jìn)行埋樁，4點(diǎn)可作為儀器和對(duì)中桿架設(shè)點(diǎn)，其中A與B、C與D之間距離大致相等。

一個(gè)跨河時(shí)段的觀測(cè)程序如下：

圖1 西江某段四邊形法精密三角高程測(cè)量跨河示意圖

（1）首先用傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)量方法得到A、B的高差和C、D的高差；

（2）將兩臺(tái)Leica TS60分別架設(shè)在A、C上（可不精確對(duì)中），在B、D點(diǎn)分別架設(shè)強(qiáng)制對(duì)中桿，并精確對(duì)中整平，注意兩對(duì)中桿桿高一致。兩全站儀同時(shí)觀測(cè)分別B、D棱鏡，求得B與D之間的高差；

（3）保持一岸全站儀和棱鏡位置不變，另一岸儀器和棱鏡調(diào)換位置，重復(fù)（2）操作，分別得出A與C、A與D和B與C的高差。

通過(guò)上述不同的觀測(cè)順序得到四條跨河邊的高差，然后組成三個(gè)獨(dú)立的三角形：△ABC、△ABD和△ACD（或者△BCD），分別求出三個(gè)三角形的閉合差，并進(jìn)行平差計(jì)算，最后可得出AC、BD、BC和AD邊的高差值。

采用同步對(duì)向觀測(cè)法可以有效抵消球氣差影響；采用高精度全站儀Leica TS60自動(dòng)照準(zhǔn)全站儀，避免人為照準(zhǔn)誤差；采用強(qiáng)制對(duì)中桿避免量高誤差影響。以上條件保障了高精度全站儀長(zhǎng)距離四等或以上跨河水準(zhǔn)得以實(shí)現(xiàn)。

2.Leica TS60在跨河橋梁通航凈空尺度測(cè)量上的應(yīng)用

針對(duì)大橋凈空尺度測(cè)量我們一直以來(lái)使用傳統(tǒng)的全站儀和皮尺，用角度交匯法來(lái)計(jì)算大橋的凈空。由于大部分橋梁工作人員無(wú)法到達(dá)橋梁底面，無(wú)法直接量取橋梁底面高程，常規(guī)的測(cè)量工具施測(cè)困難，耗時(shí)耗力，誤差較大，無(wú)法適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展。隨著電子全站儀的發(fā)展，無(wú)棱鏡全站儀的出現(xiàn)及其精度的不斷提高，為我們的橋梁通航凈空尺度測(cè)量提供了方便、準(zhǔn)確的設(shè)備和方法。Leica T60全站儀采用了3Point EDM技術(shù)，整合了相位光斑小、精度高以及脈沖的測(cè)程遠(yuǎn)等技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)棱鏡測(cè)程可達(dá)到1000m，同時(shí)精度可達(dá)2mm+2ppm。完全滿足西江上所以橋梁的通航凈空尺度測(cè)量的要求。

橋梁通航凈空尺度測(cè)量的步驟：

下面以航道測(cè)量中，成功采用Leica TS60無(wú)棱鏡全站儀測(cè)量技術(shù)，完成橋梁的凈空尺度測(cè)量為例，簡(jiǎn)述橋梁通航凈空尺度測(cè)量的步驟。

2.1 前期準(zhǔn)備

施測(cè)當(dāng)天應(yīng)選陰天或者天氣晴朗溫度不宜過(guò)高、無(wú)霧霾、無(wú)熱流的天氣，這樣儀器的工作狀態(tài)和橋面的反射程度較好。首先到大橋現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，選取測(cè)站點(diǎn)。選取測(cè)站點(diǎn)應(yīng)注意：

（1）測(cè)站點(diǎn)應(yīng)可視施測(cè)范圍，即如圖2所示大橋兩側(cè)橋邊沿最低位置；

（2）測(cè)站點(diǎn)與施測(cè)范圍不得超過(guò)Leica TS60的有效測(cè)程1000m（最好控制在800米內(nèi)）。若大橋跨度較長(zhǎng)的，應(yīng)分別在大橋的兩岸或者上下游加架設(shè)測(cè)站，多角度多方向測(cè)量，減小測(cè)距，避免因超距或者遮擋造成的數(shù)據(jù)缺失，并對(duì)重復(fù)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，查缺補(bǔ)漏；

（3）測(cè)站與測(cè)點(diǎn)的反射面角度盡可能最大，垂直時(shí)無(wú)棱鏡的測(cè)距效果最佳；

（4）綜合b、c兩點(diǎn)，測(cè)站位置既要不超過(guò)全站儀的測(cè)程的情況下，又要拉開(kāi)與橋梁的距離，盡量靠攏施測(cè)范圍的中心位置，以保持較好的反射面，增加測(cè)量角度。最終的測(cè)站要根據(jù)實(shí)地勘，綜合多方面條件才能得出最佳的位置。

圖2 賀江一橋（舊）施范圍測(cè)示意圖

圖3 操作流程圖

2.2 外業(yè)施測(cè)階段

在選好的測(cè)站上架好Leica TS60無(wú)棱鏡全站儀，進(jìn)行多后視定向。定向完成后，在同一測(cè)站對(duì)目標(biāo)施測(cè)范圍進(jìn)行三次以上的重復(fù)測(cè)量，保存好每次數(shù)據(jù)，畫(huà)好草圖，記錄好信息，以便內(nèi)業(yè)作圖和數(shù)據(jù)對(duì)比。施測(cè)過(guò)程中應(yīng)注意：

（1）后視定向中有棱鏡模式和橋區(qū)施測(cè)中無(wú)棱鏡模式的切換，且注意無(wú)棱鏡模式下桿高必須為0；

（2）多測(cè)站時(shí)，兩測(cè)站間的數(shù)據(jù)必須要有覆蓋，以便后期數(shù)據(jù)對(duì)比和精度計(jì)算；

（3）確定通航孔及其大概最高點(diǎn)，施測(cè)時(shí)對(duì)其進(jìn)行加密反復(fù)施測(cè)，以便有足夠的的數(shù)據(jù)求出準(zhǔn)確的凈寬和凈高。

2.3 內(nèi)業(yè)處理

橋梁的通航凈空是指跨越航道的橋梁保證船舶安全航行的應(yīng)有凈空。包括通航凈高和通航凈寬。通航凈高是指最高通航水位以上至橋梁結(jié)構(gòu)的最下緣之間的凈空高度。凈空寬度是指最低通航水位時(shí)跨越航道的橋梁墩柱間的凈空寬度。

外業(yè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集完成后，可直接將數(shù)據(jù)換成所需的數(shù)據(jù)格式，并下載到計(jì)算機(jī)里，保存DAT格式。再通過(guò)在Auto CAD上二次開(kāi)發(fā)的廣東省航道數(shù)字化系統(tǒng)進(jìn)行展點(diǎn)，并根據(jù)草圖記錄繪立面圖（如圖4）。根據(jù)立面圖可以了解到橋梁的凈空凈高，清楚直觀的看出橋梁是否滿足通航要求。

圖4 賀江某立面圖

3.結(jié)束語(yǔ)

Leica TS60超高精度全站儀的出現(xiàn)，改變了我們傳統(tǒng)的測(cè)量作業(yè)方式，使得測(cè)量作業(yè)更準(zhǔn)、更快，從而獲得更優(yōu)質(zhì)的測(cè)量數(shù)據(jù)和創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效率。