測量機(jī)器人在水文遙測系統(tǒng)跨河水準(zhǔn)測量中的應(yīng)用

劉鑫 柳翠明

摘 要 結(jié)合南沙區(qū)水文遙測系統(tǒng)高程基準(zhǔn)項(xiàng)目中三等跨河水準(zhǔn)測量，詳細(xì)闡述了基于TM30測量機(jī)器人的三角高程測量的跨河水準(zhǔn)測量方法和施測過程，通過對(duì)儀器的改裝以及測量方法的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)儀器間跨河視線的同時(shí)對(duì)向觀測，大大減弱儀器高誤差、大氣折光誤差、地球曲率誤差等影響，可代替相應(yīng)等級(jí)水準(zhǔn)測量。

關(guān)鍵詞 測量機(jī)器人;跨河水準(zhǔn);三角高程測量

為滿足“智慧三防系統(tǒng)項(xiàng)目”的建設(shè)需要，提高南沙區(qū)的“三防”預(yù)警能力，需對(duì)區(qū)內(nèi)水文遙測工作基準(zhǔn)點(diǎn)、水閘泵站、約442km外江堤圍高程特征點(diǎn)實(shí)施高程測量，重建遙測基準(zhǔn)點(diǎn)，重新布設(shè)水準(zhǔn)網(wǎng)，重測水尺零位，通過整網(wǎng)聯(lián)測實(shí)現(xiàn)水位監(jiān)測的基準(zhǔn)統(tǒng)一。本文介紹TM30測量機(jī)器人三角高程法測量項(xiàng)目9處新增跨河水準(zhǔn)原理和方法，并分析該方法代替三等水準(zhǔn)的可靠性和可行性。

1 跨河水準(zhǔn)測量原理

水準(zhǔn)路線跨越河流是水準(zhǔn)測量中最復(fù)雜的工作之一，由于視線較長，使觀測時(shí)前后視線不能相等，而水準(zhǔn)標(biāo)尺上的分劃，在望遠(yuǎn)鏡中觀察就顯得非常細(xì)小，甚至無法辨認(rèn)，因而也就難以精確照準(zhǔn)水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃和無法讀數(shù)。

三角高程的測量原理：通過全站儀測量兩點(diǎn)間距離和豎直角來求算兩點(diǎn)間高差。常規(guī)三角高程法誤差受人工影響大，但使用測量機(jī)器人同時(shí)完成測距、測角，減小了人為影響，提高了跨河水準(zhǔn)測量精度[1]。

2 跨河水準(zhǔn)測量場地選定

2.1 場地選定

跨河場地應(yīng)選擇在水面較窄、土質(zhì)堅(jiān)實(shí)、便于設(shè)站和觀測的河段，應(yīng)盡可能有較高視線高度?？绾右暰€不得通過草叢（蘆葦）、干丘、沙灘的上方。

2.2 場地布設(shè)

本項(xiàng)目跨河場地按照四邊形方法布設(shè)，如圖1所示。在跨河兩岸分別選取兩個(gè)點(diǎn)如圖B1、I1和B2、I2跨河點(diǎn)，隨著觀測順序不同，4個(gè)點(diǎn)均可作為儀器和對(duì)中桿架設(shè)點(diǎn)，其中B1與I1之間，B2與I2之間距離大致相等，三等水準(zhǔn)路線聯(lián)測至B1、B2即可。

2.3 準(zhǔn)備工作

本項(xiàng)目采用徠卡TM30測量機(jī)器人，其測角精度為0.5″，測距為（0.6+1x10-6L）mm，ATR有效范圍為3000m，該儀器由伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，在機(jī)載系統(tǒng)軟件控制下完成自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)、測量目標(biāo)（水平角、垂直角和距離）和記錄觀測數(shù)據(jù)，通過對(duì)儀器的改裝以及測量方法的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)儀器間跨河視線的同步對(duì)向觀測。

測前還應(yīng)準(zhǔn)備兩岸各準(zhǔn)備1部對(duì)講機(jī)、手持氣象儀，每次測量都應(yīng)記錄空氣的溫度、氣壓、濕度，并輸入到全站儀做相應(yīng)設(shè)置。

3 實(shí)施過程

3.1 技術(shù)要求

本項(xiàng)目跨河水準(zhǔn)共11處，在確保成果正確的情況，充分利用已有跨河成果。利用2014年三等水準(zhǔn)跨河成果2處，本次新測跨河水準(zhǔn)9處，最短距離179米，最長距離1676米，觀測精度按照國家關(guān)于三等水準(zhǔn)規(guī)范要求執(zhí)行。

3.2 觀測方法

使用兩臺(tái)TM30測量機(jī)器人分別觀測1號(hào)、2號(hào)高低棱鏡組，4個(gè)點(diǎn)均可作為儀器和對(duì)中桿架設(shè)點(diǎn)，跨河兩岸分別觀測，測出四邊形每條邊的高差，從而可以計(jì)算四邊形的閉合差，然后按照邊長分配閉合差，通過強(qiáng)制對(duì)中桿高低棱鏡組的零點(diǎn)差的改正，求得精確的兩岸跨河測段的高差。

跨河水準(zhǔn)觀測宜在風(fēng)力微和，氣溫變化小的陰天進(jìn)行，當(dāng)雨后初晴和大氣變化較大時(shí)，均不宜觀測。視線內(nèi)影像跳動(dòng)劇烈、氣溫突變等情況下禁止觀測;對(duì)向觀測要保證在同時(shí)開始觀測，若時(shí)間相隔太久（大于30分鐘），必須重新進(jìn)行對(duì)向觀測;跨河觀測前，應(yīng)測量兩臺(tái)全站儀分別對(duì)應(yīng)的強(qiáng)制對(duì)中桿之間的零點(diǎn)差;觀測過程中，應(yīng)檢查對(duì)中桿的高度不變，否則應(yīng)該加入對(duì)中桿高度變化數(shù)值進(jìn)行改正[2]。

3.3 成果分析

由I2點(diǎn)安置儀器，照準(zhǔn)B1戰(zhàn)表測得垂直角α，平距為L，i為儀器高，ν為棱鏡高，為大氣錘子折光系數(shù)，R為地球半徑。B1點(diǎn)單向觀測高程為：

單向觀測高差為：H =（2）-（1），由此可見，三角高程法跨河水準(zhǔn)測量中，測量精度受測距、測角、儀器高量取、棱鏡高量取和大氣折光等誤差影響，由于同向視距接近相等且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地球半徑，因此，大氣折光對(duì)高差的影響可以忽略不計(jì)。

①根據(jù)本項(xiàng)目誤差影響分析，利用測量機(jī)器人的跨河水準(zhǔn)測量方法完全滿足三等水準(zhǔn)測量精度要求，可通過增加雙測回觀測數(shù)減小測角中誤差以提高觀測精度，滿足更高等級(jí)水準(zhǔn)測量規(guī)范要求;②跨河視線雖然應(yīng)保持一定高度，但兩岸跨河點(diǎn)的高差不應(yīng)相差太大，否則造成垂直角過大，使得測角誤差增大;③跨河兩岸同步對(duì)向觀測，可極大的提高精度，消除或者減弱儀器高誤差、大氣折光誤差、地球曲率誤差等影響;④從實(shí)際測量情況得知，邊長越短測邊精度越高，同岸點(diǎn)的距離以5～10米為宜[3]。

4 結(jié)束語

基于測量機(jī)器人同步自動(dòng)對(duì)向觀測進(jìn)行跨河水準(zhǔn)測量，方法簡便快捷，數(shù)據(jù)處理方便，且在后續(xù)水文遙測系統(tǒng)的高程基準(zhǔn)測量應(yīng)用中具有較大優(yōu)勢(shì)，在本次水文遙測系統(tǒng)高程基準(zhǔn)建設(shè)項(xiàng)目中發(fā)揮重要基礎(chǔ)作用，也使得測量機(jī)器人在水文遙感監(jiān)測工作進(jìn)一步探索提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 國家質(zhì)量監(jiān)督總局，國家標(biāo)準(zhǔn)化管委會(huì).國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范：GB/T 12898-2009[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[2] 孔寧，林鴻，歐海平，等.基于自動(dòng)照準(zhǔn)全站儀的精密三角高程測量代替二等水準(zhǔn)測量的研究與應(yīng)用[J].測繪通報(bào)，2016（2）：107-109.

[3] 劉忠林，薛維剛.精密跨河水準(zhǔn)測量方法與數(shù)據(jù)處理[J].測繪與空間地理信息，2009（4）：204-206.