精密三角高程測(cè)量在跨沅江水準(zhǔn)測(cè)量中的應(yīng)用

湯憲海

摘要：本文以常益長(zhǎng)鐵路二標(biāo)與一標(biāo)接頭處跨越沅江施工中水準(zhǔn)測(cè)量為依托，利用精密三角高程測(cè)量方法進(jìn)行跨沅江水準(zhǔn)測(cè)量，對(duì)本次精密三角高程在跨河水準(zhǔn)測(cè)量的布點(diǎn)方案及成果可靠性進(jìn)行分析說(shuō)明、總結(jié)，應(yīng)用于本工程，同時(shí)也為今后類(lèi)似工程的施工提供一定借鑒。

關(guān)鍵詞：三角高程;跨河水準(zhǔn);測(cè)量精度

1 引言

常益長(zhǎng)鐵路二標(biāo)與一標(biāo)接頭處跨越沅江水道，河寬約680m，跨河高程傳遞共計(jì)兩處，距離約730 m。如果采取水準(zhǔn)測(cè)量方式觀測(cè)需繞行到沅水大橋，往返需要繞行60km方可完成此項(xiàng)工作，且橋上車(chē)流量大，對(duì)人身安全和測(cè)量精度均有較大隱患，如采用精密三角高程方法完成此項(xiàng)工作既可以節(jié)省時(shí)間，又可以避免測(cè)量人員人身安全隱患，從而達(dá)到省時(shí)省工，安全高效的目的。

2 使用儀器

2.1 徠卡TS30或其他型號(hào)全自動(dòng)全站儀2臺(tái)，確保全站儀在有效檢定期內(nèi)，施測(cè)之前對(duì)儀器2C、i角、ATR自動(dòng)照準(zhǔn)等指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)。機(jī)載多測(cè)回測(cè)角程序，此程序具有學(xué)習(xí)一遍后自動(dòng)觀測(cè)功能，可以減小人眼由于視差所帶來(lái)的誤差。

2.2 徠卡TS30配套棱鏡三腳架2個(gè)、圓棱鏡頭2個(gè)，施測(cè)前對(duì)棱鏡三腳架進(jìn)行垂直度校準(zhǔn)。

2.3 電子水準(zhǔn)儀及配套銦鋼尺一套，水準(zhǔn)儀在有效檢定期內(nèi)，施測(cè)之前對(duì)儀器i角進(jìn)行校準(zhǔn)。

3 跨河水準(zhǔn)測(cè)量原理

觀測(cè)兩岸4個(gè)水準(zhǔn)轉(zhuǎn)點(diǎn)（雙線跨河水準(zhǔn)路線）形成大地四邊形閉合水準(zhǔn)路線，利用三角高程測(cè)量原理，采用智能型全站儀自動(dòng)進(jìn)行多測(cè)回三角高程觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離雙線跨河水準(zhǔn)線路高差、距離采集，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理;同一岸邊陸地上兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)用二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)，組成閉合的跨河高程網(wǎng)，最后實(shí)行成大地四邊形閉合水準(zhǔn)精密平差，評(píng)價(jià)觀測(cè)精度。跨河水準(zhǔn)原理示意圖如下圖3所示。

4 跨河水準(zhǔn)測(cè)量步驟及精度分析

4.1 跨河水準(zhǔn)測(cè)量步驟及要點(diǎn)

分別設(shè)置全站儀于Ⅰ、Ⅱ（隨機(jī)位置）兩處，于A、D處（埋設(shè)設(shè)標(biāo)高標(biāo)識(shí)）設(shè)置棱鏡（如圖3），棱鏡使用三叉對(duì)中桿對(duì)中，降低到對(duì)中桿最低高度。

第一步：通過(guò)置于Ⅰ處的1#全站儀測(cè)設(shè)D棱鏡的距離與豎直角，通過(guò)置于II處的2#全站儀測(cè)設(shè)A棱鏡的距離與豎直角，正倒鏡數(shù)據(jù)或高差各6個(gè)，兩者同時(shí)開(kāi)始。上述遠(yuǎn)鏡測(cè)量完成之后，通過(guò)置于Ⅰ處的1#全站儀測(cè)設(shè)A棱鏡的距離與豎直角，同時(shí)通過(guò)置于II處的2#全站儀測(cè)設(shè)D棱鏡的距離與豎直角，正倒鏡數(shù)據(jù)或高差各6個(gè)，表示一組數(shù)據(jù)測(cè)量完畢。

第二步：第一步的一組數(shù)據(jù)測(cè)量完成之后，檢查儀器及對(duì)中桿的整平情況，重新整平儀器及對(duì)中桿，然后重復(fù)上面的步驟，共測(cè)量8組。

第三步：將兩岸的儀器及對(duì)中桿同時(shí)對(duì)調(diào)，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(cè)量與第二步相同的組數(shù)。

第四步：根據(jù)兩岸測(cè)的原始數(shù)據(jù)或高差，計(jì)算AD點(diǎn)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(cè)量并計(jì)算第二條跨河線路的BC點(diǎn)高差。

4.2 高差計(jì)算及檢驗(yàn)是否滿(mǎn)足二等水準(zhǔn)要求

4.2.1 計(jì)算AD點(diǎn)的高差。

4.2.2 計(jì)算BC點(diǎn)的高差

同理，置站Ⅲ、Ⅳ時(shí)，測(cè)C、B兩點(diǎn)高差計(jì)算，計(jì)算步驟及過(guò)程按上面4.2.1中方式計(jì)算。

5 二等跨河水準(zhǔn)測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)計(jì)算及精度評(píng)定

5.1 檢驗(yàn)原理

由各計(jì)算公式可知，由于儀器及對(duì)中桿的兩岸對(duì)調(diào)，計(jì)算過(guò)程中可免除棱鏡（固定高）與全站儀的高度量測(cè)誤差。其中?HDC、?HBA兩段路線的高差通過(guò)電子精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)定，他們和C/B、A/D兩段高差組成大地四邊形閉合水準(zhǔn)（閉合水準(zhǔn)路線：?HAD～?HDC～?HCB～?HBA），進(jìn)行嚴(yán)密平差，計(jì)算閉合差及全中誤差，檢驗(yàn)是否滿(mǎn)足二等水準(zhǔn)限差要求。具體位置關(guān)系詳見(jiàn)上圖3。

5.2 外業(yè)觀測(cè)、內(nèi)業(yè)計(jì)算及精度評(píng)定

沅江北岸布設(shè)的水準(zhǔn)轉(zhuǎn)點(diǎn)A、B，沅江南岸布設(shè)水準(zhǔn)轉(zhuǎn)點(diǎn)C、D，形成A～D、B～C兩條跨漢水準(zhǔn)線路。其中A～D、B～C兩條跨漢水準(zhǔn)線路外業(yè)觀測(cè)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(gè)測(cè)回高差平均值匯總及各測(cè)回高差最大互差及限差分析。

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

經(jīng)計(jì)算，本次跨河水準(zhǔn)測(cè)量完全滿(mǎn)足《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》規(guī)定中 “每千米高差全中誤差≤2mm”的二等精度要求，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。

6 結(jié)語(yǔ)

采用對(duì)精密三角高程測(cè)量技術(shù)，采用適當(dāng)?shù)挠^測(cè)方案，合理布設(shè)現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)位，在一定的條件下完全可以利用全自動(dòng)全站儀的長(zhǎng)距離ATR功能采用精密三角高程測(cè)量方法代替跨河水準(zhǔn)測(cè)量。但是在實(shí)際操作過(guò)程中需要注意以下幾個(gè)問(wèn)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(duì)稱(chēng)的地點(diǎn)選點(diǎn)埋石，且兩岸地形高差起伏不宜過(guò)大。

6.2 宜選擇合理的觀測(cè)時(shí)間段進(jìn)行觀測(cè)，如陰天或沒(méi)有太陽(yáng)光的時(shí)間段。

6.3兩岸對(duì)向跨河觀測(cè)宜在同步進(jìn)行，這樣可以消除和減小大氣折光等因素的影響。

參考文獻(xiàn)：

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