不量仪器高、棱镜高的三角高程测量技术在应用中的注意事项及改进措施

2011-07-04王国栋

科技传播 2011年20期

关键词：棱镜测量方法高程

王国栋

天津泰达滨海站建设开发有限公司，天津 300457

1 不量仪器高、棱镜高的三角高程测量方法的几何原理

不量仪器高、棱镜高的三角高程测量方法是不量取仪器高和棱镜高的情况下求得两点间高差，不存在仪器高和棱镜高的量取误差。

具体几何关系如下图所示：

三角高程测量几何关系图

A、B两点的高差hAB可表示为式（1）：

其中：hAB为前后视点的高差，S1，S2为仪器分别到前、后视点棱镜中心的倾斜距离，α1，α2为仪器分别到前、后视点的垂直角，R为地球平均曲率半径取R=6370km，为球气差系数，大气折光系数K可根据情况取值0.08～0.14之间。根据几何关系，仪器高没有参加计算，而棱镜高因为都为V，所以在计算过程中相抵消，所以观测过程中无须量测仪器高和棱镜高。

2 不量仪器高棱镜高的三角高程测量方法的操作要求

1）垂直角观测技术要求

垂直角测角标称精度小于±1.00″。

2）电磁波测距仪距离测量

测距仪的标称精度必须达到±1mm+1ppm。

3）棱镜操作要求

前后视所用的棱镜及定长棱镜支架必须是同一个，不必量取其高度。

4）观测要求

每次测量的技术要求如下表所示：

仪器观测技术指标

3 不量仪器高、棱镜高的三角高程测量方法的注意事项

不量仪器高及棱镜高的三角高程测量方法在具体操作中需要注意一些事项：

1）观测环境，在进行外业测量时一定要注意观测环境，在光线较强、气流对流显著、较近范围内存在大型机械作业时，尽量避免观测。建议在夜间作业，那样光线及周围环境都更为稳定；

2）选择合适的棱镜，对于测距精度在±1+1ppm的全站仪，如Leica TCA2003或Trimble S8，选择标准圆棱镜，外观上尽量选择十字丝较为清晰，粗细适中的新棱镜；

3）规范操作，严格按照操作要求进行观测，根据仪器的观测指标对观测数据进行检查，在观测过程中，视距在30～50米较为适中，前后视距差尽可能小于5m；棱镜的照准时，尽量选择人工照准十字丝中心，而不开启ATR1自动照准功能，因为自动照准受内部及外部的多重因素影响而使照准精度降低，而人工照准相对精度较高且可控性较强；

4）两次置镜的位置及仪器高在适宜的范围内尽可能加大差异，这样可以增加两次观测的独立性，从而加大可重复性观测精度的可靠性。

4 上述方法的改进措施

因为该方法的操作要求中规定前后视必须为同一棱镜和定长支架，但是在实际操作过程中会给测量带来很大不便，尤其是在两点间棱镜及支架传递极为不便的情况下，例如在在建桥梁等落差较大、交通不便构筑物上作业时。所以在尽可能不损失观测精度的前提下如何将操作过程简单化、作业安全化就变得必要了。解决的途径主要从定长支架和棱镜两个方面入手。首先是棱镜，除了先前所说的外观条件外，最重要的是其在与全站仪配合使用过程中的测距和测角精度的一致性，选择一定数量的棱镜，尽量利用强制观测墩对所有棱镜进行检测，挑选一对在测距和测角两方面都较为接近的棱镜。其次是定长支架，要求一组定长支架严格等长那是不可能的，只能是有一定长度差，在选材上要选择膨胀或变形系数较小的材质，制作工艺上的要求也相当高，尽可能一组定长支架的高度差控制在合理范围内。考虑到定长支架在存放、运输、受气温变化形变不一致等因素的影响，定长支架的不等长肯定会对观测高差产生影响。所以最理想的就是将定长支架做的有明显长段，一般相差0.5m为宜，在开始使用前对一组定长支架进行长度差测量，方法很简单，水准仪配合合适长度的水准尺，将定长支架依次立在同一点上，再在定长支架上直接立水准尺，将两次的水准尺读数相减就得到这组定长支架的长度差，可进行多次测量最终值取其中值.

通过一组棱镜及定长支架的使用，很好的避免了棱镜转移过程中的麻烦，较高地提高了观测效率，使得一组观测简单而顺畅，最关键是避免了在棱镜转移过程中人员及设备所存在的不安全因素。在观测精度方面，虽然增加了棱镜及定长支架组成的系统上存在的一定差值所产生的误差，但是由于观测时间缩短，提高了全站仪置镜的稳定性，而且A、B两点同时置镜，避免了在A、B两点上重复安置棱镜所产生的影响。实验过程中，将改进后的三角高程测量方法所测的高差与通过电子水准仪进行二等水准联测所测高差进行比较，两者的较差很小，达到亚毫米级。而且在目前已经建设成功的某高速铁路中，该技术被广泛应用于桥梁上下水准点的高程联测，所以实践也证明该技术的测站高程传递精度优于1.00mm。