高精度全站仪在涟水特大桥二等跨河水准中的应用分析

2013-04-16

铁道勘察 2013年2期

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津　300251)

1　工程概况

长昆客运专线涟水特大桥位于湖南省湘乡市水府庙库尾，全长756.42 m，桥址区内局部地段高差相对较大，坡度较陡，树林密集，通视情况不好；涟水河为常流性水体，水面距离在300～600 m，水深3 m，最大流速为4 m/s；大桥小里程河岸为河滩，地形平缓，过200 m为河堤，河堤到水面高度15 m，大里程距水面20 m为河堤，河堤至水面高度10 m。

2　跨河水准测量方案

结合现场的具体地貌进行跨河点布置，选择在涟河特大桥上游50 m(狭窄处)进行跨河测量，在两岸河堤上布设四个跨河点A、B、C、D，构成四边形，同岸近距点间距约为10 m，对岸的远距点约为600 m，从图1可以看出，跨河点构成的四边形ABCD有6条边，组成3个独立的闭合环。

外业观测按图2顺序进行，河两岸分别架设2台Leica TCA2003全站仪、两部定长棱镜脚架(免量仪器高)，使用对讲机协调确保对向观测同步，使用TCA2003的ATR自动照准和机载多测回测角软件，按照测回法获取对岸点间高差hBC、hBD、hAC、hAD，同岸点hAB、hCD使用Leica DNA03电子水平仪观测。

图1　跨河水准布置示意

图2　全站仪跨河对向观测顺序

3　跨河水准测量的精度估计

对全站仪对向观测高差误差来源及大小进行分析，主要有：垂直角观测误差，测距误差，大气垂直折光差，仪器高、目标高的量取误差和垂线偏差。由误差传播定理，可推得其观测高差中误差的计算公式为

(1)

(2)

由公式(1)可知，m1、m2、m3、m4即为影响三角高程测量精度的主要因素，分别为：测距误差、球气差、测角误差、量高误差。D远距点≈600 m，D近距点≈10 m，同岸点误差可忽略。两岸河堤高差为5 m，推算竖直角为0.48°，取α=0.5°，mΔk=±0.01，Leica TCA2003全站仪方向观测精度为0.5″，mα=±0.5″，电子度盘的最小分辨率为0.1″，测距精度ms=1 mm+10-6×D；全站仪对向观测消除了仪器高的量取误差，棱镜架使用定长装置免除了棱镜高量取误差；将上述各值代入公式(2)，各项测量误差见表1。

表1　三角高程跨河水准高差精度估计　mm

从表1可以看出，由精密误差公式推导近似误差计算公式时，使用高精度全站仪和定长装置，可忽略影响较小的误差，并消除量高误差。结合实际情况，估算各参数在不同取值的情况下mh的取值情况。现取α=1°，S=100 m，200 m，300 m，…，1 000 m代入公式(2)，分别计算测距误差m1、球气差m2、测角误差m3及对向观测高差中误差mh，见图3。

图3　跨河水准高差各项误差与跨河距离的关系

从图3可以看出，随着跨河长度的增加，高差中误差急剧增大。因此，在条件允许的情况下，尽可能选河道较窄处缩短跨河视线长度；高差误差的主要来源是测角误差和大气折光差(球气差)，使用高精度全站仪来提高测角精度，选择好天气和采用同时对向观测来减弱大气折光误差。

4　观测结果及数据分析

对TCA2003全站仪对向观测的四组自动观测数据进行整理，各项指标均均满足要求(见表2)。同岸点间高差使用电子水平仪往返观测hAB=0.101 5 m、hCD=0.058 2 m，各点间实测水准高差如图4所示。由于AB、CD距离较近，hAB、hCD、数值当作已知值，按照条件平差的原理对跨河水准网进行严密平差，6个观测值，3个多余观测，采用Helmert方差分量估计法，整个跨河水准网构成3个条件方程式，并对之进行精度计算。