天宝TSC3手簿与徕卡TS30全站仪在跨海三角高程测量中的应用

张建军，张超，刘兆权，宁进进

（中交一航局第二工程有限公司，山东 青岛 266071）

天宝TSC3手簿与徕卡TS30全站仪在跨海三角高程测量中的应用

张建军，张超*，刘兆权，宁进进

（中交一航局第二工程有限公司，山东 青岛 266071）

文章介绍了跨海高程控制测量的几种主要方法，结合港珠澳大桥岛隧工程控制网以及海中测量平台实际情况，采用测距三角高程法进行跨海高程控制测量。为满足国家二等水准测量规范要求，在天宝TSC3手簿中安装软件与徕卡TS30全站仪连接，提高测量数据精度。经实测数据分析，该软件的使用解决了测距三角高程测量中数据离散性大，数据筛选困难等问题，在多项精度指标上达到了国家二等水准测量规范要求。

跨海高程；控制测量；测距三角高程法；天宝TSC3手簿；徕卡TS30全站仪

0 引言

随着国家对交通基础设施建设投入的增加，已建成杭州湾跨海大桥[1]，青岛海湾大桥以及在建港珠澳大桥等工程，是我国在跨越江河湖海建设大型桥梁方面新的探索，也是强大综合国力的一种体现。然而这些工程在建设过程中存在以下困难：跨海长度大，定位精度要求高，水上施工难度大等等。提高控制测量的精度是保证桥梁施工质量的前提，而跨海高程控制测量又是控制测量中的难点，根据不同的测量条件以及精度要求选择不同的测量方法是跨海高程控制测量的关键。

1 跨海高程控制测量方法及选择

跨海高程测量方法有多种，包括光学测微法、倾斜螺旋法、经纬仪倾角法、测距三角高程法以及GPS测量法。

港珠澳大桥岛隧工程起于粤港分界线，止于西人工岛结合部非通航孔桥西端，全长约7 440 m。为保证港珠澳大桥岛隧工程施工顺利进行，提供精确测量基准，目前在东、西人工岛以及E17、E22管节北侧附近水域分别建设4个测量平台，分别命名为东人工岛测量平台、西人工岛测量平台、隧道1号测量平台、隧道2号测量平台。跨海高程测量工作就是在这4个平台之间进行，分别为西人工岛测量平台到隧道1号测量平台，隧道1号测量平台到隧道2号测量平台，隧道2号测量平台到东人工岛测量平台，在东西人工岛测量平台上各有一个高程已知的稳定高程控制点，以此形成一条附合水准路线。本次跨海水准测量最长跨距2 785m，光学测微法及倾斜螺旋法不宜采用。海上作业受到多种因素影响，GPS测量得到的正常高程精度难以达到稳定的毫米级别，不能满足本工程施工测量的要求。综合而言，拟采用测距三角高程法或经纬仪倾角法进行观测。考虑到经纬仪倾角法观测成本较高，且观测效率较低，所以本次跨海水准测量工作采用测距三角高程法。

2 测距三角高程法原理及要求

2.1 原理

传统测距三角高程法所用的仪器一般为全站仪，测量原理如图1所示。

图1 传统三角高程测量示意图Fig.1 Schematic diagram of traditional trigonometric leveling

欲在地面上A、B两点间测定高差hAB，A点设置仪器，B点竖立标尺。量取仪器高i和目标高v，测出倾斜视线IM与水平视线间所夹的竖角α，若A、B两点间的水平距离已知为S，则由图1可得两点间高差hAB为：

hAB=S tanα+i-v

若A点的高程已知为HA，则B点的高程为：

HB=HA+hAB=HA+S tanα+i-v

hAB的大小与仪器高、目标高、A、B两点的距离以及观测的垂直角有关。仪器高、目标高的测量误差均能控制在毫米级别，运用高精度测距仪观测距离，水平距离精度也可达到毫米级别，那么hAB的大小就与视线IM与水平视线间所夹的竖角α的正切值成正比。计算可得，当α值相差1″时，其正切值相差较小，差值约为0.000 004 848 1，但其系数S值较大。本次跨海水准测量最大跨距为2 785 m，角度相差1″时，高差相差约为1 cm。由此可看出，垂直角观测在控制跨海高程传递测量精度中的重要性，只有严格按照规范中的精度指标进行观测才能保证最终测量成果达到要求。

2.2 要求

根据GB/T 12897—2006《国家一、二等水准测量规范》[2]要求，采用测距三角高程法进行跨海水准测量时以跨海视线长度确定应观测的时间段数、测回数与限差。

结合本次跨海高程测量的现状，按照二等水准测量的要求，最少时段数应为12个时段，双测回数为24个，半测回组数为8个。远标尺观测时，在盘左位置用望远镜中丝精确照准远标尺上觇板标志或标灯4次，进行垂直度盘读数。4次照准读数之差不应大于3″。纵转望远镜，在盘右位置按盘左操作方法同样进行照准和读数。以上观测为一组垂直角观测，依同样方法进行其余各组的观测。根据规范要求，垂直角指标差互差为≤8″，同一标识垂直角互差≤4″。

海中测量平台受波浪水流作用会有微小晃动，在晃动的平台上常规的测量方法无法满足上述要求，必须找到合适的辅助手段才能进行观测。

3 软件介绍及使用

3.1 软件介绍

开发一套软件安装在天宝TSC3手簿内可以解决上述问题。在测量过程中，TSC3手簿与徕卡TS30全站仪建立数据联系，将一测回一组内的观测数据导入手簿内，并根据软件内相关公式对数据进行初步处理，在测量平台上外业观测中实现跨海水准测量从外业到内业的转换，软件内数据处理步骤如下。

检核全部数据达到设计要求，并初步视全部数据为有效；计算有效数据的均值；计算与均值的最大偏差；最大偏差如果大于允许值，视该观测值为无效；有效数据个数少于最少有效记录个数，则需补测；有效数据个数达到要求后，计算标准偏差；标准偏差大于限差，查找与均值最大偏差者，置其为无效数据[3]，返回第2步重新计算；模块结束。

由上述数据筛选要求编程，安装在手簿内，测量时通过设置全站仪以及手簿内的数据连接串口，使用全站仪配套的数据线使手簿与全站仪建立数据联系。

3.2 软件测试及数据分析

对软件进行测试以验证软件的功能。测试分为有软件及无软件。手簿设置一组内观测数据为12个，有效数据达到8个即可进行下一组观测。根据规范要求[3]，最大偏差设置为9″，标准偏差设置为5.2″。测试数据见表1、表2。

由表1、表2试验数据经统计得：盘左、盘右12个观测数据均在30 s内完成，有无软件下盘左盘右数据最大值与最小值相差分别为8″、27″和9″、35″，试验论证了在软件协助下垂直角观测偏差值在设置的最大偏差范围内。

表1 无软件垂直角观测数据Table 1 Verticalangleobservation datawith no software

表2 有软件垂直角观测数据Table 2 Verticalangleobservation datawith software

4 结语

通过理论和试验数据分析了多种跨海水准测量方法的实用性和可行性，结合港珠澳大桥的施工现状，选择测距三角高程法完成本次水准测量工作。针对二等水准测量的精度指标，指出运用常规的测量方法进行测量得到的结果无法达到规范要求，通过在天宝TSC3手簿内安装程序与徕卡TS30全站仪进行连接可以解决本次跨海水准测量的精度问题。

[1]李付伟，高淑照，刘成龙，等.ATR技术在杭州湾跨海大桥跨海三角高程测量中的应用[J].桥梁建设，2006（6）：61-64. LIFu-wei,GAO Shu-zhao,LIU Cheng-long,et al.Application of ATR technique to sea-crossing trigonometric leveling of Hangzhou Bay Sea-Crossing Bridge[J].Bridge Construction,2006(6):61-64.

[2]GB/T 12897—2006，国家一、二等水准测量规范[S]. GB/T 12897—2006,Specifications for the first and second order leveling[S].

[3]GB 50026—2007，工程测量规范[S]. GB 50026—2007，Code for Engineering Surveying[S].

App lication of Trimble TSC3 hand book and Leica TS30 total-station on sea-crossing trigonometric leveling

ZHANG Jian-jun,ZHANGChao*,LIU Zhao-quan,NING Jin-jin
（No.2 Eng.Co.,Ltd.ofCCCCFirstHarborEngineering Co.,Ltd.,Qingdao，Shandong266071,China）

Severalmainmethods of sea-crossing elevation control survey were introduced in this paper,and combiningwith actual situation of the control network and the measuring p latform in the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge island&tunnel project,we adopted the range trigonometric levelingmethod to carry the sea-crossing elevation control survey.Tomeet the requirements of national second-class leveling,we installed software in Trimble TSC3 hand book and connected with Leica TS30 total-station to improve the accuracy ofmeasurement data.By themeasured data analysis,the software used to solve the large discreteness and difficult screening of data during range trigonometric leveling,and achieves the national second-class leveling requirements in anumber ofprecision indexes.

sea-crossing elevation;control survey;range trigonometric leveling method;Trimble TSC3 hand book;Leica TS30 total-station

U655.541

A

2095-7874（2015）11-0029-03

10.7640/zggw js201511008

2015-10-19

张建军（1973— ），男，山东临沂人，高级工程师，副经理，港口与航道工程专业。*通讯作者：张超，E-mail：415258442@qq.com