精密三角高程测量在跨沅江水准测量中的应用

汤宪海

摘要：本文以常益长铁路二标与一标接头处跨越沅江施工中水准测量为依托，利用精密三角高程测量方法进行跨沅江水准测量，对本次精密三角高程在跨河水准测量的布点方案及成果可靠性进行分析说明、总结，应用于本工程，同时也为今后类似工程的施工提供一定借鉴。

关键词：三角高程;跨河水准;测量精度

1 引言

常益长铁路二标与一标接头处跨越沅江水道，河宽约680m，跨河高程传递共计两处，距离约730 m。如果采取水准测量方式观测需绕行到沅水大桥，往返需要绕行60km方可完成此项工作，且桥上车流量大，对人身安全和测量精度均有较大隐患，如采用精密三角高程方法完成此项工作既可以节省时间，又可以避免测量人员人身安全隐患，从而达到省时省工，安全高效的目的。

2 使用仪器

2.1 徕卡TS30或其他型号全自动全站仪2台，确保全站仪在有效检定期内，施测之前对仪器2C、i角、ATR自动照准等指标进行校准。机载多测回测角程序，此程序具有学习一遍后自动观测功能，可以减小人眼由于视差所带来的误差。

2.2 徕卡TS30配套棱镜三脚架2个、圆棱镜头2个，施测前对棱镜三脚架进行垂直度校准。

2.3 电子水准仪及配套铟钢尺一套，水准仪在有效检定期内，施测之前对仪器i角进行校准。

3 跨河水准测量原理

观测两岸4个水准转点（双线跨河水准路线）形成大地四边形闭合水准路线，利用三角高程测量原理，采用智能型全站仪自动进行多测回三角高程观测，实现长距离双线跨河水准线路高差、距离采集，然后对数据进行处理;同一岸边陆地上两个水准点用二等水准联测，组成闭合的跨河高程网，最后实行成大地四边形闭合水准精密平差，评价观测精度。跨河水准原理示意图如下图3所示。

4 跨河水准测量步骤及精度分析

4.1 跨河水准测量步骤及要点

分别设置全站仪于Ⅰ、Ⅱ（随机位置）两处，于A、D处（埋设设标高标识）设置棱镜（如图3），棱镜使用三叉对中杆对中，降低到对中杆最低高度。

第一步：通過置于Ⅰ处的1#全站仪测设D棱镜的距离与竖直角，通过置于II处的2#全站仪测设A棱镜的距离与竖直角，正倒镜数据或高差各6个，两者同时开始。上述远镜测量完成之后，通过置于Ⅰ处的1#全站仪测设A棱镜的距离与竖直角，同时通过置于II处的2#全站仪测设D棱镜的距离与竖直角，正倒镜数据或高差各6个，表示一组数据测量完毕。

第二步：第一步的一组数据测量完成之后，检查仪器及对中杆的整平情况，重新整平仪器及对中杆，然后重复上面的步骤，共测量8组。

第三步：将两岸的仪器及对中杆同时对调，在与上次差不多相同的气象条件下，按第一步、第二步的步骤，再测量与第二步相同的组数。

第四步：根据两岸测的原始数据或高差，计算AD点的高差。

第五步：将全站仪移至第二条跨河线路III、IV处，棱镜置于B、C处，按第一至第四步的步骤，测量并计算第二条跨河线路的BC点高差。

4.2 高差计算及检验是否满足二等水准要求

4.2.1 计算AD点的高差。

4.2.2 计算BC点的高差

同理，置站Ⅲ、Ⅳ时，测C、B两点高差计算，计算步骤及过程按上面4.2.1中方式计算。

5 二等跨河水准测量内业计算及精度评定

5.1 检验原理

由各计算公式可知，由于仪器及对中杆的两岸对调，计算过程中可免除棱镜（固定高）与全站仪的高度量测误差。其中?HDC、?HBA两段路线的高差通过电子精密水准仪进行测定，他们和C/B、A/D两段高差组成大地四边形闭合水准（闭合水准路线：?HAD～?HDC～?HCB～?HBA），进行严密平差，计算闭合差及全中误差，检验是否满足二等水准限差要求。具体位置关系详见上图3。

5.2 外业观测、内业计算及精度评定

沅江北岸布设的水准转点A、B，沅江南岸布设水准转点C、D，形成A～D、B～C两条跨汉水准线路。其中A～D、B～C两条跨汉水准线路外业观测记录如下表5.2-1、表5.2-2所示，但由于篇幅所限，表5.2-2只做8个测回高差平均值汇总及各测回高差最大互差及限差分析。

A～D、B～C两条跨江水准线路及两岸的常规水准线路，组成大地四边形闭合环的具体高差、距离详见下表5.2-3所示。

经计算，本次跨河水准测量完全满足《国家一、二等水准测量规范》规定中 “每千米高差全中误差≤2mm”的二等精度要求，满足设计的要求。

6 结语

采用对精密三角高程测量技术，采用适当的观测方案，合理布设现场点位，在一定的条件下完全可以利用全自动全站仪的长距离ATR功能采用精密三角高程测量方法代替跨河水准测量。但是在实际操作过程中需要注意以下几个问题：

6.1 需要保证跨河视线与水面的高度，尽量选择两岸地形基本对称的地点选点埋石，且两岸地形高差起伏不宜过大。

6.2 宜选择合理的观测时间段进行观测，如阴天或没有太阳光的时间段。

6.3两岸对向跨河观测宜在同步进行，这样可以消除和减小大气折光等因素的影响。

参考文献：

[1]《国家一、二等水准测量规范》GB/T12897-2006;

[2]《高速铁路工程测量规范》TB10601-2009;

[3]《工程测量规范》GB50026-2007

[4]孔祥元《挣制测量学》武汉大学出版社.2001;

[5]李军国《测距三角高程法在凫洲大桥跨河水准测量中的应用》（2008）。