TS30在跨江線纜垂弧測量中的應(yīng)用初探

桑百川

TS30在跨江線纜垂弧測量中的應(yīng)用初探

桑百川

(長江航道測量中心，湖北武漢430011)

跨江線纜垂弧目前已不再采用直接接觸法進(jìn)行測量，現(xiàn)行測量手段一般采用經(jīng)緯儀前方交會或全站儀加三維激光掃描的方法進(jìn)行。本文采用TS30全站儀的免陵鏡極坐標(biāo)方式在近距離對跨江電纜垂弧進(jìn)行測量，與經(jīng)緯儀前方交會法所獲得的成果數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，分析探索TS30在跨江線纜垂弧測量中的應(yīng)用方法和利弊，以供測量工作者參考。

TS30;跨江線纜;垂弧;測量;應(yīng)用

跨江線纜垂弧測量曾采用過點(diǎn)描法、切線法、直接水準(zhǔn)法等各種技術(shù)手段與方法，而水運(yùn)工程測量規(guī)范中認(rèn)為較方便并推薦使用的是點(diǎn)描法，它需要先測量并求出左、右懸掛點(diǎn)的坐標(biāo)，采用兩處經(jīng)緯儀分別架站交會測角確定，之后進(jìn)行逐點(diǎn)觀測，其主要目的是獲取垂弧最低點(diǎn)以計(jì)算航行凈空高度。近年來有作者利用CORS技術(shù)與全站儀相結(jié)合的方法進(jìn)行了嘗試，但垂弧高度仍是用懸高測量獲得，觀測工作量并沒有減少。TS30在近距離( 1 km)以內(nèi)可用免陵鏡的方式進(jìn)行碎部測量，且測角精度高，可直接嘗試在已知控制點(diǎn)上架站，并采用水準(zhǔn)法精確求取儀器高來進(jìn)行極坐標(biāo)測量以獲取垂弧的三維坐標(biāo)。

一、常規(guī)跨江線纜垂弧測量方法

架空線纜垂弧是指以桿塔為支持物而懸掛起來的呈弧形狀的曲線，跨江線纜垂弧是架空線纜垂弧在跨越江河湖泊時的特殊情況，因其線纜正下方一般不可到達(dá)，不能采用架空線路弧垂測量所采用的懸高法測量獲得，通常采用點(diǎn)描法、切線法、直接水準(zhǔn)法。其中方法在《內(nèi)河航道測量》中有詳細(xì)說明，這里僅簡單進(jìn)行介紹。

1．直接水準(zhǔn)法

直接水準(zhǔn)法是采用水準(zhǔn)儀測定弧底點(diǎn)高程，即先用水準(zhǔn)儀找到與線纜垂弧底點(diǎn)相切的水平視線，再后視臨時水準(zhǔn)點(diǎn)立尺讀數(shù)求高，按此高度測定其高程，最后用經(jīng)緯儀或測角儀器測定弧底點(diǎn)位置，即利用懸掛點(diǎn)和測站點(diǎn)的坐標(biāo)及弧底點(diǎn)的水平角，計(jì)算其位置。

2．切線法

先確定兩端懸掛點(diǎn)的平面位置和高程，再把儀器架設(shè)在線纜投影于地面的線位上，瞄垂弧使弧底適切于十字絲系的橫絲上，讀取垂直角，根據(jù)拋物線原理算出垂弧的最低點(diǎn)位置(距懸掛點(diǎn)距離)和高度。

3．點(diǎn)描法

點(diǎn)描法是先測量并求出左右懸掛點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算與控制點(diǎn)間的夾角與距離，然后測垂弧各點(diǎn)相應(yīng)的水平角及天頂距，計(jì)算各點(diǎn)距左懸掛點(diǎn)的距離、高度，以此來確定垂弧。

與架空線路弧垂的觀測略有不同，一般航道測量中的跨江線纜垂弧測量主要是確定最低點(diǎn)，以計(jì)算確定通航凈空高度。其技術(shù)手段主要是采用經(jīng)緯儀交會角度測量與距離測量相結(jié)合來測定懸掛點(diǎn)坐標(biāo)及與控制點(diǎn)構(gòu)成的四邊形內(nèi)角，再以角度觀測來確定跨江線纜垂弧。

但是以上方法觀測和計(jì)算工作量都比較大，下面將利用TS30對垂弧測量方法進(jìn)行探索。

二、基于TS30的極坐標(biāo)跨江線纜垂弧測量

因TS30測角精度高，標(biāo)稱測距精度在無棱鏡模式下為2 mm+2×10－6D，因此為極坐標(biāo)法的跨江線纜垂弧測量提供了一定的應(yīng)用基礎(chǔ)。

1．極坐標(biāo)/超站儀跨江線纜垂弧測量原理

極坐標(biāo)法跨江線纜垂弧測量是將儀器架設(shè)在已知平高控制點(diǎn)上，精確求取儀器高，先采用水準(zhǔn)法將已知高程測定于臨時工作水準(zhǔn)點(diǎn)上，架設(shè)好儀器后，再用水準(zhǔn)儀精確求得儀器高，并與采用鋼卷尺3次測得的儀器高進(jìn)行粗差剔除比對。照準(zhǔn)同樣精確求得儀器高的控制點(diǎn)棱鏡作為后視控制點(diǎn)，采用全站儀的無棱鏡工作模式測定跨江垂弧的三維坐標(biāo)。

如具備超站儀組合的相應(yīng)儀器( GS09、GS12 等)，則可以直接觀測架站，用超站儀的GNSS靜態(tài)觀測獲得儀器的三維坐標(biāo)，再進(jìn)行垂弧觀測，具體操作步驟在此不再詳述。

2．TS30無棱鏡工作模式垂弧測量關(guān)鍵技術(shù)及難點(diǎn)

TS30全站儀的無棱鏡工作模式已經(jīng)有作者進(jìn)行過有益的探索，但只有近距離進(jìn)行過反射目標(biāo)測距精度的測試，而在1 km以內(nèi)，對于非標(biāo)準(zhǔn)反射體的線纜，其測距精度如何，則完全取決于儀器的無棱鏡工作能力與線纜的表面反射性能。通過參考說明書得知，TS30全站儀距離測量(無棱鏡模式)是采用PinPoint R1000的測量系統(tǒng)(特殊頻率系統(tǒng))基頻為100～150 MHz的同軸紅色可見激光658 nm進(jìn)行的，測程為1．5～1200 m。如果物體處于陰影中，陰天測距光束中斷，強(qiáng)熱流閃爍及在光束路徑上有移動物體都會引起準(zhǔn)確度指標(biāo)的偏差。最小顯示測距達(dá)到0．1 mm，見表1。

表1 TS30(無棱鏡模式)不同情況大氣條件下測程 m

由表1可見，在夜晚時其測程效果較好，為其無棱鏡工作模式垂弧測量提供了理論基礎(chǔ)。觀測前還應(yīng)進(jìn)行環(huán)境參數(shù)的測定工作，包括:氣壓(測定到3 mbar)、氣溫(測定1°C)、相對濕度( 20%)。

3．TS30無棱鏡工作模式垂弧測量與點(diǎn)描法比對

基于上述理論背景分析，采用TS30無棱鏡工作模式，并以3測回作平差后的結(jié)果作為真值，進(jìn)行了垂弧測量與點(diǎn)描法的進(jìn)行精度簡要符合比對，其結(jié)果見表2。

表2 經(jīng)緯儀點(diǎn)描法與TS30無棱鏡法的3方向精度差值 m

由表2可見，TS30無棱鏡工作模式垂弧測量精度比較高且較穩(wěn)定。實(shí)際工作中該線纜距離較近，300 m且表面為白色的可能反射性能較好。因此該方法是否具有普通應(yīng)用性，還需要進(jìn)行一定距離下TS30全站儀對不同反射目標(biāo)測距精度的測試驗(yàn)證。

［1］ JTS 131—2012水運(yùn)工程測量規(guī)范［S］．北京:人民交通出版社，2012．

［2］ 長江航道局．內(nèi)河航道測量［M］．北京:人民交通出版社，1982．

［3］ 張正祿，沈飛飛，孔寧，等．徠卡新型全站儀TS 30的測評和開發(fā)研究［J］．測繪信息與工程，2011( 1) : 52-54．

［4］ 賈真，邢志鵬，王志堅(jiān)．TS30全站儀對不同反射目標(biāo)測距精度的測試［J］．北京測繪，2013( 6) : 46-49．

［5］ 李德彪，常建增，余成磊．基于徠卡TS30無棱鏡全站儀的圓柱狀樁體定位計(jì)算模型及應(yīng)用［J］．測繪通報，2013( 8) : 118-119．