三角水準(zhǔn)測(cè)量在過河水準(zhǔn)測(cè)量中的應(yīng)用

王佳卿，朱鎮(zhèn)波

（1.無錫市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 無錫 214000；2.無錫市測(cè)繪院有限責(zé)任公司，江蘇 無錫 214000）

三角水準(zhǔn)測(cè)量在過河水準(zhǔn)測(cè)量中的應(yīng)用

王佳卿1，朱鎮(zhèn)波2

（1.無錫市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 無錫 214000；2.無錫市測(cè)繪院有限責(zé)任公司，江蘇 無錫 214000）

主要介紹了電子全站儀的自由設(shè)站施測(cè)方法三角水準(zhǔn)測(cè)量在過河水準(zhǔn)測(cè)量中的實(shí)際應(yīng)用，并探討了該方法的測(cè)量精度以及實(shí)際應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)。

自由設(shè)站；全站儀；過河三角水準(zhǔn)測(cè)量

0 引言

隨著測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展和測(cè)繪儀器的推陳出新，電子全站儀開始越來越廣泛的被運(yùn)用到現(xiàn)代的測(cè)繪生產(chǎn)當(dāng)中，電子全站儀集測(cè)距與測(cè)角的功能于一體，精度高，可靠性強(qiáng)，操作便捷，能夠靈活處理的測(cè)量工作過程中出現(xiàn)的各種問題。

隨著社會(huì)的發(fā)展，測(cè)繪技術(shù)也在不斷的進(jìn)步，各種先進(jìn)的測(cè)繪儀器也是不斷的推陳出新。其中，電子全站儀開始越來越廣泛的被運(yùn)用到現(xiàn)代的測(cè)繪生產(chǎn)當(dāng)中。電子全站儀是一種集機(jī)械、光學(xué)以及電子元器件組合而成的一種測(cè)量設(shè)備，集測(cè)距（斜距、平距、高差）與測(cè)角（水平角、垂直角）的功能于一體，具有精度高，可靠性強(qiáng)，使用操作便捷，對(duì)于在測(cè)繪工作中發(fā)生的大多數(shù)的問題，都能靈活便捷的處理。

在我國(guó)，采用水準(zhǔn)測(cè)量的方式，測(cè)定點(diǎn)與點(diǎn)之間的高差，從而由已知的高程點(diǎn)推導(dǎo)出未知的高程點(diǎn)的高程。應(yīng)用這種方法求得的高程點(diǎn)的精度比較高，因此，水準(zhǔn)測(cè)量的方法，普遍用于建立國(guó)家級(jí)高程控制網(wǎng)以及測(cè)定高等級(jí)的地形控制點(diǎn)的高程。但是，在山區(qū)、地形起伏較大的地區(qū)以及水準(zhǔn)尺難以達(dá)到的位置測(cè)定高程時(shí)，采用水準(zhǔn)測(cè)量的方式進(jìn)行高程測(cè)量就會(huì)比較困難甚至難以實(shí)現(xiàn)，因此呢，在實(shí)際工作中，經(jīng)常采用三角高程測(cè)量的方式進(jìn)行施測(cè)。

三角高程測(cè)量的原理見圖1，設(shè)A點(diǎn)高程及AB兩點(diǎn)間的距離已知，求B點(diǎn)高程。方法是，先在A點(diǎn)架設(shè)全站儀，量取儀器高i；在B點(diǎn)豎立棱鏡桿，棱鏡桿高度t輸入全站儀，用全站儀十字絲瞄準(zhǔn)棱鏡中心，測(cè)定豎直角α，則AB兩點(diǎn)間的高差計(jì)算公式為：

式中：D為A、B兩點(diǎn)間的水平距離。

圖1 三角高程測(cè)量原理示意圖

1 工程實(shí)例概況

該供熱管廊為供熱工程項(xiàng)目的重要節(jié)點(diǎn)之一。管廊主體結(jié)構(gòu)采用單跨142 m的地錨式懸索結(jié)構(gòu)+單跨45 m的簡(jiǎn)支鋼桁架結(jié)構(gòu)，其中懸索結(jié)構(gòu)跨越現(xiàn)狀河流，簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)向北延伸至擬拓浚后的河流青坎。結(jié)構(gòu)工程于2012年10月14日完工，并于2012年12月25日完成驗(yàn)收。

該管廊承載三根供熱管道，管徑分別為Ф1020+Ф820+Ф920（自西向東）。管廊橋位處河流呈東西走向，水面寬度約為140 m，管廊為南北走向，其與現(xiàn)狀河流河道中線的交角為83°。管廊南岸為新型建筑材料公司廠區(qū)，北岸現(xiàn)狀為綠地。供熱管廊運(yùn)營(yíng)近兩年以來，狀況良好。

現(xiàn)根據(jù)建設(shè)方要求，需在現(xiàn)有管廊橋梁上增設(shè)一Ф630管道，為保證管道增設(shè)施工過程安全，需進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)，見圖2。

圖2 現(xiàn)有管廊橋梁實(shí)景

檢測(cè)單位應(yīng)委托方的要求，在承臺(tái)上布置的永久測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)承臺(tái)的沉降情況。根據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》（GB 50026-2007）、《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ 8-2007），本項(xiàng)監(jiān)測(cè)，按二等水準(zhǔn)測(cè)量的要求來進(jìn)行，見圖3。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)平面示意圖

由于該河段的跨徑僅為140 m左右，且兩岸的高差不大且地勢(shì)平緩，通視性好，因此，本著提高工作效率的目的，監(jiān)測(cè)隊(duì)伍考慮在采取措施的情況下，提高三角高程測(cè)量的精度，從而來代替二等水準(zhǔn)跨河測(cè)量。

根據(jù)誤差傳播定律分析可以得到，三角高程測(cè)量成果的誤差，主要受測(cè)角誤差、測(cè)距誤差、大氣折光與地球曲率影響的誤差、儀器高量取誤差以及目標(biāo)高量取誤差的影響[1]。其中，大氣折光與地球曲率影響的誤差，可以通過設(shè)置差數(shù)以及計(jì)算機(jī)改正進(jìn)行消除；測(cè)角誤差、測(cè)距誤差除了人為操作的影響外，主要與全站儀的標(biāo)定精度有關(guān)，測(cè)距誤差對(duì)高程測(cè)量的影響，隨著豎直角和距離的增大而增大，且前者比后者的影響顯著。測(cè)角誤差對(duì)高程測(cè)量的影響，同樣隨著距離的增大而增大，卻隨著豎直角的增大而減小，并且前者的影響比后者顯著；瞄準(zhǔn)目標(biāo)是安在帶有長(zhǎng)度刻劃的對(duì)中桿上的棱鏡，全站儀可以直接讀到目標(biāo)高的數(shù)據(jù)，并且能準(zhǔn)確讀取到毫米，所以目標(biāo)高誤差理論上可視為0。

最后我們來分析儀器高的量取誤差。目前儀器高的量取一般采用卷尺丈量，而且獨(dú)立量取兩次，當(dāng)兩次量的較差小于2 mm時(shí) ，取其平均值作為最終結(jié)果。因此人們根據(jù)測(cè)量經(jīng)驗(yàn)。取±2 mm作為儀器高的量取誤差[2]。但采用卷尺和測(cè)桿都無法將儀器的豎直鉛垂高度精確量取，無論用哪一種方式進(jìn)行高度丈量，儀器高的量取誤差必定會(huì)可能大于±2 mm。

在這個(gè)項(xiàng)目中，我們采取了一系列的手段來提高三角測(cè)量的精度。首先，選用高精度的全站儀（Leica TCR802 2"2 mm+2×10-6D），測(cè)量選擇“精測(cè)模式”、選擇經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員、采取同一型號(hào)的棱鏡直接放入觀測(cè)墩上特制的棱鏡桿上，力求將測(cè)角誤差和測(cè)距誤差減小的最小。最后，采用自由設(shè)站的方式進(jìn)行觀測(cè)。

如圖4所示，所謂自由設(shè)站方式，就是在未知點(diǎn)C架設(shè)全站儀，觀測(cè)已知點(diǎn)A，高程為HA,未知點(diǎn)B,高程為HB,設(shè)VKI,VCJ,分別為儀器中心到目標(biāo)棱鏡中心的高差，則有：

當(dāng)A、B兩點(diǎn)的棱鏡高及棱鏡類型一致時(shí)，i= j，則：

圖4 自由設(shè)站方式示意圖

由式（4）可見，采用自由設(shè)站架設(shè)全站儀進(jìn)行三角高層測(cè)量，可以不用量取儀器高和棱鏡高，這樣就能避免儀器高的量取誤差。

2 現(xiàn)場(chǎng)操作、數(shù)據(jù)成果的處理與分析

筆者在這里取 20150402測(cè)量資料 30℃和20150519測(cè)量資料26℃兩次觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

圖5為2次水準(zhǔn)路線平差計(jì)算的成果表，儀器采用的是LEICA DNA02電子水準(zhǔn)儀。

圖6為監(jiān)測(cè)單位用三角高程測(cè)量進(jìn)行過河測(cè)量的示意圖，設(shè)C1、C2為已知號(hào)稱點(diǎn)，在C1、C2河岸的一側(cè)大致能構(gòu)成等腰三角形的位置，自由設(shè)站，架設(shè)全站儀，通過觀測(cè)已知點(diǎn)C1、C2與C11，分別得到C11的高程H11’和H11’’，然后按照邊長(zhǎng)分配誤差，得到H11，同理，得到H12。在觀測(cè)的過程中，全站儀位置和高度不變，C1、C2、C11、C12安置相同規(guī)格的強(qiáng)制對(duì)中的棱鏡。三角高程測(cè)量進(jìn)行過河測(cè)量在 20150402測(cè)量資料30℃ 得到H11= 4.578 m和H12=4.597，在 20150519測(cè)量資料26℃得到H11=4.573 m和H12=4.592 m。對(duì)比電子水準(zhǔn)儀的測(cè)量成果，滿足二等水準(zhǔn)的精度要求。

圖5 2次水準(zhǔn)路線平差計(jì)算成果表

圖6 三角高程過河測(cè)量示意圖

3 結(jié)語

傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)量費(fèi)時(shí)、工作量大，進(jìn)度緩慢。而在采取有效措施的前提下，三角高程測(cè)量能夠有效的代替水準(zhǔn)測(cè)量，提高工作效率。并且，采用自由設(shè)站的三角高程測(cè)量的方式，能夠避免儀器高和棱鏡高量取的誤差，這是提高三角高程測(cè)量精度的有效方式。

綜合上述，本文理論聯(lián)系實(shí)際工程，得出結(jié)論：在采取必要措施的前提下，用三角高程測(cè)量代替二等水準(zhǔn)測(cè)量，是可行的?？蛇\(yùn)用于工程實(shí)踐中。

[1]程效軍,繆盾.全站儀自由設(shè)站法精度探討[J].鐵道勘察,2008(6): 1-4.

[2]紅英,王淑清,李曉萍.自由設(shè)站的應(yīng)用體會(huì) [J].山西建筑, 2008,34(5):360-361.

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1009-7716（2017）04-0233-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.069

2017-02-08

王佳卿（1982-），男，江蘇無錫人，工程師，從事勘察測(cè)繪工作。