三角高程測量代替三四等水準(zhǔn)測量探索

賴平清

攀枝花學(xué)院，四川 攀枝花 617000

0 引言

在當(dāng)今飛速發(fā)展的基礎(chǔ)建筑行業(yè)中，測繪在其中扮演了先鋒軍的角色。隨著儀器設(shè)備的不斷發(fā)展，全站儀精度的不斷提高，三角高程測量在工程測量中具有了極大的可行性［1］。

1 研究目的和意義

在當(dāng)今飛速發(fā)展的基礎(chǔ)建筑行業(yè)中，測繪在其中扮演了先鋒軍的角色。隨著儀器設(shè)備的不斷發(fā)展，全站儀精度的不斷提高，三角高程測量在工程測量中具有了極大的可行性。在確保儀器精度的一定條件下，四等三角高程測量是否可以代替三、四等水準(zhǔn)測量，在現(xiàn)在測量環(huán)境越發(fā)復(fù)雜的情況下，具有極大的研究價值。本文就通過利用二等水準(zhǔn)測量和四等三角測量實驗對比，探究三角測量在一定條件下代替三四等水準(zhǔn)測量的可行性。

目前，在國內(nèi)外大多數(shù)施工建設(shè)為了保證數(shù)據(jù)精度，依舊是采取的傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量，三角高程測量代替水準(zhǔn)測量的情況較少，因此，探究三角測量代替水準(zhǔn)測量有巨大進(jìn)步空間。

2 水準(zhǔn)測量原理

利用水準(zhǔn)儀，從布設(shè)點出發(fā)，通過奇數(shù)站采用后—前—前—后，偶數(shù)站采用前—后—后—前的觀測順序，沿途布設(shè)若干個必要的臨時轉(zhuǎn)點，在兩點中央進(jìn)行儀器操作，最后達(dá)到測量高程的目的。

由于二等電子水準(zhǔn)測量測定的精度遠(yuǎn)大于四等三角測量精度，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，可認(rèn)定二等電子水準(zhǔn)測量結(jié)果是兩點之間的準(zhǔn)確高程。

在二等水準(zhǔn)測定過程中，為了消除或者減弱各種測量誤差對觀測結(jié)果的影響，采用以下規(guī)定進(jìn)行操作：

（1）前后立尺距離盡量相等，前后視距差＜1m，累計差＜3m，下視讀數(shù)＞0.55m，上視讀數(shù)＜2.8m，由于實際測量過程中，坡度變化較大，采用皮尺拉距，這樣可以消除或者減弱由于距離所帶來的各種誤差對觀測高差的影響，如i 角和垂直折光等影響，并且消除或者減弱大氣折光的影響;

（2）采用奇偶站交替的測站進(jìn)行觀測。在奇數(shù)站采用“后、前、前、后”的觀測順序，在偶數(shù)站采用“前、后、后、前”的觀測順序。通過進(jìn)行這樣的操作處理，可以消除或者減弱和時間成比例的變化誤差對觀測高差的影響，如i 角的變化和儀器的垂直位移等影響;

（3）總測站選用偶數(shù)站。消除或者減弱零點差;

（4）往返測量。消除或減弱性質(zhì)相同、正負(fù)號相同的誤差影響;

（5）選用在天氣不同的情況下進(jìn)行測量，消除或減弱天氣因素對儀器等帶來的誤差，并且為了提高數(shù)據(jù)可信度，用兩次在不同天氣的二等水準(zhǔn)測量結(jié)果求平均值，最后得出數(shù)據(jù)。

3 三角測量原理

通過全站儀測量出測站點到照準(zhǔn)點之間的天頂距VD 以及水平距離HD 計算出兩點之間的高差。也就是說，通過觀測有限的點數(shù)，通過幾何計算，計算出高差。倘若儀器精度足夠，此法所測得的高程精度足以滿足工程需要。

圖1 三角測量原理圖

通過測量出D，則高差Hab 為Hab=D×tanα+i-v

（1）在不同的天氣情況下進(jìn)行測量，消除或減弱大氣折光的影響;

（2）進(jìn)行對向觀測，用所得到的高程絕對值的平均數(shù)可以消除二差影響;

（3）在操作儀器時，盡量同一個人操作儀器，減少偶然誤差。

（4）多次測量，經(jīng)過誤差處理后進(jìn)行數(shù)據(jù)平均。

4 數(shù)據(jù)處理

由于本次實驗觀測距離遠(yuǎn)小于300m，故可不顧及地球曲率與大氣折光影響。

在本次實驗中，我們在陰天與晴天，早晨與傍晚不同情況下分別進(jìn)行了水準(zhǔn)測量。測量過程中，嚴(yán)格按照規(guī)范，態(tài)度端正，測量過程中無人員變動，無中途停歇。水準(zhǔn)測量從C1 到C2，C2 到C1 分別進(jìn)行了兩次測量，經(jīng)過平均處理之后，得出C1 到C2之間的高程分別為16.67476m，-16.67483m，-16.67476m，16.67466m，平均值為16.67473m，由于二等水準(zhǔn)測量的精度遠(yuǎn)大于四等三角測量，故可認(rèn)定此次測量的高程準(zhǔn)確值為16.67473m。

在三角測量過程時，依舊選擇在陰天與晴天，早晨與傍晚不同情況下分別進(jìn)行三角測量。測量過程中，嚴(yán)格按照規(guī)范操作，無人員變動。三角測量從C1 到C2，C2 到C1 分別進(jìn)行了四次次測量，經(jīng)過平均處理之后，得出C1 到C2 之間的高程分別為16.664m，16.617m，16.732m，16.712m 平均值為16.68125m，三角測量結(jié)果與水準(zhǔn)測量結(jié)果相差0.00652m。

圖2 三角測量結(jié)果計算表

5 誤差分析

本次實驗，多次三角測量，但是精度卻不一樣。通過對觀測數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，主要存在著以下的一些主要因素：

（1）儀器設(shè)備的不同。各個廠家的儀器雖然大體相同，但在精度方面依舊有些差距，有的儀器存放很久，精度與出廠時變化不大，有的儀器在使用過程中，由于使用時間過長，精度略有下降，加上僅進(jìn)行過簡單的校準(zhǔn)，對精度有較大影響;

（2）儀器高與棱鏡高誤差。由于此次測量時，量取儀器高與棱鏡高時，均只測量了一次，手工測量，難免存在誤差，導(dǎo)致棱鏡高與儀器高度均會產(chǎn)生誤差，從而導(dǎo)致誤差累計。其次，儀器與棱鏡高度相同，與儀器高與棱鏡高差別較大對于三角測量也有一定影響。儀器高與棱鏡高度相仿時，所計算出的高程差距不大;

（3）地球曲率與大氣折光影響。本次實驗，由于距離較近，小于300m，故未考慮。但是，由于本地區(qū)海拔地勢較高，日照強(qiáng)度大，地球曲率與大氣折光對實驗依舊產(chǎn)生了巨大影響。但是，由于條件不足，不能測出大氣折光系數(shù)，加之大氣折光系數(shù)測量條件復(fù)雜，故舍去;

（4）觀測過程中，儀器對中誤差、目標(biāo)偏心誤差的影響。

6 精度改進(jìn)

（1）測量時，選用同一儀器。避免或者減少由于儀器所帶來的誤差積累;

（2）避免在強(qiáng)光下進(jìn)行測量。由于光線過強(qiáng)，光線產(chǎn)生折射，對距離產(chǎn)生誤差;

（3）測量儀器與棱鏡高度時，應(yīng)該多次測量，取平均值。由于三腳架有三個空隙，可以測量三次，保留到毫米，再求平均值;

（4）儀器高度與棱鏡高度大于1.5m;

（5）在操作過程中，應(yīng)高度集中注意力，往返測回均由一人操作讀數(shù)，減小偏心誤差;

（6）多次測量求平均值，避免偶然誤差對結(jié)果造成的影響;

（7）三角高程測量時，距離選取不宜過大。誤差與測量距離正比。

7 結(jié)論

綜上所述，三角高程測量在特定場合可以代替低等級水準(zhǔn)測量，可以滿足勘測工程的需要。但在以下情況下，不適合使用三角高程測量代替水準(zhǔn)測量：

距離過長，單向距離大于700 時，不適合代替三等水準(zhǔn)測量，單向距離大于2000m 時，不適合代替二等水準(zhǔn)，并且現(xiàn)有儀器條件下，還無法代替二等水準(zhǔn)［2］；

高差過大，高差過大時，由于大氣折光，地球曲率等情況會造成巨大誤差；

在水準(zhǔn)精度等級要求較高的情況下，三角高程測量暫時還不適合用于精密測量。