徠卡三棱鏡代替標(biāo)燈進(jìn)行遠(yuǎn)距離跨河水準(zhǔn)測(cè)量

解光路 時(shí)廣海

摘 要：測(cè)距三角高程法是跨越江河進(jìn)行兩岸遠(yuǎn)距離高程基準(zhǔn)傳遞的一種常用測(cè)量方法。本文以常泰長(zhǎng)江大橋兩岸高程聯(lián)測(cè)為案例，將以傳統(tǒng)照準(zhǔn)目標(biāo)的標(biāo)燈和將以三棱鏡代替標(biāo)燈為照準(zhǔn)目標(biāo)的兩種測(cè)量方式進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果表明：使用徠卡三棱鏡作為照準(zhǔn)目標(biāo)的測(cè)量方式在精度上可以達(dá)到二等水準(zhǔn)精度要求，同時(shí)也提高了作業(yè)效率，省時(shí)省力，可為以后類(lèi)似工程的跨河水準(zhǔn)測(cè)量提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)距離跨河水準(zhǔn);兩岸高程傳遞;測(cè)距三角高程;徠卡三棱鏡

中圖分類(lèi)號(hào)：U445.4? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）04-0154-03

1概述

隨著國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)的持續(xù)加強(qiáng)，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，跨越江、河、湖、海的大型橋梁建設(shè)項(xiàng)目不斷涌現(xiàn)，跨越水面距離也不斷增長(zhǎng)，兩岸高程基準(zhǔn)傳遞工作必不可少，因此使用測(cè)距三角高程法進(jìn)行跨河水準(zhǔn)測(cè)量也得到了廣泛應(yīng)用[1]。按照《國(guó)家一、二等測(cè)量規(guī)范》[2]和《鐵路工程測(cè)量規(guī)范》[3]，在進(jìn)行跨河水準(zhǔn)觀測(cè)時(shí)，觀測(cè)目標(biāo)均采用覘板或標(biāo)燈作為照準(zhǔn)目標(biāo)，在觀測(cè)過(guò)程中需要測(cè)量人員用眼睛瞄準(zhǔn)發(fā)光源中心點(diǎn)，在實(shí)際測(cè)量中存在需要提前進(jìn)行標(biāo)燈的精密加工，需要攜帶條碼尺、電瓶及電纜線(xiàn)等大量的配件工具，以及在觀測(cè)時(shí)采用人工瞄準(zhǔn)光源中心點(diǎn)誤差大，瞄準(zhǔn)困難等缺點(diǎn)。為此，結(jié)合常泰長(zhǎng)江大橋二等跨河水準(zhǔn)測(cè)量，采用三棱鏡代替?zhèn)鹘y(tǒng)標(biāo)燈作為照準(zhǔn)目標(biāo)，使用高精密全站儀進(jìn)行自動(dòng)對(duì)向觀測(cè)，則省去了上述的缺點(diǎn)，觀測(cè)效率達(dá)得到大幅提升，精度滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2兩種觀測(cè)目標(biāo)方案比選

（1）傳統(tǒng)遠(yuǎn)距離跨河水準(zhǔn)測(cè)量采用特殊定制覘板或標(biāo)燈，需要專(zhuān)門(mén)尋找覘板或標(biāo)燈精加工制造廠(chǎng)家，一般加工廠(chǎng)難以滿(mǎn)足覘板或標(biāo)燈的加工精度和質(zhì)量。在標(biāo)燈高度標(biāo)定上，將標(biāo)燈固定在標(biāo)尺側(cè)面，在觀測(cè)過(guò)程中，固定標(biāo)燈的卡扣容易松動(dòng)或下沉，造成一定誤差。在觀測(cè)時(shí)，采用人工瞄準(zhǔn)光源中心點(diǎn)，存在光源發(fā)散形成光暈，難以瞄準(zhǔn)，長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)使觀測(cè)人員產(chǎn)生一種潛意識(shí)湊數(shù)心理，造成讀數(shù)誤差。以及在夜間觀測(cè)尋找發(fā)光源點(diǎn)時(shí)，視線(xiàn)內(nèi)存在路燈、船舶航運(yùn)燈、家用照明燈等多個(gè)發(fā)光源，容易瞄錯(cuò)目標(biāo)光源等問(wèn)題。傳統(tǒng)覘板或標(biāo)燈測(cè)量工裝如圖 1所示。

（2）使用三棱鏡組代替?zhèn)鹘y(tǒng)的覘板或標(biāo)燈，在鏡高標(biāo)定上，直接使用三腳對(duì)中桿代替標(biāo)尺，不需要人工對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺刻度。三棱鏡和三腳對(duì)中桿在市面上比較常用，比較容易獲得。觀測(cè)方式采用高精密全站儀自動(dòng)測(cè)角測(cè)距并記錄，首次瞄準(zhǔn)棱鏡后，不需要再次進(jìn)行瞄準(zhǔn)，省時(shí)省力。同時(shí)，在作業(yè)前，只需攜帶極少的配件就可以進(jìn)行跨河水準(zhǔn)測(cè)量，方便快捷。三棱鏡測(cè)量工裝如圖 2所示。

3測(cè)量實(shí)施

常泰長(zhǎng)江大橋主橋全長(zhǎng)4226m，主橋跨越長(zhǎng)江水面。長(zhǎng)江南側(cè)位于常州市新北區(qū)，北側(cè)位于泰興市虹橋鎮(zhèn)，兩岸大堤高程相差不大，地面標(biāo)高約+7.5m，設(shè)計(jì)交樁成果中提供的兩岸高程基準(zhǔn)聯(lián)測(cè)采用傳統(tǒng)標(biāo)燈為照準(zhǔn)目標(biāo)進(jìn)行高程傳遞。

項(xiàng)目進(jìn)場(chǎng)首級(jí)控制網(wǎng)復(fù)測(cè)時(shí)，采用與設(shè)計(jì)單位相同的跨江點(diǎn)進(jìn)行測(cè)距三角高程跨河水準(zhǔn)測(cè)量，使用2臺(tái)具備自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別功能，儀器標(biāo)稱(chēng)精度：測(cè)角精度0.5″，測(cè)距精度±0.6mm+1ppm的徠卡TS50全站儀，選擇在陰天或夜里進(jìn)行對(duì)向觀測(cè)。按照規(guī)范[2][3]，跨越江面的視線(xiàn)長(zhǎng)度約2.9km，采用雙線(xiàn)過(guò)河，組成四邊形閉合環(huán)。 觀測(cè)時(shí)，最少觀測(cè)時(shí)段數(shù)為12，雙測(cè)回?cái)?shù)為24，半測(cè)回中的組數(shù)為8，豎直角指標(biāo)差互差不大于8″，同一標(biāo)志垂直角互差不大于4″。

3.1跨河水準(zhǔn)測(cè)量

跨河水準(zhǔn)網(wǎng)型布設(shè)為長(zhǎng)邊平行，短邊為10m左右的大地四邊形，采用全站儀同步對(duì)向觀測(cè)配套的同一型號(hào)的三棱鏡測(cè)量工裝，記錄平距及豎直角度。作業(yè)前，對(duì)兩岸的三棱鏡對(duì)中誤差及三腳對(duì)中桿高度進(jìn)行檢測(cè)，確保兩岸棱鏡高度完全一致?？绾娱L(zhǎng)度為1#線(xiàn)跨河視線(xiàn)距離為2.98km，2#線(xiàn)跨河視線(xiàn)距離為2.88km?？绾铀疁?zhǔn)外業(yè)觀測(cè)圖形如圖 3所示。

外業(yè)觀測(cè)步驟[3]：

（1）在A、B點(diǎn)設(shè)站，同步觀測(cè)本岸近標(biāo)，即測(cè)定aAB和aBC。然后再同步觀測(cè)對(duì)岸遠(yuǎn)標(biāo)，即測(cè)定測(cè)定aAC和aBD。

（2）將儀器分別從A、B點(diǎn)搬至同岸C、D點(diǎn)，同步觀測(cè)本岸近標(biāo)，測(cè)定aDA和aCB。然后再同步觀測(cè)對(duì)岸遠(yuǎn)標(biāo)，測(cè)定aCA和aDB。至此，兩臺(tái)儀器共完成2個(gè)單測(cè)回。

（3）同岸短邊A～B點(diǎn)及B～C點(diǎn)測(cè)段高差采用電子水準(zhǔn)儀按二等水準(zhǔn)要求進(jìn)行觀測(cè)，另外一條測(cè)線(xiàn)按同樣方法進(jìn)行觀測(cè)。

內(nèi)業(yè)處理[2-3]：

（1）各測(cè)回間高差互差限值

式中：—相應(yīng)等級(jí)的每千米水準(zhǔn)測(cè)量的偶然中誤差（mm）;N—雙測(cè)回的測(cè)回?cái)?shù);S—跨河視線(xiàn)長(zhǎng)度（km）。

（2）平行四邊形的四條邊組成的獨(dú)立閉合環(huán)閉合差

式中：—每千米水準(zhǔn)測(cè)量相應(yīng)等級(jí)的全中誤差（mm）;S—跨河視線(xiàn)長(zhǎng)度（km）。

（3）采用不量?jī)x器高和棱鏡高的計(jì)算公式為[3]：

式中：—點(diǎn)1至點(diǎn)2間的高差（mm）;—點(diǎn)1至點(diǎn)2間的斜距（mm）;—點(diǎn)1至點(diǎn)2間的垂直角（mm）。

3.2兩種觀測(cè)目標(biāo)結(jié)果比對(duì)

（1）兩岸短邊測(cè)段高差采用幾何水準(zhǔn)法獲取，1#測(cè)線(xiàn)常州側(cè)B1～C1點(diǎn)測(cè)段高差為0.00804m，泰興側(cè)D1～A1點(diǎn)測(cè)段高差為0.10449m;2#測(cè)線(xiàn)常州側(cè)B2～C2點(diǎn)測(cè)段高差為-0.00479m，泰興側(cè)D2～A2點(diǎn)測(cè)段高差為0.49595m。

（2）跨江長(zhǎng)邊通過(guò)三棱鏡代替標(biāo)燈作為照準(zhǔn)目標(biāo)，跨河長(zhǎng)邊測(cè)段觀測(cè)數(shù)據(jù)如表 1所示。

觀測(cè)結(jié)果：1#測(cè)線(xiàn)測(cè)回間互差最大值為31.88mm，環(huán)閉合差最大值19.30mm。滿(mǎn)足測(cè)回間互差小于限差? =47.84mm和環(huán)閉合差小于限差 =±20.72mm的要求;2#測(cè)線(xiàn)測(cè)回間互差最大值為30.06mm，環(huán)閉合差最大值為12.97mm。滿(mǎn)足測(cè)回間互差小于限差 =47.03mm和環(huán)閉合差小于限差 =±20.36mm的要求。

3.3觀測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)精度分析

將表 1中的觀測(cè)結(jié)果整理統(tǒng)計(jì)，并將采用三棱鏡觀測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)值（傳統(tǒng)標(biāo)燈）[4]進(jìn)行比對(duì)分析，如表 1 所示。

通過(guò)表 1可以看出，1#測(cè)線(xiàn)跨河長(zhǎng)邊測(cè)段高差較差最大值4.66mm，2#測(cè)線(xiàn)跨河長(zhǎng)邊測(cè)段高差較差最大值3.85mm;通過(guò)計(jì)算，兩條測(cè)線(xiàn)每公里高差中數(shù)中誤差 =±0.74mm， =±0.55mm，滿(mǎn)足規(guī)范[2-3]文件要求。

4結(jié)論

本文在規(guī)范文件的基礎(chǔ)上，針對(duì)遠(yuǎn)距離跨河水準(zhǔn)測(cè)量，使用高精密全站儀自動(dòng)對(duì)向觀測(cè)并記錄，采用三棱鏡代替?zhèn)鹘y(tǒng)標(biāo)燈作為觀測(cè)目標(biāo)，避免了量取儀器高和覘標(biāo)高的環(huán)節(jié)，提高了觀測(cè)效率，在精度上滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求，在實(shí)施時(shí)，減少了大量配件的攜帶，使測(cè)量人員在進(jìn)行跨江水準(zhǔn)作業(yè)時(shí)更加輕松簡(jiǎn)便，在進(jìn)行跨河水準(zhǔn)作業(yè)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

（1）測(cè)角誤差是影響跨河水準(zhǔn)精度的主要誤差來(lái)源之一[5]，因此在選擇儀器時(shí)應(yīng)盡可能地采用高精密全站儀，儀器的標(biāo)稱(chēng)精度不應(yīng)低于測(cè)角精度0.5″，測(cè)距精度±1mm+1.5ppm。并且選用的全站儀應(yīng)具有自動(dòng)目標(biāo)識(shí)辨（Automatic Target Recognition，簡(jiǎn)稱(chēng) ATR）功能，可以自動(dòng)尋找并精確照準(zhǔn)棱鏡目標(biāo)。

（2）跨河水準(zhǔn)測(cè)量精度受氣象因素影響也較大，因此在觀測(cè)時(shí)應(yīng)選在無(wú)風(fēng)或微風(fēng)天氣進(jìn)行[5]，當(dāng)氣溫變化較大或江面水霧較大時(shí)等不利于觀測(cè)的氣象情況時(shí)應(yīng)停止觀測(cè)。

（3）兩岸同步對(duì)向觀測(cè)，可以極大地提高精度，消除或減弱大氣折光差以及地球曲率等引起的多項(xiàng)誤差[5]，當(dāng)采用不量?jī)x器高和覘標(biāo)高的觀測(cè)方法時(shí)，在觀測(cè)前應(yīng)對(duì)三腳對(duì)中桿高度進(jìn)行標(biāo)定，確保兩岸桿高一致，并做好編號(hào)，儀器調(diào)岸觀測(cè)時(shí)，三棱鏡和三角對(duì)中桿一并調(diào)換，以消除棱鏡高度誤差。

參考文獻(xiàn)：

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