TS30测量白山大坝三维网

田 甜，戴江鸿

（白山发电厂，吉林省 吉林市 132013）

TS30是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪。它是现代多项高技术集成应用于测量仪器制造领域的最杰出代表，它通过CCD影像传感器和其他传感器对现实测量目标进行识别、迅速作出分析出分析、判断和推理，实现自我控制，并且自动完成照准、读数等操作，以完全代替人的手工操作。

1 概述

白山大坝三维网设计了11个测点，编号为C0—C10，左岸为双号、右岸为边单号，下游编号小、上游编号大。其中C0为原点，C3，C4为联系三角网项目的工作基点，D0为起始方向。由坝下游的5个点C0—C4组成的五形称为主网，由全部测点组成的多边形称为全网，C4至C6为基线边。

原来是由T2002电子经纬仪配合DI2002光电测距仪和GRE4a数据终端进行测量，通过全圆测回法对水平角、垂直角同时观测，共6个测回。每测回的6个数据互差应小于0.2 mm，各测回平均值互差应小于0.3 mm。TS30测量机器人替代T2002，运用压电陶瓷驱动技术将电能转换为机械能,以微米级的步进达到最大转速和加速度,使仪器具有极佳的动态跟踪性能。该仪器的能耗低，转动噪声较T2002减少很多，以0.5″的测角精度和 (0.6 mm+1×10-6D)mm的测距精度重新定义全站仪的精度标准,完美融合角度测量、距离测量、自动目标识别和快速跟踪等功能,为白山大坝三维网测量提供了技术保障。

2 观测方案

坝区三维网为一等边角网，按一等边角测量技术要求进行观测，作业参照《白山大坝安全监测技术规程》，共11站，逐站按全圆测回法观测，此次使用新仪器徕卡TS30全站仪，徕卡TS30全站仪（测角精度为0.5″、测距精度为0.6 mm+1 ppm）具有自动照准ATR功能，加装“多测回测角程序”，观测过程完全自动化，遇限差超限自动重测，所有数据记录在仪器内存中。观测数据经内业检查预处理后，以C0为起算点、C0-D0为起算方向进行严密平差。三维网最弱点中误差不大于2.5 mm。

3 三维网观测技术要求

3.1 观测规定

一等水平角方向观测法观测12测回，天顶距对向观测中丝法各6测回，边长对向观测各4测回（一测回读记4次），气象元素每边观测始末各测定1次，仪器高、觇标高在观测前后用钢尺各量测1次。水平角测量时，方向数超过6个时进行分组，组间重合2个方向，其中一个为零方向。需要说明的是，上述规定是在测角、测距分步进行时的规定，随着技术进步，全站仪测角、测距实现了一体化，配合多测回测角程序，测角、测距进一步实现了测回观测自动化，测量过程无需人工干预。此次使用TS30测量机器人，水平角、天顶距、距离测量三者测回数统一设定为12测回。

3.2 重测规定

对向观测距离、三角高差（有二等水准高差的除外）超限时，重测对向值之一，直至合格为止，水平角观测误差超限时，按如下规定进行：

1）上半测回归零差或零方向2C超限时，该测回应立即重测，但不计重测测回数；

2）同测回2C较差或各测回同一方向值较差超限，可重测超限方向（应联测原零方向），一测回中重测方向数超过测站方向总数的1/3时，该测回重测；

3）若测错方向或个别方向临时被挡，均可随时进行重测；

4）重测必须在全部测回数测完后进行，当重测测回数超过测回总数的1/3时，该站应全部重测；

5）利用机载软件多测回测角程序测量时，只要把各项限差输入全站仪，测量超限时，仪器会提示，可自动进行重测。

3.3 观测条件

1）观测应在成像清晰，稳定的条件下进行，晴天的日出、日落和中午前后，如果成像模糊或跳动剧烈，不进行观测；

2）观测待仪器温度与外界气温一致后开始，观测过程中用测量伞遮阳；

3）雷雨前后、大雾、大风（四级以上），雨、雪天气和能见度很差时，不进行距离测量；

4）安置反射棱镜时应精确对中整平并对准测站，按仪器站的指令操作及时读取和报告气象元素和镜高；

5）读取气象元素时，保证温度表和气压表不受太阳直射，要保证空气流通，读取温度前温度表至少要通风15 min；

6）测距时暂停无线通话，以免干扰；

7）测距时避免有另外的反光体位于测线延长线上，避免有物体在测线上晃动或人在测线上走动；

8）晴天进行往返观测和三角观测时，分配在两个异午时段进行；

9）如果白天气候不理想，可选在晚间观测。

3.4 观测限差与取值

《国家三角测量规范》中对测角、测距限差列于表1-4。

表1 测距作业要求

表2 水平角方向观测法要求

表3 平面观测 记录 计算取位要求

4 观测成果

原始数据按前述观测方案要求进行采集，经检查合格的原始观测数据，利用仪器与计算机通信导入计算机后，使用武测科傻平差软件COSA进行整体符合性概算与预平差计算，包括观测边长的投影高程面、气象元素、仪器与镜站高、仪器参数等各种参数的改正计算。概算不满足限差要求时，依据反馈信息分析，确定具体返工的站点与元素及时进行返工。概算满足规范限差要求后，进入整体平差计算，当平差后出现点位中误差不满足设计要求时，再依据平差反馈信息进行局部原始数据返工，并重复上述计算与返工程序，直至取得整体合格的原始观测成果。

表4 多测回观测限差设定表

概算项目：概算条件采用专用软件自动搜索进行。三维网三角形闭合差一等不大于±2.5″，边（极）条件、方位角条件与边长对向观测互差均满足相应图形计算限差要求。坝区水准网，测段往返测较差计算的偶然中误差不大于±0.45 mm/km，测段往返测高差较差与环线闭合差不大于相应线路限差。平差计算：三维网验后方向单位权单误差不大于±0.7″，最弱点中误差不大于2.5 mm。

采用徕卡全站仪TS30施测，严格按一等边角网相关规范测量，确保数据准确可靠。三维网往期平差均采用由河海大学兰孝奇老师编写的DOS操作系统下平差软件进行三维拟稳平差，大坝第三次定检时建议分别进行平面网平差和高程平差。此次内业对距离值进行气象改正、周期误差改正、仪器常数改正、倾斜改正、投影改正后得到各边的水平距离，再使用科傻平差COSA进行平面网平差及三角高程平差。各项数据满足精度要求。全网50个方向观测值，25条边长观测值，平差以C0为固定点、以C0-D0为固定方向对基准网进行概算平差计算，最大三角形闭合差为 2.4″，最小为-0.1″，均小于规范规定±2.5″的要求，见表5，平差验后最大单位权中误差±0.51″＜±0.7″，最弱点 C9 点位中误差±0.21 mm＜±2.5 mm，见表 6，最弱边 C6～C8边长相对中误差为1/416000,平均边长相对中误差1/800000。满足规范与设计要求。高程按三角高程计算点到点高差，按点到点平距定权，经平差计算得到各点高程值。见表6。

5 结 语

此次观测在观测条件上掌握较好，所有项目都在较好的气象条件下完成，计算方法正确，整个计算过程经过严格的质量检查，观测成果达到了很高的精度，各项精度指标满足规范和设计要求。此次校测后得出如下结论与建议：

1）三维网点均位于山脊或山顶上，标体稳固，通视方向旁离障碍物不少于5 m，水准网点位于坝区基岩或坚实的风化岩基上，标体稳固，给高精度观测创造良好的基础条件。

表5 坝区三维网三角闭合差统计表

2）结合坝区气候与观测特性，选择合适的观测时段，选用自动高精度观测设备并通过观测软件控制，保证了测站原始观测数据的采集在有效观测时段内完成，确保了原始观测数据的准确性。

表6 坝区三维网平差坐标高程精度表

[1]梅文胜，张正禄.测量机器人在变形监测中的应用研究[J].大坝与安全，2002（5）：16-19.

[2]武汉测绘学院测量平差教研室.测量平差基础（第三版）[M].北京：测绘出版社，1996，5.

[3]张正禄，测量机器人[J].测绘通报，2001（5）：17.