TS30在跨江线缆垂弧测量中的应用初探

桑百川

TS30在跨江线缆垂弧测量中的应用初探

桑百川

(长江航道测量中心，湖北武汉430011)

跨江线缆垂弧目前已不再采用直接接触法进行测量，现行测量手段一般采用经纬仪前方交会或全站仪加三维激光扫描的方法进行。本文采用TS30全站仪的免陵镜极坐标方式在近距离对跨江电缆垂弧进行测量，与经纬仪前方交会法所获得的成果数据进行比较，分析探索TS30在跨江线缆垂弧测量中的应用方法和利弊，以供测量工作者参考。

TS30;跨江线缆;垂弧;测量;应用

跨江线缆垂弧测量曾采用过点描法、切线法、直接水准法等各种技术手段与方法，而水运工程测量规范中认为较方便并推荐使用的是点描法，它需要先测量并求出左、右悬挂点的坐标，采用两处经纬仪分别架站交会测角确定，之后进行逐点观测，其主要目的是获取垂弧最低点以计算航行净空高度。近年来有作者利用CORS技术与全站仪相结合的方法进行了尝试，但垂弧高度仍是用悬高测量获得，观测工作量并没有减少。TS30在近距离( 1 km)以内可用免陵镜的方式进行碎部测量，且测角精度高，可直接尝试在已知控制点上架站，并采用水准法精确求取仪器高来进行极坐标测量以获取垂弧的三维坐标。

一、常规跨江线缆垂弧测量方法

架空线缆垂弧是指以杆塔为支持物而悬挂起来的呈弧形状的曲线，跨江线缆垂弧是架空线缆垂弧在跨越江河湖泊时的特殊情况，因其线缆正下方一般不可到达，不能采用架空线路弧垂测量所采用的悬高法测量获得，通常采用点描法、切线法、直接水准法。其中方法在《内河航道测量》中有详细说明，这里仅简单进行介绍。

1．直接水准法

直接水准法是采用水准仪测定弧底点高程，即先用水准仪找到与线缆垂弧底点相切的水平视线，再后视临时水准点立尺读数求高，按此高度测定其高程，最后用经纬仪或测角仪器测定弧底点位置，即利用悬挂点和测站点的坐标及弧底点的水平角，计算其位置。

2．切线法

先确定两端悬挂点的平面位置和高程，再把仪器架设在线缆投影于地面的线位上，瞄垂弧使弧底适切于十字丝系的横丝上，读取垂直角，根据抛物线原理算出垂弧的最低点位置(距悬挂点距离)和高度。

3．点描法

点描法是先测量并求出左右悬挂点的坐标，计算与控制点间的夹角与距离，然后测垂弧各点相应的水平角及天顶距，计算各点距左悬挂点的距离、高度，以此来确定垂弧。

与架空线路弧垂的观测略有不同，一般航道测量中的跨江线缆垂弧测量主要是确定最低点，以计算确定通航净空高度。其技术手段主要是采用经纬仪交会角度测量与距离测量相结合来测定悬挂点坐标及与控制点构成的四边形内角，再以角度观测来确定跨江线缆垂弧。

但是以上方法观测和计算工作量都比较大，下面将利用TS30对垂弧测量方法进行探索。

二、基于TS30的极坐标跨江线缆垂弧测量

因TS30测角精度高，标称测距精度在无棱镜模式下为2 mm+2×10－6D，因此为极坐标法的跨江线缆垂弧测量提供了一定的应用基础。

1．极坐标/超站仪跨江线缆垂弧测量原理

极坐标法跨江线缆垂弧测量是将仪器架设在已知平高控制点上，精确求取仪器高，先采用水准法将已知高程测定于临时工作水准点上，架设好仪器后，再用水准仪精确求得仪器高，并与采用钢卷尺3次测得的仪器高进行粗差剔除比对。照准同样精确求得仪器高的控制点棱镜作为后视控制点，采用全站仪的无棱镜工作模式测定跨江垂弧的三维坐标。

如具备超站仪组合的相应仪器( GS09、GS12 等)，则可以直接观测架站，用超站仪的GNSS静态观测获得仪器的三维坐标，再进行垂弧观测，具体操作步骤在此不再详述。

2．TS30无棱镜工作模式垂弧测量关键技术及难点

TS30全站仪的无棱镜工作模式已经有作者进行过有益的探索，但只有近距离进行过反射目标测距精度的测试，而在1 km以内，对于非标准反射体的线缆，其测距精度如何，则完全取决于仪器的无棱镜工作能力与线缆的表面反射性能。通过参考说明书得知，TS30全站仪距离测量(无棱镜模式)是采用PinPoint R1000的测量系统(特殊频率系统)基频为100～150 MHz的同轴红色可见激光658 nm进行的，测程为1．5～1200 m。如果物体处于阴影中，阴天测距光束中断，强热流闪烁及在光束路径上有移动物体都会引起准确度指标的偏差。最小显示测距达到0．1 mm，见表1。

表1 TS30(无棱镜模式)不同情况大气条件下测程 m

由表1可见，在夜晚时其测程效果较好，为其无棱镜工作模式垂弧测量提供了理论基础。观测前还应进行环境参数的测定工作，包括:气压(测定到3 mbar)、气温(测定1°C)、相对湿度( 20%)。

3．TS30无棱镜工作模式垂弧测量与点描法比对

基于上述理论背景分析，采用TS30无棱镜工作模式，并以3测回作平差后的结果作为真值，进行了垂弧测量与点描法的进行精度简要符合比对，其结果见表2。

表2 经纬仪点描法与TS30无棱镜法的3方向精度差值 m

由表2可见，TS30无棱镜工作模式垂弧测量精度比较高且较稳定。实际工作中该线缆距离较近，300 m且表面为白色的可能反射性能较好。因此该方法是否具有普通应用性，还需要进行一定距离下TS30全站仪对不同反射目标测距精度的测试验证。

［1］ JTS 131—2012水运工程测量规范［S］．北京:人民交通出版社，2012．

［2］ 长江航道局．内河航道测量［M］．北京:人民交通出版社，1982．

［3］ 张正禄，沈飞飞，孔宁，等．徕卡新型全站仪TS 30的测评和开发研究［J］．测绘信息与工程，2011( 1) : 52-54．

［4］ 贾真，邢志鹏，王志坚．TS30全站仪对不同反射目标测距精度的测试［J］．北京测绘，2013( 6) : 46-49．

［5］ 李德彪，常建增，余成磊．基于徕卡TS30无棱镜全站仪的圆柱状桩体定位计算模型及应用［J］．测绘通报，2013( 8) : 118-119．