三角水准测量在过河水准测量中的应用

王佳卿，朱镇波

（1.无锡市政设计研究院有限公司，江苏 无锡 214000；2.无锡市测绘院有限责任公司，江苏 无锡 214000）

三角水准测量在过河水准测量中的应用

王佳卿1，朱镇波2

（1.无锡市政设计研究院有限公司，江苏 无锡 214000；2.无锡市测绘院有限责任公司，江苏 无锡 214000）

主要介绍了电子全站仪的自由设站施测方法三角水准测量在过河水准测量中的实际应用，并探讨了该方法的测量精度以及实际应用的优缺点。

自由设站；全站仪；过河三角水准测量

0 引言

随着测绘技术的发展和测绘仪器的推陈出新，电子全站仪开始越来越广泛的被运用到现代的测绘生产当中，电子全站仪集测距与测角的功能于一体，精度高，可靠性强，操作便捷，能够灵活处理的测量工作过程中出现的各种问题。

随着社会的发展，测绘技术也在不断的进步，各种先进的测绘仪器也是不断的推陈出新。其中，电子全站仪开始越来越广泛的被运用到现代的测绘生产当中。电子全站仪是一种集机械、光学以及电子元器件组合而成的一种测量设备，集测距（斜距、平距、高差）与测角（水平角、垂直角）的功能于一体，具有精度高，可靠性强，使用操作便捷，对于在测绘工作中发生的大多数的问题，都能灵活便捷的处理。

在我国，采用水准测量的方式，测定点与点之间的高差，从而由已知的高程点推导出未知的高程点的高程。应用这种方法求得的高程点的精度比较高，因此，水准测量的方法，普遍用于建立国家级高程控制网以及测定高等级的地形控制点的高程。但是，在山区、地形起伏较大的地区以及水准尺难以达到的位置测定高程时，采用水准测量的方式进行高程测量就会比较困难甚至难以实现，因此呢，在实际工作中，经常采用三角高程测量的方式进行施测。

三角高程测量的原理见图1，设A点高程及AB两点间的距离已知，求B点高程。方法是，先在A点架设全站仪，量取仪器高i；在B点竖立棱镜杆，棱镜杆高度t输入全站仪，用全站仪十字丝瞄准棱镜中心，测定竖直角α，则AB两点间的高差计算公式为：

式中：D为A、B两点间的水平距离。

图1 三角高程测量原理示意图

1 工程实例概况

该供热管廊为供热工程项目的重要节点之一。管廊主体结构采用单跨142 m的地锚式悬索结构+单跨45 m的简支钢桁架结构，其中悬索结构跨越现状河流，简支结构向北延伸至拟拓浚后的河流青坎。结构工程于2012年10月14日完工，并于2012年12月25日完成验收。

该管廊承载三根供热管道，管径分别为Ф1020+Ф820+Ф920（自西向东）。管廊桥位处河流呈东西走向，水面宽度约为140 m，管廊为南北走向，其与现状河流河道中线的交角为83°。管廊南岸为新型建筑材料公司厂区，北岸现状为绿地。供热管廊运营近两年以来，状况良好。

现根据建设方要求，需在现有管廊桥梁上增设一Ф630管道，为保证管道增设施工过程安全，需进行施工监测，见图2。

图2 现有管廊桥梁实景

检测单位应委托方的要求，在承台上布置的永久测点，监测承台的沉降情况。根据《工程测量规范》（GB 50026-2007）、《建筑变形测量规范》（JGJ 8-2007），本项监测，按二等水准测量的要求来进行，见图3。

图3 现场监测平面示意图

由于该河段的跨径仅为140 m左右，且两岸的高差不大且地势平缓，通视性好，因此，本着提高工作效率的目的，监测队伍考虑在采取措施的情况下，提高三角高程测量的精度，从而来代替二等水准跨河测量。

根据误差传播定律分析可以得到，三角高程测量成果的误差，主要受测角误差、测距误差、大气折光与地球曲率影响的误差、仪器高量取误差以及目标高量取误差的影响[1]。其中，大气折光与地球曲率影响的误差，可以通过设置差数以及计算机改正进行消除；测角误差、测距误差除了人为操作的影响外，主要与全站仪的标定精度有关，测距误差对高程测量的影响，随着竖直角和距离的增大而增大，且前者比后者的影响显著。测角误差对高程测量的影响，同样随着距离的增大而增大，却随着竖直角的增大而减小，并且前者的影响比后者显著；瞄准目标是安在带有长度刻划的对中杆上的棱镜，全站仪可以直接读到目标高的数据，并且能准确读取到毫米，所以目标高误差理论上可视为0。

最后我们来分析仪器高的量取误差。目前仪器高的量取一般采用卷尺丈量，而且独立量取两次，当两次量的较差小于2 mm时 ，取其平均值作为最终结果。因此人们根据测量经验。取±2 mm作为仪器高的量取误差[2]。但采用卷尺和测杆都无法将仪器的竖直铅垂高度精确量取，无论用哪一种方式进行高度丈量，仪器高的量取误差必定会可能大于±2 mm。

在这个项目中，我们采取了一系列的手段来提高三角测量的精度。首先，选用高精度的全站仪（Leica TCR802 2"2 mm+2×10-6D），测量选择“精测模式”、选择经验丰富的操作人员、采取同一型号的棱镜直接放入观测墩上特制的棱镜杆上，力求将测角误差和测距误差减小的最小。最后，采用自由设站的方式进行观测。

如图4所示，所谓自由设站方式，就是在未知点C架设全站仪，观测已知点A，高程为HA,未知点B,高程为HB,设VKI,VCJ,分别为仪器中心到目标棱镜中心的高差，则有：

当A、B两点的棱镜高及棱镜类型一致时，i= j，则：

图4 自由设站方式示意图

由式（4）可见，采用自由设站架设全站仪进行三角高层测量，可以不用量取仪器高和棱镜高，这样就能避免仪器高的量取误差。

2 现场操作、数据成果的处理与分析

笔者在这里取 20150402测量资料 30℃和20150519测量资料26℃两次观测的数据进行对比分析。

图5为2次水准路线平差计算的成果表，仪器采用的是LEICA DNA02电子水准仪。

图6为监测单位用三角高程测量进行过河测量的示意图，设C1、C2为已知号称点，在C1、C2河岸的一侧大致能构成等腰三角形的位置，自由设站，架设全站仪，通过观测已知点C1、C2与C11，分别得到C11的高程H11’和H11’’，然后按照边长分配误差，得到H11，同理，得到H12。在观测的过程中，全站仪位置和高度不变，C1、C2、C11、C12安置相同规格的强制对中的棱镜。三角高程测量进行过河测量在 20150402测量资料30℃ 得到H11= 4.578 m和H12=4.597，在 20150519测量资料26℃得到H11=4.573 m和H12=4.592 m。对比电子水准仪的测量成果，满足二等水准的精度要求。

图5 2次水准路线平差计算成果表

图6 三角高程过河测量示意图

3 结语

传统的水准测量费时、工作量大，进度缓慢。而在采取有效措施的前提下，三角高程测量能够有效的代替水准测量，提高工作效率。并且，采用自由设站的三角高程测量的方式，能够避免仪器高和棱镜高量取的误差，这是提高三角高程测量精度的有效方式。

综合上述，本文理论联系实际工程，得出结论：在采取必要措施的前提下，用三角高程测量代替二等水准测量，是可行的。可运用于工程实践中。

[1]程效军,缪盾.全站仪自由设站法精度探讨[J].铁道勘察,2008(6): 1-4.

[2]红英,王淑清,李晓萍.自由设站的应用体会 [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，江苏无锡人，工程师，从事勘察测绘工作。