精密三角高程在大瑶山隧道二等水准测量中的应用

2
γ 2
( 1)
反向观测高差的计算公式
h2 - h1 = D 12 ・co s Z2 + 2 ( N 1 + h1 ) sin ( N 1 - N 2 ) - n1 n2 ・ sin B 2
2
γ 2
( 2)
垂线偏差影响 ,当沿视线方向的垂线偏差随距离而均 匀变化 ,这时可认为对向观测的高差受垂线偏差影响 很小或不受垂线偏差影响 。公式最后一项为观测高差 归算为正常高高差的改正项 , 即加入正常水准面不平 行改正数 ,其计算公式为 εi = - AH Δ ( 9) i φ i 式中 ,εi 为第 i 测段的正常水准面不平行改正数 , 以
沉降观测对受破坏建筑物的判断 : 毛甬津
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文章编号 : 1672 2 7479 ( 2009 ) 01 2 0025 2 03
沉降观测对受破坏建筑物的判断
收稿日期 : 2008 2 12 2 01 作者简介 : 葛忠土 ( 1962 —) ,男 , 1982 年毕业于西南交通大学航空摄影 测量专业 ,高级工程师 。
图 1 三角高程测量中的应用 : 葛忠土
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单向观测高差的计算公式
h2 - h1 = D 12 ・co s Z1 + 2 ( N 2 + h2 ) sin ( N 2 - N 1 ) + n1 n2 ・ sin B 1
+;
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2
- ;
CP
+δ h12
低棱镜两测回 ,高棱镜两测回 。 观测时各站上要在观测前测定温度和气压 , 在全 站仪上设置 ,以便对边长进行改正 。
注 : 此公式前 5 项相当于应用几何水准所得的高差 ,最后
项为正常高改正项 。
212 测段中对向观测方法
按仪器前进方向 ,先进行后测站观测 ,再进行前测 站观测 。每个测段进行往返测观测 , 高低双棱镜观测 顺序为 : 后低 , 前低 , 前高 , 后高 (如图 3 所示 ) 。支线 测段进行单棱镜往返测 。一条边观测结束后 , 进行下
D 12
sec
2
γ 1 - sin B 1 sin B 2 - co s B 1 co s B 2 co s ( L2 - L1 ) = 2 2 ( 7) 正常高高差的确定
sin
2
图 2 仪器改装示意
211 起止水准点观测方法
在测段水准点附近 (一般在 20 m 以内 ,并要求起 、 末点大致相等 ) 架设全站仪 , 在水准点上架设棱镜杆
mm 为单位 ; A 为常系数 , 可在正常水准面不平行改正
对向观测时 ,取之差的平均值
h2 - h1 = D 12
2
( co s Z1 - co s Z2 ) +
2
数的系数表中查取 ; H i 为测段始末点的近似高程 , 以 φi 为测段始末点的纬度差 ,以 ( ′ )为单位 。 m 为单位 ;Δ
I衡韶 54 ～ I衡韶 64 (一期 ) I衡韶 54 ～ I衡韶 64 (二期 )
线路长度 闭合差
/ km 55150 6615 /mm 1119 1719
允许闭合 差 /mm
2918 3216
在二期的精密三角高程测量中 , BSII678、 B SII679 因遭到破坏 , 重新恢复了这两个点 , B SII680 —B SII681 的两期高差比较如表 2 所示 。
2 ; 12 - ; ・ " 2 ρ
sec
2
γ ( co s z1 - co s z2 ) 2
21
k12 - k21 2 S12 4R
考虑仪器高和目标棱镜高 ,则有
h2 - h1 =
γ 1 ( co s z1 - co s z2 ) + ( i1 - i2 ) + 2 2 2 S12 ; 12 - ; 21 k12 - k21 2 1 ( v1 - v2 ) ・ S12 ( 6 ) " 2 2 4R ρ
( N 2 - N 1 + h2 - h1 ) sin n1 n2
γ - (N 2 - N 1 ) + 2
( 3)
2 精密三角高程代替二等水准测量的实施
方法
精密三角高程测量按三角高程测量基本原理 , 采 用自动照准的高精度全站仪同时对向观测 , 对向观测 可以基本消除或大大消弱大气垂直折光的影响 ; 对向 观测时照准棱镜固定在另一全站仪的把手上 , 在一个 测段上对向观测的边为偶数条边 , 同时在测段的起末 水准点上立高度不变的同一棱镜 , 这样可完全避免量 取仪器高和觇高程 ; 限制观测边的长度和高度角 ,以减 少相对垂线偏差的影响 ,仪器的改装如图 2 所示 。
表 1 精密三角高程测量结果
水准路线号 线路起点 线路止点
BSII676 BSII676 BSII681 BSII681
213 观测测回数
观测边长在 100 m 以内测 2 测回 , 100 ～500 m 测
4 测 回 , 500 ～ 800 m 测 6 测 回 , 800 ～ 1 000 m 测 8
图 3 观测顺序示意
观测过程中 ,应满足以下一些条件 : 观测时各站要 在观测前测定温度和气压 ,在全站仪上进行设置 ,以便 对边长进行改正 ; 对边观测边长一般在 200 ～400 m , 丘陵地区最长为 1 000 m , 山地最长为 500 m。竖角不 超过 10 ° 。仪器架设要选择坚实的地面 , 并踩稳脚架 ; 观测视线大部分应离地面 115 m 以上 , 最低处也不应 小于 1 m。
1 精密三角高程测量原理
几何水准测量目前仍是高程测量的主要方法 , 测 量精度高 、 操作简单是这种方法的优势 。在地形条件 困难的地区则视线短 、 速度慢 、 劳动强度大 , 降低了生 产效率 。三角高程测量的精度主要受高度角观测精度 的限制 、 大气折光和地球曲率的影响 ,限制了三角高程 测量的应用 。随着带 ATR 功能的高精度全站仪的发 展 ,国内外广泛开展了 EDM 三角高程测量的研究 , 并 取得很大的进展 。正是在这种背景下 , 我们在大瑶山
图 4 大瑶山隧道精密三角高程路线
隧道进口点 。B SII678 为 1 号隧道横洞口点 , B SII679 为 1 号隧道出口 、 2 号隧道进口点 , BS II680 为 2 号隧 道出口 、 3 号隧道进口点 , B SII681 为 3 号隧道出口点 , 其余点均为临时设置点 , 并埋设了钢筋钉 。第一次应 急高程控制测量的水准路线 : 衡韶 54 —B SII676 —1 — 8 —37 —BSII681 — 衡韶 64,贯通后再分别由 8、 37 临时 设置点测支水准止洞口点 ; 第二次高程控制测量的水 准 路 线 为 : 衡 韶 54 —BSII676 —1 —8 —BSII678 — BSII679 —B SII680 —37 —B SII681 — 衡韶 64, 构成附 和 水准路线 , B SII679 为重新埋设点 ; 第三次为 1 号 、 2号 隧道洞内二等水准贯通测量 , 采取水准测量的作业方 式 , 水 准 路 线 为 BSII676 —B SII679 —BSII680 — BSII681,其中 BSII676 —B SII679 —B SII680 水准路线从 1号 、 2 号隧道洞内穿越 , B SII680 —B SII681 水准路线 从 3 号隧道洞外绕行 ( 3 号隧道还没有贯通 ) 。精密三 角高程的测量结果如表 1 所示 。
第四项是受大气垂直折光的影响的改正项 , 当同 时对向进行天顶距观测时 , 可以认为气象条件是一致 的、 稳定的 ,这时可认为对向观测的高差受大气垂直折 光的影响很小或不受大气垂直折光的影响 , 第五项是
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铁 道 勘 察
2009 年第 1 期
条边观测 ,这时特别要注意 , 前站仪器不动 , 为下条边 的后站 ,原后仪器迁至前面 , 为下条边的前站 , 这样直 至原来观测测段起点的仪器靠近测段止点 ,即观测起 、 末水准点是同一台全站仪 , 在一个测段上对向观测的 边为偶数条边 。
测回 。
214 观测限差
各测回垂直角和指标差不超过 5 ″ , 距离不超过 3
mm。测段往返测高差不符值不超出 ± 4 L mm , 双棱
镜观测时按高低棱镜观测值分别计算高差 , 不符值不 超出 ± 4 L mm , 并在测站上要检核高低棱镜观测高 差之差 。
3 大瑶山隧道精密三角高程代替二等水准测
( 5)
2
( sin B 2 - sin B 1 )
经以足够的精度进行变换后 ,得到以下公式 γ ( co s Z1 - co s Z2 ) ( 4) 2 2 由大地天顶距变换为观测天顶距 , 并顾及大气垂
h2 - h1 = D 12
sec
2
直折光对观测天顶距的影响 ,有
h2 - h1 = S12 D 12
量实践
大瑶山隧道二等水准高程控制网从 2006 年 10 月 开始实施到 2008 年 7 月共完成了三次高程控制测量 , 第一次为应急二等高程控制测量 , 第二次为正式二等 高程控制测量 ,前两次均为精密三角高程测量 ,最后一 次是 1 号 、 2 号隧道贯通以后的洞内二等水准测量 。 观测线路如图 4 所示 , 测段起点为衡韶 54 点 , 测段止 点为衡韶 64 点 ,均为国家一等水准点 , B SII676 为 1 号
Ge Zhongtu
摘 要 精密三角高程代替二等水准测量是一个全新的课题 。介绍了其测量原理 、 可行性及在实 践中的应用 。 关键词 精密三角高程 代替 二等水准测量 中图分类号 : P22411 文献标识码 : B 大瑶山隧道是武广客运专线控制性工程 , 位于广 东省境内 ,线路起止里程为 DK1908 ～DK1932,全长 24 km ,由 1 号 、 2号 、 3 号隧道组成 , 2006 年在该测区实施 二等水准控制测量时 ,受到了一些条件的制约 : 一方面 该地区属比较困难的山区地形 ,起伏很大 ,高差累计达 2 000多 m ,又受当年大洪水的影响 , 原粤汉铁路的路 基基本被冲毁 ,利用水准仪实施二等水准测量十分困 难 ; 另一方面工期又特别紧张 ,需要在短时间内提供新 的高程控制成果 ,以满足施工进度的需要 。如何高效 同时又满足精度要求的前提下完成大瑶山隧道二等水 准控制测量 ,让我们不得不另辟蹊径 ,采取了精密三角 高程代替二等水准测量这种全新的测量模式 , 完成了 大瑶山隧道二等水准控制测量 。实践表明 , 这种测量 方式是切实可行的 。 隧道高程测量中采用了精密三角高程代替二等水准测 量的测量方法 。该测量方法有以下技术特点 : 采用自 动照准的高精度全站仪 ,利用两台仪器同时对向观测 , 以削减大气垂直折光影响 ; 在一个测段上对向观测的 边为偶数条边 ,避免量取仪器高和觇高程 ,以减少误差 的积累 ; 限制观测边的长度和高度角 ,以减少大气垂直 折光和相对垂线偏差的影响 。测量的基本原理如下 : 如图 1 所示 ,置镜点 P1观测目标点 P2 , 相对于参考椭 球面的大地高分别为 h1和 h2 , Z 为大地天顶距 。视线 两端点在参考椭球上的投影以 m 和 n 表示 。参考椭 球中心 O , 旋转轴 通过极 P。椭球法线端点在旋转轴 上的位置以 n1 和 n2表示 , 而 m P 和 nP 是子午线 。