二等光电测距三角高程测量技术(正文)

光电三角高程测量代替二等水准测量的尝试摘要：光电测距三角高程测量代替二等水准测量是目前国内测绘行业正在研究的问题。本文通过对武汉大学与铁四院在武广客专大瑶山隧道中成功应用的精密二等三角高程测量理论分析的基础上，提出一套适合工程施工单位使用的二等光电测距三角高程导线测量方法，并在向莆铁路二等水准复测中成功应用。实践证明：该套测量方法在保证测量精度的前提下，经济效益显著!

关键词：二等水准；高、低棱镜；光电三角高程导线；精度分析；效费比较

1、概述

随着我国新建铁路施工技术标准不断提高，对铁路施工测量精度的要求也越来越高。特别是客运专线无碴轨道线路水准基点测量已提高到二等水准测量要求。因此，配备DS

型以上水准仪及铟瓦钢尺进行二等水准测量将成为现阶段新

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建高速铁路高程控制的普遍做法，但这种传统的水准测量方法在地形复杂的山区地带，将失去优势很难满足规范中的精度要求。

2、精密三角高程测量特点

针对以上情况，武汉大学与铁四院共同完成了“精密三角高程测量研究”课题，并在武广客专大瑶山隧道二等水准测量中成功应用，弥补了传统二等水准测量的不足。其主要原理是：采用在两台全站仪手柄上安装高、低棱镜对向观测的方法来避免量取仪器高、棱镜高及消除球气差的影响，从而提高测量精度达到二等水准测量的要求。其基本原理如图（一）所示。

3#

1、0#、4#站仪器为特制精密棱镜对中杆。每测段测站数均为奇数。

2、测段起、止点观测应为同一全站仪、棱镜杆，且距离大致相等。

图（一）精密测距三角高程测量原理

计算公式推导如下：

222

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由公式最终推导结果可知：仪高、棱镜高、球气差均相互抵消，所以测量过程中不量取仪高、棱镜高是此套测量方法的最大特点。其主要优缺点如下： 优点：

a 、测量速度快，精度高。特别适合于山区测量。

b 、原理简单、理论计算严密能够满足二等水准测量的要求。

c 、在地形复杂的山区中比二等水准测量更容易达到规范要求。 缺点：

a 、价格昂贵，一次性投入大。按照这种测量方法的要求，需配备两台徕卡TCA2003全站仪、两套高、低棱镜组、对讲机等，折合人民币70万元左右。一般施工单位难以负担。

b 、此套方法仅能完成高程控制测量，不能与导线控制测量同时进行。

c 、高、低棱镜组加工误差及安装误差对测量精度产生一定影响。

图（二） 全站仪+高、低棱镜组安装图

综合以上因素此套方法对于设计部门在复杂山区定测阶段布设二等高程控

制网，可以起到事半功倍的效果；但对于施工单位而言此套测量方法高昂的投入就成为了沉重负担。对于这个问题中铁十四局向莆铁路指挥部测量队，在复杂山区二等水准复测中采用传统三角高程测量方法，很好的解决了高昂的设备投入问题。

3、传统光电测距三角高程导线测量 3.1精度分析

光电测距三角高程测量与普通三角高程测量一样，均属于间接高程测量，都要通过测定两点间连线的天顶角或竖直角、边长（斜距或平距），以及量测仪器高和棱镜高，在计算高差时还要顾及地球曲率及大气折光的影响，所有观测与量测项目将综合影响施测高差的精度。

当三角高程测量采用单向观测时，计算公式为

21212(1)

*(*)2k h S CosZ S SinZ i v R

---∆=+

+- （1） 当三角高程测量采用对向观测时，计算公式为

()()1212122121211**2

h S CosZ i v S CosZ i v ----∆=+--+-⎡⎤⎣⎦ （2）

S-斜距 Z-天顶角 i-仪高 V-棱镜高 k-大气折光系数

-2

图（三） 光电测距三角高程测量原理

根据以往经验，如果对向观测是在相同的观测条件下进行时，大气折光系数