跨河高程传递 精密三角高程测量代替一二等水准测量方法

跨河高程传递精密三角高程测量代替一二等水准测量方法

[摘要]跨河高程传递的测量技术有很多，本文主要简述了精密三角高程的方法来代替一二等水准测量方法的过程，国家一、二等水准测量规范》（CB/r12897-2007）规定了精密三角高程法跨河水准测量的作业方法。此方法应用于长距离三角高程多个项目大桥高程控制网。探讨了一下其中几个比较关键的问题，三角高程测量的误差来源及精度，得出了减弱各项误差从而提高精度的一些相关结论。

[关键词]跨河高程传递精密三角高程二等水准测量

目前高程测量方法一般分为几何水准测量、GPS水准测量和三角高程测量三大类。用传统水准的方法测定点与点之间的高差，所得到的地面点高程精度较高，普遍用于建立国家高程控制点。

跨河三角高程测量以它的测量时间、生产效率优于几何水准测量得以广泛应用，尤其在山区、水域作业，几何水准测量困难，精密三角高程测量发挥了很大优势，解决了几何水准测量难以解决的高程传递问题。随着科技的发展，例如莱卡TC2002、TCA2003测距测角的精度大大提高。通过一定的测量方法又可以减弱或者消除三角高程测量中各种误差源的影响，从而达到高等级水准测量的精度。

1具体跨河精密三角高程作业方法

现行《国家一、二等水准测量规范》规定，精密三角高程法跨河水准测量作业应布设成大地四边形，跨海测量既是通过该方法对近海海岛进行高程传递。

如图l所示。该图形由四条跨河边构成三个独立的闭合环。具有检核条件较多的优点。

①水准仪测定本岸站点间高差hAB和hCD。②用全站仪测量测站点问距离D-AC、D-AD、D-BC、D-BD。③垂直角观测程序：（a）A、C两点设全站仪，B、D两点设标尺，首先观测本岸近标标定仪器高，测定bB，bD然后同步观测对岸远标尺，测定aAD、aCB；（b）A点仪器不动，C点移到D点，同步观测对岸远标尺，测定aAC、aDB；（c）D点仪器不动，同步观测对岸远标尺，测定aBC、aDA；（d）B点仪器不动，观测本岸近标尺，测定bA，再将D点仪器移回到C 点，同步观测对岸远标尺，测定aBD、aCA，最后，c点仪器观测本岸近标尺。至此，第一仪器位置的观测结束，2台仪器共完成4个单测回的观测量。④观测员、仪器、标尺相互调岸，按上述观测程序完成第二时段仪器位置的观测。

每条边均按单向观测进行高差计算，公式为：

式中：D为跨河点问的水平距离；Iv为垂直角；i为仪器高；v为照准高度.k

为大气垂直折光系数；R为地球曲率半径；f为球气差。

对于（1）式全微分，由误差传播定律得高差中误差计算公式为：

由（2）公式可以看出，三角高程法跨河测量的主要误差为：距离测量误差、垂直角观测误差、仪器高和照准高量测误差以及球气差的影响。

①代测距精度对跨河高差的影响很小，取a=1°、k=0.2、R=6368km、D=2.0km、mD±1mm+1ppm·D时，其影响m△h<0.1mm。②仪器高和觇牌高可采用间接测定，公式同（1）式，当D=10m、a=l°、mD=±2mm时，其影响m△h<0.1mm。

③垂直角观测使用0.5″级全站仪，mα=0.7″、D=2.0km时，一测回垂直角误差影响为m△h=6.8mm，则16测回的垂直角观测对跨河高差的影响为±1.7mm；垂直角观测误差影响是较大的。④取用D=2.0km、R=6368km，按经验值mk=0.02时，m△h=D2/2R·mk=6.28mm，垂直折光的影响是很大的。

由上述可知，影响跨河高差的主要因素是垂直角观测误差和球气差变化的影响。

国家规范规定的作业中，同一条边单程观测均间隔两次搬站和两组观测的时间，因不同的观测时间而使球气差存在变化，极大地影响r高差的测量精度。由于太阳日照和大气气温的周日变化而使大气折光变化、近水面大气湍流作用、江面船只运行等因素，使球气差变化相当复杂且影响整个观测过程。致使实际作业超限成果较多，成果不容易合格。

2改进作业方法

规范作业方法的不足之处.结合一测回作业过程，对4个观测组进行剖析，按每条边单程观测组2台仪器均同时观测来考虑，可得出图l中同步对向观测①②③④组的分解作业过程。利用闭合环的闭合条件，由近标尺读数、本岸点间水准高差和远标尺观测高差推导出同步对向观测的高差及计算公式。

以①组为例，A、C设站时，可得BD问高差。计算公式为：

同理可得同步对向观测②组、③组、④组的计算公式。

由（3）可得出同步对向观测的跨河水准高差中误差的计算公式为：

因此，为保证跨河高差精度，可采用增加垂直角测回数、提高照准精度、两岸尽可能等高.使垂直角为小角度的方法来减小垂直角观测误差的影响；采用同步对向观测并尽量缩短观测时间，以减弱不对称垂直折光的影响。927跨海作业采用2台徕卡TCA2003全站仪同步施测，照准标志采用专用跨河水准测量灯标。每半测回均实测：上下灯标有效垂直角8组，每组垂直角均由对讲机联系同时观测，同步筹异不超过30”。测回垂直角互差不能大于4″，最后取测回高差中数，带入大地四边形进行顺时针高差闭合差的计算。

仅一项测角精度的提高，就使得精密三角高程测量实现跨河水准更为容易。距离不超过2000m的情况下，可以达到国家二等水准测量的精度；跨河距离小于1000m时，垂直角控制在10°以内，可以满足国家一等水准测量的要求

3结束语

跨河三角高程测量可以很容易实现国家二等水准测量。

此外，精密三角高程法跨河作业需在两岸合理布置跨河点、合理的观测方法相当重要。实际作业中需注意以下几个方面：①选择跨河场地时，需保证跨河视线高度；②宜在阴天有微风的天气和合适的观测时段同步进行观测；③长距离跨河观测条件一般不太好，提高照准精度尤为重要，宜使用可调亮度灯标来满足昼夜观测和精确照准需要；④避免东西向布置测线，最好两岸使用观测墩。在工程测量中采用三角高程代替水准高程，这些方法既省时又省力还省财，提高工效，保证精度。

参考文献

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