摘要：本文运用全站仪三角高程测量原理，对跨河水准测量的精度及主要误差进行分析，运用有效手段从实践中论证了在一定条件下，采取相应的措施和方法，尽可能有效的消除和减少误差的影响来实现跨河三角高程测量取代传统三等水准测量的工作，不仅能保证精度，而且能提高测量工作效率。
关键词：全站仪 跨河水准 三角高程测量 精度
1 工程概况
福州洪塘大桥位于乌龙江水域，东岸为仓山区建新镇，西岸为闽侯县上街镇。新建洪塘大桥全长2207米。桥型为连续钢构+悬索桥+连续钢构形式。桥位所在的乌龙江水面净宽约1200米，两岸控制点间距1420米。老洪塘大桥上车流量比较大，车辆运行中桥面跳动大，若按传统的三等水准测量方法，存在路线长、转点多、费时费力、工作量大、工程进度慢、工作效率低等问题。另东西两岸控制点均在大堤上，高程相近，距水面净高约10米，垂直角较小，两岸现场环境基本相似，有利于跨河三角高程测量。
2 测量方案
根据图纸设计要求本桥水准测量等级为国家三等水准测量。现采用跨河三角高程的方法进行水准测量主要有以下几点：
2.1 观测网的布设
图1
如图1所示为跨河水准示意图，图中I1和I2分别为东西两岸新布设的水准点，B1和B2为全站仪架设的位置，I1、B1、I2、B2组成大地四边形，且I1、B1两点之间的距离与I2、B2两点之间的距离均约为20米，I1、I2所在河道宽度约为1300-1400米，根据高程测量定权原理，由于I1B1、I2B2之间，I1B2、I2B1之间距离大概相等，因观测值的权与距离成反比，故可以认为他们之间的高差观测值的权相等。另在I1、B1侧，有已知水准点HT07，在I2、B2侧，有已知水准点HT03。
2.2 仪器设备
本次跨河水准测量使用徕卡TC1201全站仪2台（±1"，1mm+1.5ppm*D），徕卡NA2精密水准仪一台，精度为每公里高差中误差0.7mm，配铟钢尺两个。仪器均在鉴定机构检测合格。
2.3观测方法
（1）在B1和B2处分别架设徕卡TC1201全站仪，整平后输入各参数（仪器附近并且是仪器所架设高度的实时温度和气压），将两套棱镜固定在一定的高度（一般采用棱镜杆最低高度，观测前用小卷尺仔细丈量若干次，确保棱镜最低高度的数值相等，若最低高度不相等，则采用其他固定的高度）分别架设在I1和I2点上，对中整平后严格检查两套棱镜是否处于各自固定的高度刻度。
（2）两台全站仪各自对准同岸的水准点，因距离近，周边环境无限接近相同，故盘左盘右各读数两次即可。
（3）调整棱镜杆方向，使棱镜头严格对准对岸仪器方向，对中整平后严格检查两套棱镜的高度前后是否一致，否则需要重测。
（4）使用对讲机做为通讯工具，同时进行对岸水准点的对向观测，单方向观测十个测回，每个测回盘左盘右各读数四次，每次都需要重新调整目镜及物镜再照准目标读数，严禁只照准一次后多次测量的操作。
（5）调整棱镜杆方向，对准各自仪器方向，对中整平后严格检查两套棱镜是否处于之前的高度刻度，否则需要重测。重复操作步骤（2），记录近站点高程读数与（2）中读数比较，差值不应该超过0.3mm,否则应重新观测。
（6）将两岸的仪器和棱镜同时对调，重复以上步骤，完成I1和I2两点之间的同一时段观测。
（7）I1与HT07和I2与HT03之间的高差使用徕卡NA2精密水准仪，采用传统三等水准测量方法观测，此处不再赘述。
3 误差及精度分析
3.1三角高程原理
H（高差）=D（平距）*tanA（垂直角）+i（仪器高）-v（棱镜高）+f（球气差）
3.2误差来源
三角高程误差来源主要有：全站仪的天顶距观测误差及测距误差、垂直角观测误差、仪器高度量取误差和棱镜高度量取误差、地球曲率和大气折光改正后的误差残差的影响。其中天顶距测量误差及地球曲率和大气折光改正后的残差是三角高程测量高程误差的主要来源，测距误差对高差的影响与天顶距有关。天顶距测量误差对高程中误差的影响随着测量距离增大成比例增长，地球曲率和大气折光改正后的残差对高程中误差的影响随着测量距离的增加而成级数增加。
3.3消除或减弱误差的主要措施
（1）采用高精度的测量仪器，多次照准，多次测回及对向观测。两岸控制点高程相近来减少测距及垂直角误差。
（2）同一测站采用相等高度的棱镜杆，只测量高差，避免因量取仪器高度和棱镜高度导致的尺量误差。
（3）选择有利的时间，阴天无风或者微风，成像清晰的时段观测。两岸对向观测时应注意环境温度尽量相同，尽量减少大气折光和地球曲率的影响。
3.4精度分析
本次跨河三角高程采用的徕卡全站仪TC1201精度较高，在输入各项参数后仪器会自动改正球气差，操作方法上是免棱镜高及免仪器高的方法，在误差来源上最大的是垂直角的误差，其他误差微小。全站仪在每测站采用盘左盘右各观测十测回后，依据误差理论算出算术平均值中误差Ma=M√2/√n=0.89"，距离为D=1400米时，根据三角高程原理，其高差误差最大为12mm。
4 数据
4.1观测数据整理如下表所示:
4.3路径：[HT07→I1→I2→HT03]
高差闭合差=1.3mm
路线长度L=969m+1400m+200m=2.569Km
限差=±12√L=±12√2.569=±19.23mm
每公里高程中误差=1mm
5 结论
本次跨河三角高程对向往返测的成果小于国家三四等水准测量规范规定的12√L，检测已知测段高差之差小于规范规定的20√L的要求，两岸控制点高差相互吻合，在采取相应的措施减少误差来源后，跨河三角高程在河流宽度小于1500米时已经可以满足三等水准测量的要求，在很大程度上提高了工作效率。
参考文献:
[1]《国家一、二等水准测量规范》GB/T12897-2006
[2]《中短程光电测量规范》GBT16818-1997
[3]GB 50026-2007《工程测量规范》.北京：中国计划出版社，2008年4月第一版
论文作者:王海亮
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/11
标签：误差论文; 高程论文; 棱镜论文; 测量论文; 高差论文; 水准论文; 高度论文; 《基层建设》2018年第15期论文;