跨越障碍物的三角高程测量方法探讨

摘要：分析跨越障碍物水准测量的特点，结合目前工程建设的实际情况，对三角高程测量方法在跨越障碍物水准测量中的应用方案进行了阐述，并进行了精度评估。

关键词：三角高程测量；障碍物；全站仪

1.引言

传统跨越障碍物的水准测量主要是指水准路线跨越江河、湖泊、宽沟、山谷等障碍物时采取的特殊观测方法，由于视线长度要达到几百米甚至一公里以上，这样水准仪的i角误差、大气折光影响、望远镜无法清晰读数等问题就成了导致误差增大的主要原因，解决这些问题，需要大量的资金和人力的投入。目前，随着国家交通基础设施建设投入的加大，跨越江河的大型桥梁越来越多，跨越水面距离大、水上施工难度大、工程要求定位精度高是大桥施工的特点，而跨越水面等障碍的高程控制测量是工程测量的难点。目前，全站仪已经普遍应用在工程建设中，其望远镜放大倍率高、视线长、测距精度高、可以不顾及障碍物两侧水准点高差等优点使得全站仪三角高程测量的外业工作量会比传统跨越障碍物的水准测量方法少很多，通过一些特殊的测量方案，用全站仪的三角高程测量代替传统的水准仪高程测量的方案是可行的。

2.实施方案

全站仪三角高程测量的误差最主要的来源是大气折光影响，如果采用等条件对向观测或者使用中间法三角高程测量，根据相关文献的结论，达到三、四等水准测量的精度是没有问题的。在跨越障碍物的测量中，选择等条件观测抵消大气折光影响会受到一定的限制，这就需要采用有益于抵消这种误差的测量方法。如图1所示，中间为河流，A和B是河流两岸需要联测的水准点，将两台型号完全相同的全站仪立于C点和D点，棱镜立于A点、B点。为了尽可能使两台仪器视线受相同的折光影响， 对跨越地点的选择应该特别注意，要把A、B、C、D尽量选在两岸地形相似、两岸测站至水面的河滩距离相等的位置；草丛、沙滩、芦苇等受日光照射后，上面空气层中的温度分布情况变化很快，产生折光影响很复杂，所以要力求避免视线通过它们上方；保证A和D、C和B的距离一致，A和C、D和B的距离一致。

两台仪器同时对目标A和目标B进行观测，则根据三角高程测量公式,C、A两点的高差为：

因为两个测站的全站仪采用同条件观测,即可以近似看成 、 ，预先设定的A、B、C、D四个点之间的距离也是近似两两相等的，故⑦式可简化为：

⑧

式⑧是计算B、A两点高差的最后公式，上述式子中， 为自测站点向目标点观测的垂直角，S位测站到目标点的斜距，K为大气垂直折光系数，R为参考椭球面曲率半径，i为仪器高，υ为棱镜高。

3.精度评估

三角高程测量的精度受多种因素的影响，主要包括垂直角观测误差、大气折光误差、垂线偏差变化、测距误差、地球曲率影响以及仪器高和棱镜高测量误差等的影响。尤其是大气折光的影响与观测条件密切相关，因此在上述施测方案中，选择两台型号相同全站仪同时观测，点位布设方法也是保证A、B、C、D四个点构成矩形，这样就使的两台仪器的观测结果受到的大气折光影响和地球曲率影响基本一致，取两台仪器观测结果的平均值后，就基本抵消了这些影响。

棱镜高度测量精度能轻易达到毫米级，完全可以忽略。目前全站仪的测距精度在几公里的范围内完全可以达到毫米级，竖角观测精度也很高，这样， 的精度达到三四等水准测量的要求是完全可能的。

结束语

跨越障碍物的高程测量在工程建设中经常遇到，三角高程测量代替传统水准测量能显著降低施测成本，保证高程测量精度。在运用全站仪三角高程测量方法进行跨越障碍物的高程测量过程中，障碍物两侧的点位选择、适当的点位布置、人为的创造同条件的测量方案可以消除绝大部分的球气误差的影响，对于减小三角高程测量误差来源有明显效果。

注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看