精密三角高程测量代替三等水准测量的研究

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摘要 本文讨论了在水利水电施工过程中，在受场地限制和地形影响的情况下，在充分设计好相关线路的情况下，利用精密三角高程测量的方法，替代传统的三等水准测量。笔者从自身的实践出发，认为此方法可行，并结合实例证实了其可行性和有效性。

关键词 三角高程测量；三等水准测量；高程控制网；平差；精度

中图分类号P2 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）39-0091-02

0引言

在水电施工测量的实际工作中，尤其是在高陡山区进行施工测量作业时，由于受场地限制和地形的影响，控制网点的高程值无法用正常的水准测量方法来进行测量，而且有些控制点，水准线路根本无法顺利到达。这时候，就有必要采取三角高程测量的方法来代替水准测量了。

在国内的诸多有关工程测量的规范中，对于三角高程测量代替传统水准测量的方法，多只局限于用三角高程测量的方法来替代四、五等水准测量，而对于三等及以上等级的水准测量，是否能用三解高程测量的方法来替代，并未作原则性的提示和建议[1-2]。

笔者认为，对于三角高程测量替代常规三等水准测量的可行性值得探求和验证，以在实际工作中提高工作效率。

笔者曾工作过的洞坪水电站工程，是一座以发电为主，兼有库区航运、交通、防洪、水产繁殖和旅游等综合效益的II等大（2）型水利水电工程。其主体建筑物有：混凝土双曲拱坝、坝身泄洪建筑物、左岸发电引水建筑物、左岸地下发电厂房及变电站。最大设计坝高135.0m，坝轴线长253.11m[3]。在这个工程上，大胆地采用了精密三角高程测量的方法来替代传统三等水准测量。

1测量方法的提出及路径方案选择

1.1高程测量方法的选择

根据工程性质及现场作业条件，测区的施工控制网布设拟采用Ⅱ等平面控制和Ⅲ等高程控制相结合的控制形式[4-5]。

由于测区相对狭窄，地势相对陡~，测区控制点都将分布在河谷两岸的山坡上，最低点高程约为434m，最高点高程为约578m。另外，有三座控制点标必须设在右岸的山坡上，右岸山坡由于交通问题，在施工总平面图设计时并没有加以利用，加之植被丰厚，坡度几近垂直，水准施测较难实现。

但是，于这些点上设置觇牌棱镜还是可行的，于是大胆决定，拟采用精密光电测距仪测距进行三角高程测量来替代常规的三等水准测量并取得了测量监理工程师的同意。

1.2 高程测量路线及起算点的确定

根据业主前期提供的一组高程控制点JHZ11上、JHZ11下，以其作为起始点，将其高程用水准测量的方法，引测至独立于平面控制网之外的原J04号控制点上。然后将其作为整个高程控制网的高程起算点进行推算，再者由于其高程约为517m，在整个控制网的空间分布上接近于中间位置，以其作为起算点比较有利。

施工控制网布置见图一。考虑到各控制点高程高低不一，高程控制网采用三角高程导线的形式施测，其路径兼顾各控制点间的高差值，尽量逐层传递，避免出现由最低点传递至最高点的路径出现。

以J04开始经各网点再回到J04组成闭合三角高程导线。其路线为：J04Ⅱ02Ⅱ04Ⅱ06Ⅱ05Ⅱ07 Ⅱ03Ⅱ08J04。（其路径见图1）。

II01号点由于交通困难，故未将其纳入高程导线内，其存在只为加强平面控制网的强度，施工作业过程中在其上设站不太可能实现，故只推算概略高程。

2三角高程测量的实施

2.1测量仪器的选择

对于普通三角高程测量能否代替三等水准测量，在时下未有定论，作业于是放弃了使用普通测量仪器进行三角高程测量的方法，而是采用了经检定合格的Leica Tc 2003型全站仪（测角精度± 0."5，测距标称精度为±（1+1ppm×D））进行三角高程导线边长及相对高差的测量，同时配备经检定合格的干湿温度表（最小读数为0.2℃）、空盒气压计（最小读数为0.5hpa）、厂配反射棱镜及特制大觇牌（32cm×32cm）用于精确照准。

2.2 测量工作的实施

鉴于该全站仪具有自动改正计算功能，又由于每条测距边均短于1km，所以在此不考虑大气折光的影响[6]。在每条边的每个测回开始观测前，均将干、湿温度、气压以及仪器高和棱镜高输入到仪器中。

为保证准确性，测站依然采用观测和记录各一人的形式，输入相关数据时，经记录员确认后方可进行后续的测量工作。从而，测量所得到的边长值和高差就是已经经过“加常数”、“乘常数”改正、气象改正以及垂直改正后的控制点间往、返观测的水平距离值和相对高差了。

边长及高差的观测均采用正、倒镜各测3测回（照准后测4次平距高差为一测回），仪器高、棱镜高采用钢板尺量取，取3个方向测量值的算术平均值作为量取结果，其量取互差不超过±2mm[8]。

测量过程中，每条导线边测回间最大允许较差±3mm，往、返测较差不超过[7]。

在技术规范中，该项限差是指往、返观测的斜距较差，平距的较差是在同一高程面上进行比较。

往、返测高差较差不超过，每测回间测站和镜站均读取干、湿温度和气压。

测量时，由于地处峡谷区，且又值冬天，测区的气温相对温差较大，但考虑到空气对流快的影响，观测时段按技术设计时的要求定在上午9时至下午15时之间，中午前后近1个小时内不进行观测，这样就能保证在观测过程中，所有测点均有阳光照射，从而避免了测站有阳光，而镜站无阳光的情况发生，尽可能的减小了测站与镜站的温差。同时在选择观测测站时，尽量避免逆光观测。

根据上表数据采用武汉测绘科技大学开发的“科傻平差软件”进行平差计算，计算过程资料略，其计算结果如表4结论

根据平差计算的结果，高程闭合导线的高差闭合差为-7.8mm，闭合线路长为2.4km，高差闭合差远小于三等水准测量的平原地区高差闭合差的限差要求。

平差结果中，高程中误差最小的为Ⅱ08号点±2.93mm，最大的为II06号点±3.90mm。

根据公式，计算可得三角高程测量的每公里高差全中误差为±5.033mm[9-10]。

由此可见，采用精密光电测距仪测距进行三角高程测量的方法，在范围较小的测区，其精度是可以达到三等水准测量精度要求的，至于应用到较大范围的测区，还有待于在实践过程中加以更为翔实的验证和总结。

参考文献

[1]孔祥元，梅是义主编.控制测量学上册[M].武汉测绘科技大学出版社，1996，10：249.

[2]工程测量规范[S].GB50026-93，1993-8-1：21－22。

[3]刘韵昆.湖北宣恩洞坪水利水电枢纽工程设计说明书[R].湖北省水利水电勘测设计院，2002，11.

[4]工程测量规范[S].GB50026-93，1993-8-1：63.

[5]李青岳、陈永奇编.工程测量学[M]，1995，6：90－92.

[6]孔祥元，梅是义主编.控制测量学上册[M].武汉测绘科技大学出版社，1996，10：246.

[7]工程测量规范[S].GB50026-93，1993-8-1：9－12.

[8]孔祥元，梅是义主编.控制测量学上册[M].武汉测绘科技大学出版社，1996，10：244.

[9]於宗俦、鲁林成主编.测量平差基础[M]. 1982，6：91－94.

[10]於宗俦、鲁林成主编.测量平差基础[M].1982，6：132－143.