精密三角高程测量替代二等水准测量研究与实施

精密三角高程测量替代二等水准测量研究与实施

陈锐1汪仁银2李开伟3

四川水利职业技术学院四川成都610036

摘要：所谓的三角高程测量，就是借助测站向照准目标观测垂直角和它们之间的水平距离或者斜距，简单来说，就是用来计算测站点与照准点之间距离的方式。对于三角高程测量方式来说，最突出的优势就是比几何水准测量方式在时间以及效率等方面较为突出，特别是在山区进行作业时，利用几何测量方式很难进行，那么利用三角高程测量不仅能够推动工作快速进行，而且也能很好的解决几何水准测量方式无法实现的高程传递问题。在测试仪器更新过程中，三角高程测量因为机器人的融入，从而促使精度有了较大的提升。通过实践调查发现，三角高程测量方式的较高精密度，完全可以取代二等水准测量方式。

关键词：精密三角高程；二等水准；测量

引言：在测量技术应用的过程中，常常需要测量地面点高程，来确定目标点相对参考基准面的高度，当前常用的测量高程点的方法有水准测量、三角高程测量和GPS高测量程测量３种。水准测量是利用一条水平视线，并借助水准尺，来测定地面两点间的离差，测量由己知点的离程推算出未知点的高程。GPS高程测量通过GPS接收机通过测量目标点的大地高和高程异常来获取未知点高程。三角高程测量的基本思想是利用测站对照准点所观测的天顶距（竖直角）和测量平距，计算测站点到观测点之间的高差，从而获取未知点高程。这几种高程测量各有优势并相互补充。从精度而言，几何水准测量精度最高，能满足国家一、二等水准测量的需求，并广泛应用于国家髙程控制网的布设；三角高程测量精度其次，能够满足三、四等水准测量精度要求；GPS高程测量因很多地区难以获得区域高程拟合模型，因此只能达到等外水准的精度。从工作效率和适应地形环境来说，几何水准测量精度虽然最高，但由于本身测量手段的局限，在高差较大的山区和丘陵地带效率很低，需要大量设站才能进行高程传递，同时在跨越障碍物时测量显得更加困难。

一、三角高程测量基本原理

设A，B为两个高度不同的地面点，已知A点的高程为HA。如欲确定B点的高程HB，求得A点对B点的高差hAB即可。首先假设A，B两点相距不太远，可以将水准面看成水平面，也不考虑大气折光的影响。为了确定高差hAB，可在A点架设全站仪，在B点竖立觇标，观测竖角α角，并直接量取仪器高i和觇标高ν，测得A，B两点间的平距为D。

则A、B两点的高差为。如果用斜距计算，则A、B两点的高差为。这就是三角高程测量的基本公式，但使用该公式时对实际情况作了些理想化的架设，一是假设大地水准面是一个平面而不是一个平面，二是也并没考虑光线折射的影响。从这一基本公式中可以看出高差hAB的误差来源有以下3个方面：①测量距离S的误差；②测量角度的误差；③量取仪器高和觇标高的误差。在长距离三角高程测量中就必须考虑地球曲率和大气折射的影响了。还有就是球气差，要减少球气差就显得尤为重要。

二、三角高程测量方法简析

（一）三角高程测量中间观测法

三角高程测量中间观测法即在已知点和未知点架设固定高度的棱镜，在两点中间架设仪器，通过这种方式通过求出两点之间的高差，通过这种方式，能够比较精确的测量出两目标间的高差，通过这种方式在进行高程传递的过程中能够能够消除仪器高度和棱镜高度误差，但是无法削弱球气差[1]。

（二）三角高程对向观测法

三角高程对向观测法及同时在两个观测点上架设仪器，通过对向同时观测的方法来求取高差，通过这种方法除了能够能够消除仪器高度和棱镜高度误差，还能大大削弱削弱球气差，使精密高程测量采用精密三角高程测量方法，利用两台高精度自动目标识别全站仪，经必要加装，实现同时对向观测。通过对测段按偶数边进行观测，无需量取仪器高和觇标高，。整个测试区域选择了山区地形，采用测段往返测高差不符值、同一测段各次观测平均值作为每测段精确高差形式或附和路线的形式进行分析比较。观测线路12段，检测线路全长约4公里。通过对误差统计分析表分析，检测的各段线路误差分布均匀，限差分布合理，检测成果满足国家二等水准测量要求。

三、实例分析

我们为了检验三角高程测量方式是否具有超过二等水准测量方式的较高精密度。文章进行了三角高程测量方式的实验，将其测量的结果与传统的二等水准测量方式相比较。在此，我们选择多处水准点，开始了四段三角高程测量方式实验。首先，在正式的测量工序开始之前，先校准仪器的ATR自动找准功能，应用高低棱镜实施整个测量施工。在实际测量时，准备两台TCA2003全站仪同时进行对向观测，观测时利用仪器自身的ATR自动照准功能进行目标的自动照准。对每个站点观测的气压以及温度等信息进行全程的记录，并且将数据输入到仪器当中，对测量距离进行不断的纠正。在水准点开始处设立对中杆，将所有观测的数据取平均值，进行水准点观测时，应该保持20m范围内的距离，其他边的距离可以保持在400m，保持垂直角度在10°范围内，测段往返闭合限差为4槡Lmm。通过三角高程精密测量方式我们可以获取到具体的数值，从而将其与传统的二等水准测量方式相比较，其优势详情见下表。

水准精密三角高程测量与二等水准测量限差统计表：

从上表中我们可以看出，利用三角高程测量方式进行测量，其中测量路段的往返高差较差和精密三角高程与传统水准测量高差较差均满足二等水准测量规范要求。为了得出三角高程测量方式在跨河水准中是否合理，我们实际选择一处跨河水准测量网，在各个位置上均设立固定点。网中最长边大约700m，最短边大约20m，高程采用对向精密三角高程测量方法进行测量。通过实验分析，三角高程精密测量在相同条件下，其精度等方面完胜于二等水准测量，不仅能够有效解决传统二等水准测量中跨河水准的问题，而且还具有较高的工作效率[2]。

四、实验结论

1、本次检试，通过对精密三角高程代替二等水准外业检测误差统计分析认为，采用精密三角高程的测量方法可以代替二等水准测量。本次检试成果可靠、准确，各项指标均符合检测要求。

2、采用精密三角高程测量代替二等水准测量所用全站仪垂直角的测角精度不应小于0.5秒，并带有自动目标识别装置。

3、采用精密三角高程代替二等水准测量时，应采用对向观测。

4、采用精密三角高程代替二等水准测量，观测条件好、成像清晰时，观测边长一般应小于800米，特殊情况下不应大于1000米；观测、成像条件一般时，观测边长一般应小于500米，地形平坦观测边长一般应小于500米。

5、精密三角高程测量方法简单易行，测量速度较传统水准测量方法快得多，在山区精密高程控制测量和跨河高程测量都应该有广泛的应用。

结论

简而言之，对于三角高程精密测量方式来说，其优势是能够完胜于二等水准测量，通过架设仪器，可以在测量路段内随意设置站点，工作人员只需要取开始点以及终止点的目标高即可，不仅是减少误差的基础，同时也是具备较高精度的保证。尤其是在山区条件下，具有便于布设测线和提高施测速度的优越性。因此，在一定条件下，精密三角高程测量可以替代二等水准测量[3]。

参考文献：

[1]周水渠.精密三角高程测量代替二等水准测量的尝试［J］.测绘信息与工程，2016（3）：25-29.

[2]李方彦.精密三角高程测量代替三等水准测量的研究［J］.科技传播，2018（6）：91-92.

[3]杨跃青.用精密三角高程测量代替二等水准测量方法的探讨［J］.西北水电，2017（3）：21-23.