郭 威

( 江西省水利水電建設(shè)有限公司，南昌330006)

伴隨著對全站儀的廣泛應(yīng)用，測量高程方法越來越傾向于全站儀加上跟蹤桿的配合使用。傳統(tǒng)使用的三角高程測量法已呈現(xiàn)很多局限性，通過長期的摸索和不斷總結(jié)，產(chǎn)生了一種新的三角高程測量方法。它不僅有效地減少了測量三角高程誤差的來源，很好地把水準(zhǔn)測量的置點(diǎn)的任意性的特點(diǎn)結(jié)合起來，而且在每次測量時(shí)，無需對棱鏡和儀器高度進(jìn)行測量，進(jìn)而進(jìn)一步提高三角高程測量的速度和精度。我們也在實(shí)際工作中驗(yàn)證了新的三角高程測量方法在水利工程中的應(yīng)用。

1 三角高程測量法的概念以及原理

三角高程測量法指的是通過對兩點(diǎn)之間的高度角和水平距離進(jìn)行觀測，然后求出兩點(diǎn)之間高度差的一種方法。三角高程測量法是對大地控制點(diǎn)的高程進(jìn)行測定的一種基本方法，不受地形條件的限制，并且觀測方法比較簡單。

三角高程測量法的基本原理見圖1。其中A 和B 是地面上的兩個(gè)點(diǎn)，站在A 點(diǎn)對點(diǎn)B 進(jìn)行觀測，垂直方向的角度是α1．2，A 和B 兩點(diǎn)之間的水平距離是So，點(diǎn)A 處的儀器的高度是i1，點(diǎn)B 處艦標(biāo)高是i2。則A 和B 兩點(diǎn)之間的高差是h1．2=So* tanα1．2+i1－i2。

2 傳統(tǒng)三角高程測量方法在水利工程中的應(yīng)用

如圖2 所示。假設(shè)地面上的兩個(gè)高度不同的點(diǎn)分別為A和B，已知A 點(diǎn)的高程是HA，并且點(diǎn)B 與點(diǎn)A 的高差是HAB也是已知的，那么可以根據(jù)公式HB=HA+HAB可以得出點(diǎn)B的高程是HB。A 和B 之間的水平距離是D，站在A 點(diǎn)觀測B點(diǎn)得到的垂直角度是α，觀測站點(diǎn)儀器高是i，棱鏡高是t，點(diǎn)A 的高程是HA，點(diǎn)B 的高程是HB。全站儀望遠(yuǎn)鏡和棱鏡間的高差是V，其中V=Dtanα。

圖1 三角高程測量方法的基本原理圖

首先可假設(shè)點(diǎn)A 和B 之間的距離比較近，可把水準(zhǔn)面看成高程基準(zhǔn)面，并且對大氣折光等因素的影響不考慮在內(nèi)。為了對高差HAB，可以把全站儀架設(shè)在點(diǎn)A 處，跟蹤桿豎立在點(diǎn)B 處，直接測量出棱鏡高t，儀器高i，觀測的垂直角度是α。如果點(diǎn)A 和B 之間的水平距離是D，那么HAB=V +i －t，所以，HB=HA+HAB=HA+Dtanα+i－t。

上述是三角高程測量方法的基本公式，但是因?yàn)樗墙⒃谠谝暰€呈直線和水平面作為基準(zhǔn)面的基礎(chǔ)上，所以如果測量的結(jié)果比較準(zhǔn)確，就要求點(diǎn)A 和點(diǎn)B 之間的距離比較短。但是如果在點(diǎn)A 和B 之間的距離比較遠(yuǎn)的情況下，就需要把大氣折光以及地球彎曲等一些影響因素考慮在內(nèi)，這樣誤差比較大。根據(jù)三角高程傳統(tǒng)的測量方法得知，具備兩個(gè)特點(diǎn):①必須在已知的高程點(diǎn)上架設(shè)全站儀;②如果要對待測點(diǎn)高程進(jìn)行測量，首先需要對棱鏡和儀器的高度進(jìn)行測量。

圖2 傳統(tǒng)三角高程的測量方法

3 新的三角高程測量方法在水利工程中的應(yīng)用

3.1 新的三角高程測量方法的原理

如果把全站儀放置在任意點(diǎn)，并不放在已知的高度之上，與此同時(shí)我們還不用對棱鏡和儀器的高度進(jìn)行測量，通過三角高程的測量原理對待測點(diǎn)高程進(jìn)行測量，測量速度就會加快。如圖2 所示，如果已知點(diǎn)B 的高程，未知點(diǎn)A 的高程，本文通過利用全站儀對其他的待測點(diǎn)高程進(jìn)行測量。由HB=HA+HAB=HA+Dtanα+i－t，可以得出HA=HB－( Dtanα+it) 。這個(gè)公式除了可以直接用儀器把Dtanα 的值測量出來之外，其中t 和i 都是未知。但一旦安置好儀器，i 值就確定了，同時(shí)把反射棱鏡選為跟蹤桿，假如t 值也是固定的，根據(jù)公式HA=HB－( Dtanα+i －t) 得出HB－Dtanα =HA+i －t =w，根據(jù)上述假設(shè)，在任一個(gè)測站上HA+i －t 是固定的，這樣可以計(jì)算儀器測站點(diǎn)的高程W 的值。

3.2 新三角高程測量方法的操作過程

新三角高程測量方法的操作過程具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)步驟:①任意放置儀器的位置，但是要求已知的高程點(diǎn)和儀器放置的位置是同視的;②根據(jù)已知的高程點(diǎn)，用儀器進(jìn)行照準(zhǔn)，測量出v=Dtanα 的值，進(jìn)而根據(jù)公式計(jì)算出W 值。注意儀器高度、棱鏡高度以及測站點(diǎn)的高程等和儀器高程測量的所有的有關(guān)常數(shù)都是任意數(shù)值，測量之前不需要進(jìn)行設(shè)定;③重新把儀器測站點(diǎn)的高程設(shè)定是W，棱鏡和儀器的高度設(shè)置為0;④待測點(diǎn)照準(zhǔn)之后測量出其高程。

3.3 角高程測量方法驗(yàn)證

根據(jù)理論分析測量方法的準(zhǔn)確性。根據(jù)公式HB=HA+HAB=HA+Dtanα+i－t 和HA=HB－( Dtanα+i－t) 得出HB－Dtanα=HA+i－t=w 得出，HB=Dtanα+W。其中待測點(diǎn)高程是HB，待測點(diǎn)和測站點(diǎn)之間的水平距離是w。從測站點(diǎn)一直到待測點(diǎn)垂直觀測角度是α。根據(jù)公式HB=Dtanα +W 得出不同的待測點(diǎn)高程的改變?nèi)Q于垂直角度和觀測點(diǎn)與待測點(diǎn)之間的水平距離。根據(jù)三角高程測量的原理可以得出，HB=Dtanα+W，這兩種方法在理論上測量出的待測點(diǎn)高程是一致的。換一種說法就是我們選用的新的三角高程測量方法是有效可用的。

根據(jù)上文所述，放置全球儀在任一點(diǎn)上，不需要對棱鏡和儀器的高度測量，同樣可以把待測點(diǎn)高程測量出來。并且有效減少誤差的來源，使得測量出的結(jié)果根據(jù)有關(guān)的理論分析和實(shí)踐證明比三角高程傳統(tǒng)的測量方法要精確很多，同時(shí)測量的時(shí)候可以按照實(shí)際情況進(jìn)行改變，進(jìn)而測量出最精確的值。

4 工程實(shí)例

本文介紹了兩個(gè)應(yīng)用三角高程新測量方法的水利工程實(shí)例。

2005年11月，西氣東輸?shù)囊痪€管道的工程竣工測量過程中，在安徽省的定遠(yuǎn)縣這一段，首先用水準(zhǔn)儀測量7．5 km普通水準(zhǔn)，接著又用帶有全球儀三角高程新的測量方法測量這段路線，這兩種方法的測量高差僅為3 mm。

2008年3月，在西氣東輸?shù)亩€管道工程中，測量西安一支線管道中，對334．5 km 的水準(zhǔn)線路通過全站儀的三準(zhǔn)式的三角高程測量方法進(jìn)行觀測，一共對22 條閉合和符合線路進(jìn)行觀測，起閉點(diǎn)都是二和三等的水準(zhǔn)點(diǎn)。各個(gè)線路的閉合差中有2個(gè)＞0． 5 限差，20個(gè)都＜1/3 限差。通過計(jì)算誤差，這次測量的誤差＜6． 4 mm，完全符合工程測量的規(guī)范要求。

根據(jù)相關(guān)的工程實(shí)例可以看出新的三角高程測量方法的優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用在水利工程等多個(gè)領(lǐng)域。

5 結(jié) 語

綜上所知，全站儀在新的三角高程測量方法在水利工程應(yīng)用中與傳統(tǒng)的三角高程測量方法相比，新的三角高程測量方法具有很多優(yōu)點(diǎn)，如精度高、作業(yè)效率高并且設(shè)置的站點(diǎn)比較少，還不需要對儀器和棱鏡的高度進(jìn)行測量等等，這種方法廣泛應(yīng)用在水利工程中，特別是起伏比較大的地形區(qū)域，優(yōu)勢更加明顯。

［1］張濤，楊森，陳榮濤．淺議三角高程測量法在水利工程中的應(yīng)用［J］．城市建設(shè)理論研究:電子版，2012(06) ．

［2］黃位堯．淺談三角高程測量法在水利工程中的應(yīng)用［J］．中國科技博覽，2009(06) :96．

［3］劉德輝，齊俊奎．三角高程測量法在松塔水電站的應(yīng)用［J］． 科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010，20(14) :227 －228．

［4］宋師珍，周萍，王炳旸．在某水庫山區(qū)地形測量中三角高程測量法的巧妙應(yīng)用［J］．黑龍江水利科技，2011(03) :146．