周瑞祥，吳迪軍，姚 靜

(中鐵大橋勘測設(shè)計院集團有限公司，湖北武漢430050)

港珠澳大橋GNSS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)(簡稱HZMB-CORS)由3個參考站(虎山站(HUSN)、野貍島站(YELI)、洋環(huán)站(YNHN))、1個監(jiān)測站(JZJC)和1個數(shù)據(jù)中心組成。為了確保該系統(tǒng)的實時定位高程精度達到設(shè)計要求(即優(yōu)于3 cm)，必須精確測定3個參考站的高程。由于3個參考站均位于地勢較高的山頂或山腰上，觀測墩高度約3～5 m，站址地形條件復(fù)雜，測量難度較大，因此對參考站觀測墩頂高程聯(lián)測方法及技術(shù)要求進行了專項設(shè)計，以確保高程聯(lián)測精度達到二等水準(zhǔn)測量要求。

一、高程測量方法設(shè)計

1.倒掛標(biāo)尺水準(zhǔn)測量

在參考站墩身鋼筋混凝土基礎(chǔ)面上埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)釘，用水準(zhǔn)測量方法，按二等水準(zhǔn)測量的規(guī)范要求傳遞高程至水準(zhǔn)標(biāo)釘。

采用水準(zhǔn)測量方法進行高程傳遞，特為此設(shè)計了一種用于安置倒掛水準(zhǔn)標(biāo)尺的專用工具——倒尺安置器。在進行墩頂高程聯(lián)測時，參考站墩身鋼筋混凝土基礎(chǔ)面水準(zhǔn)標(biāo)釘上立一根水準(zhǔn)尺，鋁合金主板用螺桿與參考站墩身連接，并保證主板底面平整度誤差不大于0.1 mm，用主板兩端的夾板各固定一根水準(zhǔn)尺，將水準(zhǔn)尺整平并倒掛，在地面上安置三腳架支撐尺底，這樣就可以用水準(zhǔn)儀直接進行觀測讀數(shù)了。具體的觀測步驟和程序如下：

1)觀測地面水準(zhǔn)尺并讀數(shù);

2)按從左至右的順序依次觀測倒立水準(zhǔn)尺并讀數(shù)，取兩尺讀數(shù)的中數(shù);

3)按從右至左的順序重復(fù)步驟2)的操作;

4)觀測地面水準(zhǔn)尺并讀數(shù)。

以上觀測稱之為往測。然后，適當(dāng)調(diào)整儀器位置和高度，檢查水準(zhǔn)尺安置情況，重新整置水準(zhǔn)儀進行返測。

完成以上觀測為1個測回。每個觀測墩觀測2個測回。墩頂高程計算公式為

式中，H為墩頂高程;H0為地面水準(zhǔn)標(biāo)釘高程;a為地面水準(zhǔn)尺讀數(shù)，單位為m;b為倒立水準(zhǔn)尺讀數(shù)的中數(shù)。

2.對向三角高程測量

在距離觀測墩200 m左右的地面區(qū)域，選擇穩(wěn)定性良好且便于觀測的地方埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)釘，采用水準(zhǔn)測量方法傳遞高程至水準(zhǔn)標(biāo)釘，然后在水準(zhǔn)標(biāo)釘和參考站墩頂間進行三角高程測量。

單向高差計算所采用的公式為

式中，h為測站點至覘標(biāo)點的高差;D為測站點至覘標(biāo)點的斜距;α為觀測的垂直角;i為儀器高;v為覘標(biāo)高;R=6 362 850 m，為參考橢球平均曲率半徑。

3.中間設(shè)站三角高程測量

在距離觀測墩至少50 m左右的地面區(qū)域，選擇穩(wěn)定性良好且便于觀測的地方架設(shè)全站儀，分別對地面水準(zhǔn)標(biāo)釘和墩頂進行測角、測距，并計算兩點間的高差。

兩點間高差計算公式為

式中，h為測站點至覘標(biāo)點的高差;D1、D2為測站點至覘標(biāo)點的斜距;α、β為觀測的垂直角;ν1、ν2為覘標(biāo)高;R=6 362 850 m，為參考橢球平均曲率半徑。

二、觀測與計算

從基本原理上看，以上3種方法屬于精密水準(zhǔn)測量或三角高程測量。精密水準(zhǔn)測量是一種理論成熟、精度高且穩(wěn)定可靠的方法，三角高程測量方法則隨著高精度智能全站儀的出現(xiàn)而得以廣泛應(yīng)用。大量實踐表明：在特定條件下，采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施消除或削弱各種測量誤差，全站儀三角高程測量就可以達到二等甚至一等水準(zhǔn)測量的精度［1-3］。在本文所研究的參考站觀測墩頂高程聯(lián)測中，由于觀測墩高度均超過3 m，且參考站周圍地勢陡峭，不具備水準(zhǔn)測量及三角高程測量的正常觀測條件，因此對基本方法進行了改進。各參考站的觀測方法根據(jù)各自地形條件進行選擇，3個站均使用倒掛標(biāo)尺水準(zhǔn)測量方法進行精密測量，并采用三角高程測量方法進行檢核。其中，香港虎山參考站采用對向觀測三角高程測量法檢核，野貍島和洋環(huán)參考站采用中間設(shè)站法三角高程測量檢核。外業(yè)觀測技術(shù)要求參照現(xiàn)行《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》(GB/T 12897—2006)［4］和《高速鐵路工程測量規(guī)范》(TB 10601—2009)執(zhí)行［5］。

三角高程測量中，垂直角測量使用 Leica TC/TCA 2003全站儀進行垂直角觀測，按中絲法觀測4個測回。測回差和指標(biāo)差互差均不得超過5″。邊長測量觀測2個測回(每測回照準(zhǔn)1次，讀數(shù)4次)，各次讀數(shù)互差和測回中數(shù)之間的互差為5 mm和7 mm，每站需量取氣溫、氣壓值。棱鏡高在測前、測后用鋼卷尺量取，兩次互差不得超過2 mm，成果采用兩次量取中數(shù)。

3個參考站采用兩種方法觀測所得高差的較差分別為虎山站：0.55 mm、野貍島站：0.68 mm、洋環(huán)站：0.89 mm。由此可知，墩頂高程聯(lián)測成果質(zhì)量優(yōu)良，滿足規(guī)范和施工應(yīng)用的要求，驗證了本文設(shè)計方法的可行性和高精度。參考站最終高程采用水準(zhǔn)測量成果。

三、結(jié)束語

觀測和計算結(jié)果表明，通過特殊的技術(shù)設(shè)計和有效的技術(shù)措施，使用水準(zhǔn)測量方法和全站儀三角高程測量方法進行GNSS參考站觀測墩墩頂高程聯(lián)測，完全可以達到二等水準(zhǔn)測量精度。本文設(shè)計的方法可供其他類型測量參考和借鑒。

［1］晏紅波，黃騰，鄧標(biāo).智能全站儀精密三角高程測量替代二等水準(zhǔn)測量［J］.水電自動化與大壩監(jiān)測，2007，31(4)：43-47.

［2］賈中甫，楊郁，馮啟俊.精密三角高程代替二等水準(zhǔn)測量的研究與實踐［J］.測繪信息與工程，2012，37(1)：15-17.

［3］張正祿，鄧勇，羅長林，等.精密三角高程代替一等水準(zhǔn)測量的研究［J］.武漢大學(xué)學(xué)報：信息科學(xué)版，2006，31(1)：5-8.

［4］GB/T 12897—2006國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范［S］.北京：［s.n.］，2006.

［5］TB 10601—2009高速鐵路工程測量規(guī)范［S］.北京：［s.n.］，2009.