桑百川

TS30在跨江線纜垂弧測量中的應用初探

桑百川

(長江航道測量中心，湖北武漢430011)

跨江線纜垂弧目前已不再采用直接接觸法進行測量，現(xiàn)行測量手段一般采用經(jīng)緯儀前方交會或全站儀加三維激光掃描的方法進行。本文采用TS30全站儀的免陵鏡極坐標方式在近距離對跨江電纜垂弧進行測量，與經(jīng)緯儀前方交會法所獲得的成果數(shù)據(jù)進行比較，分析探索TS30在跨江線纜垂弧測量中的應用方法和利弊，以供測量工作者參考。

TS30;跨江線纜;垂弧;測量;應用

跨江線纜垂弧測量曾采用過點描法、切線法、直接水準法等各種技術手段與方法，而水運工程測量規(guī)范中認為較方便并推薦使用的是點描法，它需要先測量并求出左、右懸掛點的坐標，采用兩處經(jīng)緯儀分別架站交會測角確定，之后進行逐點觀測，其主要目的是獲取垂弧最低點以計算航行凈空高度。近年來有作者利用CORS技術與全站儀相結合的方法進行了嘗試，但垂弧高度仍是用懸高測量獲得，觀測工作量并沒有減少。TS30在近距離( 1 km)以內(nèi)可用免陵鏡的方式進行碎部測量，且測角精度高，可直接嘗試在已知控制點上架站，并采用水準法精確求取儀器高來進行極坐標測量以獲取垂弧的三維坐標。

一、常規(guī)跨江線纜垂弧測量方法

架空線纜垂弧是指以桿塔為支持物而懸掛起來的呈弧形狀的曲線，跨江線纜垂弧是架空線纜垂弧在跨越江河湖泊時的特殊情況，因其線纜正下方一般不可到達，不能采用架空線路弧垂測量所采用的懸高法測量獲得，通常采用點描法、切線法、直接水準法。其中方法在《內(nèi)河航道測量》中有詳細說明，這里僅簡單進行介紹。

1．直接水準法

直接水準法是采用水準儀測定弧底點高程，即先用水準儀找到與線纜垂弧底點相切的水平視線，再后視臨時水準點立尺讀數(shù)求高，按此高度測定其高程，最后用經(jīng)緯儀或測角儀器測定弧底點位置，即利用懸掛點和測站點的坐標及弧底點的水平角，計算其位置。

2．切線法

先確定兩端懸掛點的平面位置和高程，再把儀器架設在線纜投影于地面的線位上，瞄垂弧使弧底適切于十字絲系的橫絲上，讀取垂直角，根據(jù)拋物線原理算出垂弧的最低點位置(距懸掛點距離)和高度。

3．點描法

點描法是先測量并求出左右懸掛點的坐標，計算與控制點間的夾角與距離，然后測垂弧各點相應的水平角及天頂距，計算各點距左懸掛點的距離、高度，以此來確定垂弧。

與架空線路弧垂的觀測略有不同，一般航道測量中的跨江線纜垂弧測量主要是確定最低點，以計算確定通航凈空高度。其技術手段主要是采用經(jīng)緯儀交會角度測量與距離測量相結合來測定懸掛點坐標及與控制點構成的四邊形內(nèi)角，再以角度觀測來確定跨江線纜垂弧。

但是以上方法觀測和計算工作量都比較大，下面將利用TS30對垂弧測量方法進行探索。

二、基于TS30的極坐標跨江線纜垂弧測量

因TS30測角精度高，標稱測距精度在無棱鏡模式下為2 mm+2×10－6D，因此為極坐標法的跨江線纜垂弧測量提供了一定的應用基礎。

1．極坐標/超站儀跨江線纜垂弧測量原理

極坐標法跨江線纜垂弧測量是將儀器架設在已知平高控制點上，精確求取儀器高，先采用水準法將已知高程測定于臨時工作水準點上，架設好儀器后，再用水準儀精確求得儀器高，并與采用鋼卷尺3次測得的儀器高進行粗差剔除比對。照準同樣精確求得儀器高的控制點棱鏡作為后視控制點，采用全站儀的無棱鏡工作模式測定跨江垂弧的三維坐標。

如具備超站儀組合的相應儀器( GS09、GS12 等)，則可以直接觀測架站，用超站儀的GNSS靜態(tài)觀測獲得儀器的三維坐標，再進行垂弧觀測，具體操作步驟在此不再詳述。

2．TS30無棱鏡工作模式垂弧測量關鍵技術及難點

TS30全站儀的無棱鏡工作模式已經(jīng)有作者進行過有益的探索，但只有近距離進行過反射目標測距精度的測試，而在1 km以內(nèi)，對于非標準反射體的線纜，其測距精度如何，則完全取決于儀器的無棱鏡工作能力與線纜的表面反射性能。通過參考說明書得知，TS30全站儀距離測量(無棱鏡模式)是采用PinPoint R1000的測量系統(tǒng)(特殊頻率系統(tǒng))基頻為100～150 MHz的同軸紅色可見激光658 nm進行的，測程為1．5～1200 m。如果物體處于陰影中，陰天測距光束中斷，強熱流閃爍及在光束路徑上有移動物體都會引起準確度指標的偏差。最小顯示測距達到0．1 mm，見表1。

表1 TS30(無棱鏡模式)不同情況大氣條件下測程 m

由表1可見，在夜晚時其測程效果較好，為其無棱鏡工作模式垂弧測量提供了理論基礎。觀測前還應進行環(huán)境參數(shù)的測定工作，包括:氣壓(測定到3 mbar)、氣溫(測定1°C)、相對濕度( 20%)。

3．TS30無棱鏡工作模式垂弧測量與點描法比對

基于上述理論背景分析，采用TS30無棱鏡工作模式，并以3測回作平差后的結果作為真值，進行了垂弧測量與點描法的進行精度簡要符合比對，其結果見表2。

表2 經(jīng)緯儀點描法與TS30無棱鏡法的3方向精度差值 m

由表2可見，TS30無棱鏡工作模式垂弧測量精度比較高且較穩(wěn)定。實際工作中該線纜距離較近，300 m且表面為白色的可能反射性能較好。因此該方法是否具有普通應用性，還需要進行一定距離下TS30全站儀對不同反射目標測距精度的測試驗證。

［1］ JTS 131—2012水運工程測量規(guī)范［S］．北京:人民交通出版社，2012．

［2］ 長江航道局．內(nèi)河航道測量［M］．北京:人民交通出版社，1982．

［3］ 張正祿，沈飛飛，孔寧，等．徠卡新型全站儀TS 30的測評和開發(fā)研究［J］．測繪信息與工程，2011( 1) : 52-54．

［4］ 賈真，邢志鵬，王志堅．TS30全站儀對不同反射目標測距精度的測試［J］．北京測繪，2013( 6) : 46-49．

［5］ 李德彪，常建增，余成磊．基于徠卡TS30無棱鏡全站儀的圓柱狀樁體定位計算模型及應用［J］．測繪通報，2013( 8) : 118-119．