□ 浙江省第一測繪院 陳咪霞

水準(zhǔn)測量是一種傳統(tǒng)的高程測量方法，精度較高，在理論研究、數(shù)據(jù)處理等方面也都趨于完善，在實際操作等方面已經(jīng)形成了完善的操作規(guī)范。但是在地形復(fù)雜及坡度較大區(qū)域進(jìn)行水準(zhǔn)測量時，因測站增多，則精度降低、外業(yè)工作量和測量成本增大、施測速度較慢。

三角高程測量是高程測量的基本方法之一，簡單、靈活、受地形限制較小，但是由于受到儀器精度、地球曲率、大氣折光等因素的限制，一直沒有得到突破性的提高，在很多時候只能應(yīng)用于低等級的水準(zhǔn)測量中。

近年來，隨著測繪技術(shù)的發(fā)展，測量儀器精度的提高，尤其是高精度測量機(jī)器人的出現(xiàn)，給三角高程測量精度的提高帶來了新的突破。

本單位在對某市CORS基準(zhǔn)站進(jìn)行二等水準(zhǔn)觀測時發(fā)現(xiàn)，由于CORS基準(zhǔn)站布設(shè)位置都是在較高的屋頂上，使用傳統(tǒng)的的精密水準(zhǔn)連測方法傳遞高程時設(shè)站較困難，且需要工作人員爬到屋頂上進(jìn)行設(shè)站、立尺，比較危險，所以開展了高精度測量機(jī)器人TM50進(jìn)行三角高程中間觀測法代替二等水準(zhǔn)測量的研究和實踐。

一、測量機(jī)器人三角高程測量方法和原理

三角高程測量是利用測站點觀測照準(zhǔn)點，得到垂直角和斜距，計算照準(zhǔn)點和測站點之間的高差。目前在工程建設(shè)施工中常見的方法有單向觀測法、中間觀測法、對向觀測法。其中單向觀測法不能有效地減弱或者消除大氣折光和地球曲率的影響，精度較低，僅適用于距離較短、精度要求不高的情況；對向觀測法是在兩測站分別設(shè)置儀器各進(jìn)行一次單向觀測，由于本文中需觀測的點在屋頂上，設(shè)置儀器不方便，所以本文使用三角高程測量的中間觀測法進(jìn)行水準(zhǔn)測量。

測量機(jī)器人（Measurement Robot；Georobot）能夠進(jìn)行自動搜索、跟蹤、辨識和精確照準(zhǔn)目標(biāo)，同時獲取目標(biāo)的角度、距離、三維坐標(biāo)及影像信息，是一種智能型測量儀器。它具有一般全站儀的所有功能，同時集成了光電測距系統(tǒng)、電子測角系統(tǒng)、步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)、CCD影像傳感器、ART自動目標(biāo)識別機(jī)構(gòu)等裝置，具有很強(qiáng)的自動目標(biāo)搜尋、自動目標(biāo)識別以及精確照準(zhǔn)功能，能夠在較短的時間內(nèi)對多個觀測目標(biāo)自動進(jìn)行周期性測量，具有較強(qiáng)的實用性。TM50是徠卡公司開發(fā)的新一代無棱鏡監(jiān)測精密機(jī)器人，它以高精度、高速度、全自動化設(shè)計，可保證全天候無間斷工作，并確保所采集數(shù)據(jù)的高質(zhì)量和高可靠性，同時TM50具有堅實、可靠、低維護(hù)成本和低能耗的特點，可進(jìn)行遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測。

測量機(jī)器人三角高程測量采用中間法三角高程測量原理：為了測定A、B 兩點之間的高差，在A、B之間的中間位置（或任意到兩點之間水平距離大致相等的位置，即S1≈S2） P點處安置測量機(jī)器人徠卡TM50。

在后視A點上采用強(qiáng)制對中法設(shè)置專用棱鏡，測出高差 h1；在前視B點采用強(qiáng)制對中法設(shè)置的專用棱鏡，測出高差h2，則A、B兩點的高差為：

公式（1）中，S1、S2分別為設(shè)站點P到后視點A和前視點B之間的水平距離，和分別是儀器瞄準(zhǔn)后視點A和前視點B上專用棱鏡中心的豎直角。

表1 同垂直角和邊長的高差精度表

表1 同垂直角和邊長的高差精度表

垂直角邊長（m） 10° 15° 25° 35° 45°50 0.065 0.097 0.159 0.215 0.265 100 0.70 0.105 0.171 0.231 0.286 200 0.080 0.120 0.195 0.265 0.327 500 0.110 0.164 0.268 0.364 0.449 1000 0.160 0.239 0.390 0.530 0.653

表2 作為限差與二等水準(zhǔn)測量限差

表2 作為限差與二等水準(zhǔn)測量限差

垂直角邊長（m） 10° 15° 25° 35° 45°images/BZ_49_1453_1184_1540_1253.png50 0.130 0.194 0.318 0.430 0.530 1.265 100 0.140 0.210 0.342 0.462 0.572 1.265 200 0.160 0.240 0.390 0.530 0.654 1.788 500 0.220 0.328 0.536 0.728 0.898 2.828 1000 0.320 0.478 0.780 1.060 1.306 4

中間法三角高程測量時設(shè)站要求前后視距基本相等，所以大氣折光差及地球曲率差的影響可以不考慮。由公式（1）可以看出影響高差精度的主要因素是豎直角觀測誤差和測距誤差。

二、測量機(jī)器人中間法三角高程測量精度分析

在測量機(jī)器人豎直角觀測精度和測距精度已知的情況下，由公式（1），根據(jù)中誤差傳播定律可計算高差中誤差：

根據(jù)《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》（GB/12897-2006）的有關(guān)規(guī)定，二等水準(zhǔn)測量每公里往返中誤差為1mm。二等水測量往返測高差不符值不得超過。

三、實例驗證

在對某市CORS基準(zhǔn)站進(jìn)行二等水準(zhǔn)觀測時，本單位在使用中間法三角高程測量的同時，為了檢驗測量結(jié)果的精度，也使用了傳統(tǒng)的二等水準(zhǔn)測量方法，采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行了測量。

中間法三角高程測量使用的儀器時測量機(jī)器人TM50，并使用機(jī)載軟件多測回測角程序自動瞄準(zhǔn)進(jìn)行多測回測角。傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量使用的是Ni005A自動安平水準(zhǔn)儀進(jìn)行往返測。通過兩種方法測得的高差的差值小于1mm。兩個水準(zhǔn)點間的距離為200米，則二等水準(zhǔn)測量限差為=1.8mm。所以測量結(jié)果符合二等水準(zhǔn)的精度要求。

四、結(jié)論

利用徠卡TM50測量機(jī)器人進(jìn)行三角高程測量中間觀測法代替二等水準(zhǔn)測量，并通過理論分析和實例比較驗證了其在小范圍內(nèi)、兩點間高差較大的高程測量時可行性和可靠性。使用TM50測量機(jī)器人進(jìn)行三角高程測量的優(yōu)點是儀器任意設(shè)站，不受地形條件的限制，ATR自動照準(zhǔn)功能，克服了人眼照準(zhǔn)目標(biāo)的誤差和測程的限制，減少了誤差的來源，使用多測回測角程序提高了工作效率。為保證監(jiān)測精度，除了要注意遵守二等水準(zhǔn)觀測的相關(guān)要求外，還要采取以下措施：設(shè)站點應(yīng)設(shè)置在已知點與監(jiān)測點的中間位置或者到兩點之間的距離大致相等；監(jiān)測點和已知點應(yīng)盡量設(shè)置為強(qiáng)制對中結(jié)構(gòu)，以減少對中等誤差的影響。