工程測量中三角高程測量誤差分析及解決方法

1、.工程測量中三角高程測量的誤差分析及解決方法戚忠 中國水利水電第四工程局有限公司測繪中心，青海 西寧，郵編810007 一 引言 一直以來，為保證精度，高等級高程測量都采用幾何水準的方法。而在某些特定環(huán)境下，幾何水準往往會耗費大量的人力、物力，且受地形等條件因素影響較大！鑒于幾何水準在某些特定情形下無法進行的問題，探討如何提高三角高程測量的精度，以保證其測量成果的可行性和可靠性，使得三角高程測量成果足以替代幾何水準。隨著高精度全站儀的問世，結合合理的方式、方法，運用三角高程替代幾何水準測量是切實可行的。三角高程代替幾何水準可以解決跨河水準及高邊坡、危險地段無法進行精密幾何水準測量的難題，保障危

2、險地段測量人員和儀器設備的安全，提高了工作效率，降低了測量成本。二 三角高程測量誤差分析常見的三角高程測量有單向觀測法、中間法和對象觀測法，對向觀測法可以消除部分誤差，故在三角高程測量中采用較為廣泛。對向觀測法三角高程測量的高差公式為： h對=D(tana12-tana21)2+k2-k1D24R+i1-i2+v1-v22+U1-U22-UmD(1)式中：D為兩點問的距離；a為垂直角;k2-k1為往返測大氣垂直折光系數(shù)差；i為儀器高；v為目標高； R為地球曲率半徑(6370 km)；U1-U22-Um為垂線偏差非線性變化量；令 k2-k1=k，U1-U22-Um=U，mi=mv=miv，ma1

3、=ma2=ma。對式(1)微分，則由誤差傳播定律可得高差中誤差：mh對2=(tan12-tan21)2mD24+mD2(DK2R)2+mv2(U)2+ma2D2sec412+sec42142+mk2(D24R)2+miv2+D2(mu)2 (2)由式(2)可知影響三角高程測量精度主要有：1.豎直角（或天頂距）、2.距離、3.儀器高、4.目標高、5.球氣差。第1、2項可以通過試驗觀測數(shù)據(jù)分析選擇精度合適的儀器及其配套的反光棱鏡、溫度計、氣壓表等，我們選擇的是徠卡TCA2003及其配套的單棱鏡、國產(chǎn)機械通風干濕溫度計、盒式氣壓計；第3、4項，一般要求建立穩(wěn)定的觀測墩和強制對中裝置，采用游標卡尺在基

4、座3個方向量取，使3個方向量取的校差小于0.2 mm，并在測前、測后進行2次量測；第5項球氣差也就是大氣折光差，也是本課題的研究重點。三 減弱大氣折光差的方法和措施大氣折光差：是電磁波經(jīng)過大氣層時，由于傳播路徑產(chǎn)生彎曲及傳播速度發(fā)生變化而引起觀測方向或距離的誤差。大氣折光對距離的影響，表現(xiàn)在電磁波測距中影響的量值相對較大，必須在測距的同時實測測線上的氣象元素，再用大氣折光模型對距離觀測值進行改正。減弱大氣折光差的方法和措施有：a.提高觀測視線高度；b.盡量選擇短邊傳遞高程；c.選擇有利觀測時間；d.采用同時對向觀測；e.確定合適的大氣折光系數(shù)。上述的5種辦法雖然都可以減弱大氣折光對三角高程測量

5、精度的影響，但在實際工作中也有很多制約因素。下面具體分析。3.1提高觀測視線高度。由于工地地形條件限制、抬高視線高度需要造高標增大測量成本、由于標墩高大影響其它工程施工，提高觀測視線高度的方法不可取。3.2盡量選擇短邊傳遞高程。由三角高程測量高差計算公式可知，折光的影響與距離的平方成比例，選擇短邊傳遞高程有利。但控制網(wǎng)的邊長是由多種因素控制的，不能隨意增加和減少。3.3選擇有利觀測時間。中午前后（1015時）垂直折光小，觀測垂直角最有利。日出1小時后至上午10點、下午15點至日落前1小時水平折光小，利于水平方向角度觀測。控制網(wǎng)觀測是水平、垂直方向角度同時觀測，不能兼顧。根據(jù)現(xiàn)場施工情況，采用上

6、午911.5時、下午1417.5時進行觀測（12點是施工放炮時間）。雖然此段時間觀測對高程測量不利，可以通過加入大氣折光誤差計算減弱三角高程測量誤差。3.4采用同時對向觀測。在控制網(wǎng)觀測中，由于投入的人員、儀器、覘標數(shù)量和觀測時間的原因，采用同時對向觀測會耗時耗力。且由于折光影響，不同時間段對向觀測，往、返測高差較差大多都超出規(guī)范限差要求。3.5確定合適的大氣折光系數(shù)。前面講過，在各種不同的情況下，大氣折光系數(shù)都可能有很大的差異。也就是說，大氣折光系數(shù)值是一個變值，隨時隨地都在變化。我國經(jīng)過幾個地區(qū)的統(tǒng)計資料，大氣折光系數(shù)一般在0.090.16之間，而且，其變化也是很復雜的，因而完全準確的掌握

7、其變化規(guī)律將比較困難，只能根據(jù)實驗資料概括出其一般規(guī)律。四 大氣折光系數(shù)的測量方法由于大氣折光系變化的復雜性，使我們不可能精確地確定每一方向的折光系數(shù)。因此，在實際作業(yè)中，應設法精確的測定某一區(qū)域的內(nèi)的平均折光系數(shù)，用以計算各個單項觀測高差。大氣折光系數(shù)雖然變化無常，但可以經(jīng)過一段時間的觀測找出它的變化規(guī)律，確定適合觀測時間段的大氣折光系數(shù)。大氣折光系數(shù)可以通過2種方法得到：1.在已知高差的兩點間單向觀測垂直角、斜距，求解大氣折光系數(shù)；2.根據(jù)兩點間同時對向觀測的垂直角和斜距，求解大氣折光系數(shù)。采用兩種辦法求解并進行對比。確定折光系數(shù)時應注意控制網(wǎng)測區(qū)一般相對較小，可以作為一個測區(qū)來計算確定大

8、氣折光系數(shù)。但有的地區(qū)由于某些特殊的情況原因，計算的大氣折光系數(shù)互差較大時，就需要分測區(qū)來分別計算大氣折光系數(shù)。五 結語在工程測量中利用三角高差測量替代高等級幾何水準測量，提高三角高程測量等級，使測量控制的三維坐標精度一致，減少高等級幾何水準測量勞動強度，降低測量成本，提高測量速度和效益。但該方法也有一些需要改進的部分，我們在實踐過程中總結了以下幾點，希望能給大家以借鑒，使得該技術在應用過程更加方便、可靠。1.跨河（或障礙物）任意設站三角高程測量時，測量前需對棱鏡、對中桿進行校測；2.任意設站三角程測量，盡量縮短前、后視距離及其距離之差；影響三角高程測量精度的因素很多，容易產(chǎn)生粗差,應進行多次測量；組于組之間變換儀器高時，需在不同位置進行；交換棱鏡時，特別注意棱鏡頭不能從對中桿上取下，此時不必量取儀器高、棱鏡高，往返高差不進行對比；組于組之間高差互比應滿足±4L的要求；3.山區(qū)天氣突變時候多，天氣突變時應停止觀測，待天氣穩(wěn)定時重新進行觀測；4.折光差測定時，應在測區(qū)不同高程面上均勻測定，如發(fā)現(xiàn)異常，應在同邊不同的氣象條件下多次進行測定對比；作者簡介：戚 忠（1986-），男，漢族，青海省西寧市，中國水利