摘要：三角高程测量精度受诸多外界因素影响较大，采用对向观测法三角测量可以最大化消除地球曲率及大气折光对其精度的影响。现在随着高精度测角测距仪器的广泛应用，对向观测法三角高程测量完全可以在某些特殊环境下替代四等水准测量，其结果完全能够满足水准精度要求。鉴于此，本文对新建铁路工程测量中三角高程测量的应用进行了分析探讨，仅供参考。
关键词：三角高程测量；新建铁路；测量；应用
一、三角高程测量分析
1、中间法三角高程测量
全站仪安置在两个水准点中间，在水准点上安置棱镜。为了消除棱镜高测量误差，在实际工作中一般采用同一根对中杆和棱镜，并且高度固定，使每一站棱镜高相等。因此，三角高程测量的精度只与垂直角、距离有关，与棱镜高与仪器高无关。且在前后视距基本相同，局部段距离三角高程测量时，由大气折光系数引起的高差误差可以忽略不计。
中间法设站光电测距三角高程外业观测应符合表1的规定。仪器与棱镜的距离一般不大于100m，最大不得超过150m，前、后视距差不应超过5m。
在具体实施过程中，为了检核，避免出现粗差以及提高观测精度，一般需要独立进行两次观测（可采用两台全站仪在中间位置同时观测），两组高差较差不应大于2mm，满足限差要求后，取平均值作为最终的结果。
在新建铁路CPⅢ高程控制网的建立中，使用几何水准测量的方法从地面高程控制点直接向桥面传递高程往往受到限制，采用不量仪器高和棱镜高的中间设站光电测距三角高程测量法传递不但满足精度要求，而且会大大提高工作效率。
2、精密三角高程测量
大量实践表明，基于智能性全站仪的精密三角高程测量方法的精度已能达到二等水准测量要求。目前，精密三角高程测量方法主要有两种。
2.1全站仪改装棱镜法。
基于自动照准全站仪的精密三角高程测量，将改装后的棱镜分别固定在两台仪器的把手上，进行同时段对向观测。
高程传递的过程是从已知A点高程传递到A点棱镜中心，再传递到全站仪照准中心，中间每个观测边上求出两台全站仪照准中心高差，最后再传至B点棱镜中心，再传至未知B点。
因为在起末点采用同一个对中杆，且高度不变，因此避免了丈量对中杆高度带来的误差，另外在观测过程中，两台全站仪上改装棱镜高度不变，进行偶数边同时对向观测，类似于水准测量偶数站观测消除零点误差一样，避免了丈量仪器高带来的误差影响。
根据三角高程测量严密计算公式，在非高山地带可以不考虑垂线偏差的影响；球差通过对向观测取平均值抵消；在气象条件均匀变化时段进行同时段对向观测，且对向观测点间的气象条件相差不大时，气差基本消除。
2.2全站仪不改装法
基于自动照准全站仪的精密三角高程测量，将两台高精度全站仪放在距离两个棱镜10～20m位置，进行同时段对向观测。
高程传递的过程是从已知A点高程传递到A点棱镜中心，再传递到B点棱镜中心，中间每个观测边上求出两个棱镜中心高差，最后再传至N点棱镜中心，再传至未知点N。
起终点采用同一个特制带棱镜基座，中间采用脚架和普通基座安置的棱镜，只起到传递作用，所以不用量棱镜高。
采用不量测仪器高和觇标高的同时对向间接高差观测三角高程测量，不但避免了丈量仪器高带来的误差影响，而且消去了大气折光的影响。该方法不但可以建立二等高程控制网，而且由于可以进行长距离的大高差测量，可以有效地缩短测量路线长度，大大提高测量的效率。
精密三角高程测量所采用的全站仪应具有自动目标识别功能，仪器标称精度不低于0.5″，1mm+1ppm。观测距离一般不大于500m，最长不应超过1000m，竖直角不宜超过10°。精密三角高程测量应采用往返观测，观测中应测定气温和气压。气温读至0.5℃，气压读至1.0hpa，并在斜距中加入气象改正。
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二、三角高程测量在新建铁路工程测量中的研究与应用
目前，水准测量大多采用的是水准仪，其有着精度高，简便直观的优点，但却受地形限制较大难以发挥效率。随着全站仪精度的不断提高，在很多工程应用中，三角高程测量已经一步步展现出其便捷快速的优势，特别是在高差起伏较大、距离偏长的河流、山谷等区域。现阶段，三角高程测量的主要方式有单向观测，对向观测及中间点观测等，其都有着各自不同的优势和特点，本文主要以新建当阳至远安铁路为例，探讨对向观测法在新建普通铁路高程控制测量中的应用。因新建当阳至远安铁路等级为II级，设计时速为120km/h。按《铁路工程测量规范》（TB10101-2009）的技术要求，高程控制等级为四等，所以本文主要探讨对向观测法三角高程测量能否满足四等水准测量的精度要求。
1、对向观测法三角测量的原理
在三角高程测量时，我们需要使用全站仪测量出两点之间的距离（水平距离或者斜距）和高度角，以及测量时的仪器高和棱镜高，然后根据三角高程测量的公式推算出待测点的高程。通过其三角关系，可求得AB两点间高差的公式为：
在实际的三角高程测量中，地球曲率、大气折光等因素对测量结果精度的影响非常大，必须纳入考虑分析的范围。对向观测法三角测量的原理是在A点设站进行观测，同时还在B点设站，对A进行对向观测。从而就可以得到两个观测量。
S为A、B间的距离（斜距），α为A、B间观测时的高度角，i为仪器高，v为棱镜高，c为地球曲率改正；r为大气折光改正。
然后对两次观测所得高差的结果取平均值，就可以得到A、B两点之间的高差值。因为实际观测时，往返观测几乎在同一时间段，同一区域进行，气候环境和地球曲率的影响也是几乎相同的。因而，可以认为在观测过程中，地球曲率和大气折光对往返两次观测的影响相同。所以在对向观测法中可以将它们消除掉。
在《工程测量规范》（GB50026-2007）中对四等水准测量规定闭合差为20，三角高程测量时边长不大于1km。以本文作者工作中常用的徕卡TS06型号全站仪为例，测角精度ma=±2"，测距精度ms=±（3+3*10-6S）mm。在相关文献中，人们一般根据测量经验，取mi=mv=±2mm作为仪器高和棱镜高的量取误差。
在测量规范规定的三角测量允许最大边长1km内，采用对象观测法三角测量的极限误差均在限差范围内，所以其精度可以满足四等水准测量的精度要求。
2、对向观测法三角测量在铁路工程中的实际应用
为更好论证上述结论的准确性，现选取当阳至远安铁路工程中高差较大，通视条件良好的两对控制点采用全站仪进行对向观测法三角高程测量对其进行观测。
通过计算G07与G08，G13与G14间高差可得表3（单位均为mm）。另在《工程测量规范》（GB50026-2007）中规定，四等三角高程测量中对向观测高差较差限差为40。现视往返测时地球曲率及大气折光对测量结果影响相同，可计算出G07，G08在往返测时所得的高差较差为9mm，G13，G14在往返测时所得的高差较差为-6mm.结果均小于40。
通过以上结果可知，在本项目中，采用全站仪进行的对向观测法三角高程测量所得的测量结果均在《工程测量规范》（GB50026-2007）中规定的限差范围内，精度均能满足要求。
结束语
现在随着高精度测角测距仪器的广泛应用，对向观测法三角高程测量完全可以在某些特殊环境下替代四等水准测量，其结果完全能够满足水准精度要求。因此，在很多传统水准测量难以进行的工作环境下采用对向观测法三角高程测量可以大大提高劳动生产率，值得大家在今后的工程实践中推广应用。
参考文献：
[1]孔詳元，梅是义.控制测量[M].武汉：武汉大学出版社，2015
[2]工程测量规范（GB50026-2007）[M].北京：中国计划出版社，2015
[3]铁路工程测量规范（TB10101-2009）[M].北京：中国铁道出版社，2016
作者简介：钟声；四川；身份证号：51102619690923XXXX
论文作者:钟声
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/8/13
标签：高程论文; 测量论文; 棱镜论文; 高差论文; 对向论文; 精度论文; 水准论文; 《基层建设》2018年第20期论文;