（中铁大桥局第七工程有限公司，湖北武汉430056）
摘要：文章结合湖北香溪长江公路大桥的场地特点，对跨河水准测量方法及误差来源进行分析，有针对性的进行技术方案设计，并采取有效措施减小及消除误差因素的影响，提高了测量工西效，取得了较高质量的测量成果。
关键词：跨河水准；测距三角高程；精度分析。
前言
湖北香溪长江公路大桥位于湖北省宜昌市秭归县，其中香溪长江大桥跨越长江，主桥为519m跨度钢箱桁架拱桥，香溪河大桥跨越长江支流香溪河，主桥为（48+48+78）m+470m+（78+48+48）m双塔双索面钢混组合梁斜拉桥。
项目首级高程控制网为闭合水准线路，线路两次跨越长江，一次跨越香溪河。其中两处跨越长江段跨河水准距离分别为1000m及800m，跨越香溪河段跨河水准距离为700m。
由于该项目位于山区，地形复杂，采用何种方法进行跨河水准测量建立高精度高程控制网是该项目顺利实施的关键之一。
1跨河水准测量技术方案
根据有关测量规范要求，高程控制网精度等级采用国家二等水准。结合现场实际条件，采用测距三角高程法进行测量。
1.1跨河场地布置
以跨河距离1000m处跨河水准测段为例，在跨河处两岸分别布置两个临时水准点A、B、C、D（如图1），构成大地四边形，点的布设形式采用混凝土地标。其中，AB两点间的距离d1及CD两点间的距离d2为10m，跨河视线长度d3≈d4≈d5≈d6≈1000m。
图1 跨河水准示意图
跨河处两岸场地均布置在沿长江的公路旁，观测场地大致相当，两岸高差约25m，进行跨河水准测量时，三峡库区尚未蓄水，视线距离长江水面高度约50m，跨河视线垂直角在±2°左右。
1.2仪器设备
本次采用2台徕卡TS30全站仪进行测量，其测角精度为±0.5”，测角最小显示为0.1”，测距精度为±（0.5mm+0.6ppm），测距最小显示为0.1mm，棱镜及对中杆，天宝电子水准仪dini03配合条码尺，其标称精度为0.3mm/km。
1.3观测方法
采用两台全站仪同时进行对向观测，利用全站仪的自动照准功能同时进行距离测量与垂直角观测。
（1）同岸两点间高差测量
同岸两点AB及CD间高差测量采用电子水准仪按二等水准测量要求进行往返观测，取其平均值作为测站点间高差的正式结果。
（2）距离观测
各测站点间距离采用全站仪直接测定，斜距采用全站仪输入各项参数后得到的结果，平距则通过斜距与竖角进行计算得到。盘左盘右各测2 次为1测回，共测量8测回，取其平均值为其最终斜距。
（3）垂直角测量
在A、D两点同时架设全站仪，B、C两点同时架设棱镜，其棱镜高度均固定，不可调节。同时观测本岸棱镜，盘左观测4次，盘右观测4次，然后同时观测对岸棱镜，同样盘左观测4次，盘右观测4次，完成1组观测。将A点仪器搬至B点，在A点设置棱镜，同样的方法观测，直至按表1中的观测顺序完成各站测量。至此，两台仪器共完成4个单测回。待各测站完成一半测量测回数后，两岸仪器及棱镜进行对调，再次按同样顺序进行观测，观测测回数相同。对调过程中注意锁定棱镜高度。
全站仪设站及搬站顺序见表1。
3主要误差分析及采取的措施
根据测量理论分析并结合现场实际条件，找出采用三角高程测距法进行跨河水准测量时的主要误差来源，并采取相应的方法和措施来减小或消除误差的影响。
3.1误差来源及精度分析
根据测距三角高程的基本原理，考虑地球曲率球差及大气垂直折光改正，单向三角高程测量高差为
（1）
其中，D为测量斜距，α为垂直角，i为仪器高，v为棱镜高，k为大气折光系数，R为地球半径。
上述公式中，后面一项为地球曲率球差及大气折光改正数。
根据误差传播规律，由（1）式可以推导得到：
根据经验结合本项目实际影响因素，对上式进行分析，影响三角高程测量精度的主要因素有：
（1）垂直角α的主要误差：垂直角测量采用徕卡TS30全站仪，其测角精度为±0.5”，按垂直角2°，D=1000m计算，（2）式第一项为±5.89 mm2。
（2）测距误差：TS30全站仪测距精度为±(0.5mm+0.6ppm)，按k=0.5，垂直角2°，D=1000m计算，（2）式第二项为±0.001 mm2，此项可以忽略不计。
（3）大气折光系数k的误差：大气折光系数k主要取决于温度梯度和大气密度，当地形条件基本一致，气温变化较小且同时对向观测时，有 。观测时应选取气温稳定的阴天进行，且两岸进行同时对向观测，通过对向观测高差取平均值，可以基本消除此项误差。
（4）仪器高i和棱镜高i引起的误差：通过固定棱镜高度进行对向观测，并且半数测回结束后两岸调换仪器和棱镜，可以消除仪器高和棱镜高量取误差造成的观测误差。
通过上述分析可知，垂直角α的误差影响最大，是本次测量最主要的误差来源，为此，应采用测角精度较高的仪器进行，通过多测回测角，减小测角误差影响值；测距影响在本次测量中可以忽略不计；k的影响在本次测量中接近0，但是前提条件是必须严格按照规范要求，选择在气象条件稳定的环境进行观测，且使两岸对向观测真正同步。如果不能做到同步观测，也就是对向观测k值不相等的情况下，那将使得此项误差不可忽视。以 计算，可得（2）式右边第三项为±15.22 mm2，以 计算，可得（2）式右边第三项为±60.89 mm2。可见，k值对误差的影响非常显著，必须作为误差防范的重点；仪器高i及棱镜高v通过上述方法可以在计算中抵消，此项误差可以忽略不计。
3.2消除或减小误差的主要措施
通过以上分析可知，本项目中垂直角观测误差为主要来源，大气折光系数在不采取措施的条件下影响程度最大，这两项为控制误差的主要要素，必须采取一定的措施进行有效控制。具体措施有：
（1）选择有利的观测时间。应选择在气象稳定，温度变化较小的阴天进行。
（2）观测开始前30min，应先将仪器置于露天阴影下，使仪器与外界气温趋于一致。观测时应遮蔽阳光。
（3）对向观测时，应使用对讲机进行沟通指挥，做到对向观测能够同步进行，同时尽量缩短观测时间。
（4）跨河水准取用的全部测回数，上、下午应各占一半。
（5）两岸调换仪器及棱镜时，将棱镜高度固定，对棱镜杆做好编号，避免差错。
（6）场地布置时，尽量布置成矩形，减小两台仪器同步观测时跨河距离差。
（7）跨河观测开始时，应对两岸的水准标石与标尺点间，进行一次往返测，作为检测标尺点有无变动的基准。每日工作开始前，均应单程检测一次，并应符合检测限差。如确认标尺点变动，应加固标尺点，重新进行跨河水准观测。
4数据处理
4.1观测结果数据质量检核
观测结果按国家二等水准测量的精度要求进行检核，每条边各单测回间的高差互差不大于 （ 为水准测量每公里偶然中误差限差，二等为1.0mm；N为双测回的测回数，本次为16；S为跨河视线长度，本次为1km。）
由大地四边形组成3个独立闭合环，各环线的闭合差的限差为 （ 为水准测量全中误差限差，二等为2.0mm；S为跨河视线长度，本次为1km。）
对观测数据进行检核，同一标志四次照准读数差均小于3”，同一标志垂直角互差均小于4”，高差间最大互差为14.6mm，环线闭合差最大为1.5mm，均小于限差要求。
观测结果见表2。
4.2 平差处理
按条件平差原理进行数据处理，对跨河水准网进行严密平差，6个观测值，3个多余观测，组成条件方程。平差结果见表3。
每公里偶然中误差：0.969mm
4.3 精度分析
由观测数据及平差计算可知，观测数据高差最大互差31.2mm，小于限差16mm，闭合环最大闭合差为1.5mm，小于限差12mm，平差后高差每公里偶然中误差为±0.969mm，其精度满足国家二等水准规范要求精度。
5结语
本文根据项目特点，综合分析测距三角高程测量的误差影响因素和精度分析，提出并阐述了在中短程视距跨河水准测量中，利用全站仪自动照准功能使用棱镜代替标尺，提高观测速度，并通过两岸互换棱镜及仪器的方法，免去了量取棱镜及仪器高度的测量新方法。同时需要注意大气折光的影响，通过选择相应的观测时间，选用相应的设备，严格控制同步对向观测。通过实践证明，该方法在特定条件下可以真正做到跨河水准测量实施过程中的高效、快速、精确、可靠。
参考文献：
[1]GB/T 12897-2006国家一、二等水准测量规范[S]
[2]王凤艳，陶元洲．测区垂直大气折光系数的变化及因地选择大气折光系数的意义[J]．测绘通报，2005（4）
论文作者:蒋思君
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年12月下
论文发表时间:2016/9/20
标签：误差论文; 棱镜论文; 测量论文; 高程论文; 河水论文; 高差论文; 精度论文; 《建筑建材装饰》2015年12月下论文;