山区高速公路应用三角高程测量方法与流程

本发明涉及测量
技术领域：
，具体的说山区高速公路三角高程测量方法及应用。[
背景技术：
：]在现有技术中的山区高速公路高程控制测量通常要求采用三等水准测量，例如山西静兴高速公路高程控制测量过程中，黄河特大桥为全线重点控制性工程，全长1.1km，主桥上部结构为(71+5×128+71)m预应力混凝土连续刚构，最高墩身81米，且为山区公路，地形困难,高差起伏很大,用传统的几何水准测量方法速度慢，测站多，误差累积大，降低了高程测量精度，个别地段用几何水准也不能完成高程测量。而测量机器人相对于普通几何水准测量，具有观测方法简单、受地形条件限制较小、传递高程迅速、工作效率高等优点，因此，研究在山区利用三角高程测量进行三等水准测量是非常必要的。[技术实现要素：]本发明的目的在于解决山区高速公路施工高程控制测量中地形复杂、高差大、高程控制测量效率低问题，以提高山区高程控制测量精度和外业测量效率。为实现上述目的，设计一种山区高速公路应用三角高程测量方法，利用测量机器人即全站仪对向观测，起到高程传递作用，从而解决山区高速公路施工高程控制测量中地形复杂、高差大、高程控制测量效率低问题，其作业方法如下：步骤一，架设三角高程测量仪器包括全站仪、棱镜、基座，A、N为放置在水准点上具有整平装置和棱镜高度固定的特制基座，Z1、Z2、…Zn为使用脚架安置的全站仪，B、C、…M为使用脚架和普通基座安置的棱镜，在两个棱镜中间任意位置利用自由测站法架设全站仪，且全站仪与棱镜均通视较好的，通过观测测站至两个棱镜间的高差，间接测量测段起终点间的往返测高差，如图1。观测时应采用两台同型号全站仪同时对向观测，不量取仪器高和棱镜高，观测距离一般不大于500m，最长不超过800m，竖直角不宜超过10°。测段起、终点观测时使用强制对中定高棱镜装置。每次测量前，应进行气温、气压的测定，气温读至0.5℃，气压读至1.0hPa。将测定的气温、气压输入全站仪，对所观测的外业数据进行气象改正。为使一个测段高差的三角高程测量，既能够实现同时对向观测，又能够使各测段的仪器和棱镜高能够相互抵消，可采用如图1所示的同时对向间接高差观测三角高程测量方法。步骤二，数据处理采用对向观测，A、B间的高差取两台全站仪测量所得高差的平均值，经推算，A点到B点的高差为hAB＝0.5[(SZ1BsinVZ1B－SZ1AsinVZ1A+SZ2BsinVZ2B－SZ2AsinVZ2A)]+(ν0－νB)(1)上式(1)中S为斜距，V为竖直角，v为棱镜高。通过同时对向观测和取往返测高差平均值的方法，基本消除了仪器高、地球曲率和大气折光的影响。同理，其他各段高差分别为hBC＝0.5[(SZ3CsinVZ3C-SZ3BsinVZ3B+SZ4CsinVZ4C－SZ4BsinVZ4B)]+(νB－νC)(2)hCD＝0.5[(SZ4DsinVZ4D－SZ4CsinVZ4C+SZ5DsinVZ5D－SZ5CsinVZ5C)]+(νC－νD)(3)……hN－1N＝0.5[(SZn－1NsinVZn－1N－SZn－1N－1sinVZn－1N－1+SZnNsinVZnN－SZnN－1sinVZnN－1)]+(νN－1－ν0)(4)依据式(1)～式(4)求和，可计算测段hAN的总高差为hAN＝hAB+hBC+hCD+……hN－1N(5)转点处的棱镜既为前一双测站的前视点，又为后一双测站的后视点，在一个测段的高差中，即式(5)中没有了仪器高和棱镜高，所以按本方法进行三角高程测量，无需测量仪器高和棱镜高。数据处理时，A、N点为实际联测的水准点，B、C……N－1为中间双测站的转点。本发明综上分析，采用测量机器人和双测站同时对向间接高差观测的方法，消除了大气折光和地球曲率的影响。理论分析和实践证明，该方法不但可以达到三等水准测量的精度，而且测量效率相对于传统的水准测量高得多。根据本文提出的方法和总结观测试验的情况，三角高程测量新方法具有以下主要特点:①可实现真正的同时对向观测，每一双测站的高差均是由同时对向观测高差计算获得，可有效地消除大气折光和地球曲率的影响。②在测段高差测量中，不论是奇数双测站，还是偶数双测站，均不需量测仪器和觇高程。③可以达到三等水准测量的精度，为山区高程控制测量提供了新方法。[附图说明]图1不测量仪器高和觇标高同时对向观测结构示意图；图1中，A、N为放置在水准点上具有整平装置和棱镜高度固定的特制基座，Z1、Z2、…Zn为使用脚架安置的全站仪，B、C、…M为使用脚架和普通基座安置的棱镜。[具体实施方式]现结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步阐述，相信对本领域技术人员来说是清楚的。三角高程测量是根据由测站向照准点所观测的高度角和两点间的斜距，运用三角公式计算两点间的高差的方法。影响三角高程测量精度的误差主要有:仪器测角误差、仪器测距误差、大气折光系数、仪器高和棱镜高量取误差等。随着仪器测量精度的提高，采用测角、测距精度较高的全站仪(1″)可以有效的减少仪器的测角和测距误差。因此，在高精度三角高程测量中，制约测量精度的主要因素是大气折光系数的误差以及仪器高、棱镜高量取误差，如果能降低甚至消除这些误差，就能直接且有效提高三角高程测量精度。实施例一本案结合山西静兴高速公路三等水准测量工程，采用两台测量机器人进行中间法同时对向三角高程测量的方法，以解决山区高速公路施工高程控制测量中地形复杂、高差大、高程控制测量效率低问题。以提高山区高程控制测量精度和外业测量效率。步骤一，架设三角高程测量仪器包括全站仪、棱镜、基座，A、N为放置在水准点上具有整平装置和棱镜高度固定的特制基座，Z1、Z2、…Zn为使用脚架安置的全站仪，B、C、…M为使用脚架和普通基座安置的棱镜，在两个棱镜中间任意位置利用自由测站法架设全站仪，且全站仪与棱镜均通视较好的，通过观测测站至两个棱镜间的高差，间接测量测段起终点间的往返测高差，如图1。观测时应采用两台同型号全站仪同时对向观测，不量取仪器高和棱镜高，观测距离一般不大于500m，最长不超过800m，竖直角不宜超过10°。测段起、终点观测时使用强制对中定高棱镜装置。每次测量前，应进行气温、气压的测定，气温读至0.5℃，气压读至1.0hPa。将测定的气温、气压输入全站仪，对所观测的外业数据进行气象改正。为使一个测段高差的三角高程测量，既能够实现同时对向观测，又能够使各测段的仪器和棱镜高能够相互抵消，可采用如图1所示的同时对向间接高差观测三角高程测量方法。步骤二，数据处理采用对向观测，A、B间的高差取两台全站仪测量所得高差的平均值，经推算，A点到B点的高差为hAB＝0.5[(SZ1BsinVZ1B－SZ1AsinVZ1A+SZ2BsinVZ2B－SZ2AsinVZ2A)]+(ν0－νB)(1)上式(1)中S为斜距，V为竖直角，v为棱镜高。通过同时对向观测和取往返测高差平均值的方法，基本消除了仪器高、地球曲率和大气折光的影响。同理，其他各段高差分别为hBC＝0.5[(SZ3CsinVZ3C-SZ3BsinVZ3B+SZ4CsinVZ4C－SZ4BsinVZ4B)]+(νB－νC)(2)hCD＝0.5[(SZ4DsinVZ4D－SZ4CsinVZ4C+SZ5DsinVZ5D－SZ5CsinVZ5C)]+(νC－νD)(3)……hN－1N＝0.5[(SZn－1NsinVZn－1N－SZn－1N－1sinVZn－1N－1+SZnNsinVZnN－SZnN－1sinVZnN－1)]+(νN－1－ν0)(4)依据式(1)～式(4)求和，可计算测段hAN的总高差为hAN＝hAB+hBC+hCD+……hN－1N(5)转点处的棱镜既为前一双测站的前视点，又为后一双测站的后视点，在一个测段的高差中，即式(5)中没有了仪器高和棱镜高，所以按本方法进行三角高程测量，无需测量仪器高和棱镜高。数据处理时，A、N点为实际联测的水准点，B、C……N－1为中间双测站的转点。实施例二三角高程测量验证1数据采集选取静兴高速公路黄河特大桥水准点间测段JX247－JX249高差测量为例，利用2台TS15，搭载机载自动测量和记录程序，采用中间法三角高程测出两个水准点之间的高差，可获得每测段高差往返测不符值以及两个水准点间的高差，并与水准高差进行比较。外业三角高程测量技术要求参照表1。表1光电测距三角高程测量观测的技术要求等级边长/m测距边测回数垂直角测回数指标差较差/(″)测回间垂直角较差/(″)三等≤60024552内符合精度验证外业测量时，每个双测站间的高差均采用了往返测的方法进行测量，也就是说同一段高差均有两个观测值。对比上述测段每个双测站间的往返测高差，以验证三角高程测量的内符合精度，统计结果见表2。从表2统计结果可见，6个测段的三角高程往返测高差的较差均小于三等水准的相应限差要求，说明按本文的方法进行三角高差测量，其内符合精度可达到三等水准的要求。表2.表2JX247－JX249三角高程往返测高差统计3外符合精度验证为验证三角高程测量的外符合精度，利用三等水准的高差检测三角高程的高差，根据规范要求两者较差的限差应小于(L为测段长，以km为单位)。同一测段三角高程测量与水准测量的高差较差的比较情况，见表3。从表3可见，测段的三角高程高差与水准高差的较差均小于限差要求，说明按本文的方法进行三角高差测量，其精度可达到三等水准的要求。此外，从表3和上述水准及三角高程的施测情况还可知，水准测量的路线长度均比三角高程测量的路线长度长得多，可见相对于山区水准测量而言，三角高程测量比水准测量的效率高得多。当前第1页1 2 3