摘要：本文應用全站儀三角高程測量原理，對跨河水準的可行性、精度及主要誤差進行分析、探索，從理論上論證了在一定條件下，用三角高程測量取代跨河水準測量，不僅能保證精度，而且可提高測量工作效率。
　　關鍵詞：全站儀，三角高程測量，跨河水準，精度
　　0引言
　　隨著國家對基礎建設的投入，我國高等級公路、橋梁建設進入飛速發展的時期，各種跨越大江、大河甚至大海的橋梁越來越多，這就使得跨河水準測量的應用越來越普通。傳統的跨河水準測量方多是利用高精度的水準測量儀配合特制的覘標來實現，施工中不僅對測量條件要求極其嚴格，測量程序也較為繁瑣，而且施工單位也很少配備這種使用率極低的昂貴儀器。此外也有利用最新的GPS技術來實現跨河水準測量，但其精度和可靠性仍有待進一步研究，且昂貴的GPS接收機也在一定程度上限制了它的應用。高精度全站儀的普及讓跨河水準測量成為現實，本文就此作詳細介紹。
　　1 理論分析
　　如圖1所示為跨河水準示意圖，圖中C1、C2為右岸兩點，D1、D2為左岸兩點，C1、C2、D1、D2組成一近似矩形，且C1、C2跨離約為10~15m，C1、D1根據河道寬度一般為600~800m，根據高程測量定權原理，由于C1D1、C1D2、C2D1、C2D2之間距離大至相等，因觀測值的權與距離成反比，故可以為它們之間的高差觀測值的權相等。
　　測量儀器：萊卡TC2003全站儀，標稱精度測角0.5´´，測距精度1+1ppm，該儀器在一個月前經專門檢測機構檢測合格，檢測證書上數據顯示其實際精度為測角0.37´´，測距精度1+1ppm，均小于標稱誤碼差。蘇一光DSZ2水準儀一臺，標稱精度為每公里高差測量中誤差為0.7mm，加測微器為0.5mm，配銦鋼標尺。
　　測量方法：在D1上架TC2003全站儀，分別照準C1、C2、D2得一測量回觀測高差值。根據三角高程測量原理，設S為測量斜距，i為儀器高，l為目標高，則得：
　　
　　                     
　　
　　
　　             
　　由于在同一測站點上HD1、iD1(儀高)均一致，可相互抵消，所以利用以上三點的高程，可求得C1D2、C2D2兩點間的高差：

                    
　　為了能消除不同目標高對觀測高差的影響，我們使用同一型號的棱鏡及覘標直接放在相同型號的對中桿上，并將各對中標編號，如圖2所示：
　　                       
　　
　　                                                                             圖2各測站點與對路桿位置圖
　　當測站及對中桿位按上圖所示布置時，則在往測時目標高對觀測高差的影響為Δl=l1-l2，而在返則時對高差的影響為Δl=l2-l1，通過對向觀測使影響相互抵消，這樣精度評定時就不用考慮目標高量測誤差對高差測量誤差的影響，從而提高三角高程測量的精度。
　　所以，三角高程測量公式就變成：

                   
　　從上式可看出三角高程測量能否滿足水準精度要求關鍵在于距離S同豎角δ的精度；設F=S×sinδ，則dF=sinδ×dS+S×COSδdδ×1/ρ,其中ρ=206265，所以為提高跨河水準三角高程測量精度，首先必須提高測距精度，采用高精度的萊卡全站儀TC2003，標稱測角精度0.5´´，測距精度1+1ppm；其次在跨河水準點布設時，過河聯測點間的高差不應太大，否則造成垂直角δ過大，使測角誤差增大，從而影響高差測量的精度。所以現場選點時可先用全站儀選擇高程大致相等的四點，這樣各點間的δ由于相差較小（≤5º），因此前面一項sinδ×dS影響基本可以忽略；而對后面一項S×COSδdδ×1/ρ，為減小測角中誤差mδ的大小，應適當增加角度測量的測回數，實際≤5º觀測中選擇測角4~6測回，從而保證測角中誤差小于0.5´´，這樣后一項的精度基本可控制在1.3mm，從而可達到一等水準1.8SQRT(L)=1.39mm要求，因此理論上三角高程測量代替跨河水準測量是可行的，只要觀測條件合適，甚至可以達到一等水準的精度。
　　2 三角高程測量平差精度分析
　　由于C1C2、D1D2距離較近，且位于河岸同一側，利用DSZ2+測微器多次觀測直接測量求平均值測量其高差，并把此高差作為已知數據對三角高程測量進行平差計算并分析其精度。
　　利用TC2003全站儀實測各點間高差如下表：

             
　　　利用DSZ2+測微器測得hC1C2=-0.1132m，hD1D2=--0.1118m，按AV+W=0組成條件方程式如下：

                          
　　其中誤差為m0=±SQRT（VTPV/r）=±0.78mm,也可達到一等水準±1.8SQRT(L)=1.39mm精度要求。
　　3 水準測量復核及檢查
　　為了重新復核本次三角高程測量的成果，特重新布設一條新水準線路，利用DSZ2+測微器按一等水準測量規范要求進行復測，為繞過河流，該水準線路全長達11KM，主要沿水泥混凝土路面布設，此線路共設置了11個測段，每個測段距離平均為1KM左右，各測量均進行往返測量，待往返測量允許誤差均滿足測量規范±1.8SQRT(L)mm后再進行平均，取其平均值作為高差中數，各段高差中數累加得出該次水準測量兩跨河水準點間高差，本次測量結果再跨河水準點C1、D1間高差為hC1D1=0.20798mm，與三角高程平差后測量數據hC1D1=0.2079mm相差僅為0.08mm。但與三角高程高程測量相比，此次水準測量總共用時一個星期，測量時轉點多，費時，工作量大，工程進度慢，工作效率低。
　　4 結論
　　從以上三角高程及水準高程兩種測量方法的數據可知，在一定條件利用三角高程測量代替跨河水準測量在理論上可行的，三角高程測量可以大大的減少測量人員的工作量，提高測量的工作效率。但三角高程測量由于受地形及作業環境的影響較大，因此為了保證其測量精度，達到水準測量的精度，在測量實施時必須采取以下有效的措施：
　　1）、進行測量前，必須對所使用的測量儀器進行檢查和校正；
　　2）用全站儀選擇的跨河點間的高差應相差較小（使得豎角δ≤5º），這樣不僅可以減少豎角的測量誤差，使得第一項目誤差S×COSδdδ×1/ρ減小，而且還可以使測邊誤差sinδ×dS足夠小，以至可以忽略不計；
　　3）由于豎角觀測誤差是三角高程測量的主要誤差來源，所以測量時適當增加測角和測邊的測回數，并盡量挑選合適的觀測時段，以提高測量精度；
　　4）三角高程測量時盡量保證棱鏡目標高一致，從而使棱鏡高的量測誤差對高差測量的影響可忽略不計。
　　參考文獻：
　　[1]孔祥元，梅是義，控制測量學.武漢：武漢測繪科技大學出版社，2000.
　　[2]鄭漢球，電磁波測距三角高程測量.北京：地質出版社，1993.
　　[3]武漢測繪科技大學《測量學》編寫組.測量學.北京：測繪出版社，1996.