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協(xié)會(huì)刊物
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新三角高程測(cè)量法基本原理及應(yīng)用介紹 |
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時(shí)間日期：2012-7-9 已被閱讀次：[9693] |
佛山市佛利建設(shè)工程有限公司 吳立皇
[摘 要] 傳統(tǒng)的高程測(cè)量方法是水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量。兩種方法雖然各有特色，但都存在著不足。水準(zhǔn)測(cè)量是一種直接測(cè)高法，測(cè)定高差的精度是較高，但水準(zhǔn)測(cè)量受地形起伏的限制，外業(yè)工作量大，施測(cè)速度較慢。三角高程測(cè)量是一種間接測(cè)高法，它不受地形起伏的限制，且施測(cè)速度較快。但精度較低，且每次測(cè)量都得量取儀器高，棱鏡高。麻煩而且增加了誤差來(lái)源。新三角測(cè)量法正好彌補(bǔ)了上述兩種方法的缺點(diǎn)，具有施測(cè)速度較快、精度較高、任意置站的特點(diǎn)。更加適合在放線任務(wù)大，精度要求較高，地形變化大的堤圍施工中應(yīng)用。
[關(guān)鍵詞] 新三角高程測(cè)量法，堤圍測(cè)量施工
工程概況
樵桑聯(lián)圍是在歷年樵桑聯(lián)圍三水段加固建設(shè)的基礎(chǔ)上，按照五十年一遇設(shè)計(jì)洪水位加2.0m超高的2級(jí)堤防標(biāo)準(zhǔn)加高和培厚堤身，完成堤頂?shù)缆酚驳谆�，�?duì)一些年久失修的穿堤涵閘進(jìn)行加固或重建，對(duì)一些歷史險(xiǎn)工險(xiǎn)段進(jìn)行加固處理，配套完善上堤路及限位墩、增設(shè)防汛備料池等設(shè)施，使之成為較完善的防洪工程體系。本工程全長(zhǎng)11.265km，總工期95日歷天，在2010年9月開(kāi)工，2010年12月完成。突出特點(diǎn)是線路長(zhǎng)，工期緊，工程量多，測(cè)量放線任務(wù)大，測(cè)量精度要求較高，高程的控制尤其重要。為了保障施工質(zhì)量、進(jìn)度及精度的要求，我們采用了新三角高程測(cè)量法來(lái)滿足工程的需要。
一、三角高程測(cè)量的傳統(tǒng)方法
設(shè)A，B為地面上高度不同的兩點(diǎn)。已知A點(diǎn)高程HA，只要知道A點(diǎn)對(duì)B點(diǎn)的高差HAB即可由HB=HA＋HAB得到B點(diǎn)的高程HB。圖中：D為A、B兩點(diǎn)間的水平距離
а為在A點(diǎn)觀測(cè)B點(diǎn)時(shí)的垂直角
i為測(cè)站點(diǎn)的儀器高，t為棱鏡高
HA為A點(diǎn)高程，HB為B點(diǎn)高程。
V為全站儀望遠(yuǎn)鏡和棱鏡之間的高差（V=Dtan а）
首先假設(shè)A，B兩點(diǎn)相距不太遠(yuǎn)，可以將水準(zhǔn)面看成水準(zhǔn)面，也不考慮大氣折光的影響。為了確定高差hAB，可在A點(diǎn)架設(shè)全站儀，在B點(diǎn)豎立跟蹤桿，觀測(cè)垂直角а，并直接量取儀器高i和棱鏡高t，若A，B兩點(diǎn)間的水平距離為D，則hAB=V＋i－t
故 HB=HA＋Dtan а＋i－t （1）
這就是三角高程測(cè)量的基本公式，但它是以水平面為基準(zhǔn)面和視線成直線為前提的。因此，只有當(dāng)A，B兩點(diǎn)間的距離較短時(shí)，才比較準(zhǔn)確。當(dāng)A，B兩點(diǎn)距離較遠(yuǎn)時(shí)，就必須考慮地球彎曲和大氣折光的影響了。這里不敘述如何進(jìn)行球差和氣差的改正。從傳統(tǒng)的三角高程測(cè)量方法中可以看出，它備以下兩個(gè)特點(diǎn)：
1、 全站儀必須架設(shè)在已知高程點(diǎn)上
2、 要測(cè)出待測(cè)點(diǎn)的高程，必須量取儀器高和棱鏡高。
二、新三角高程測(cè)量的方法
如果能將全站儀象水準(zhǔn)儀一樣任意置點(diǎn)，而不是將它置在已知高程點(diǎn)上，同時(shí)又在不量取儀器高和棱鏡高的情況下，利用三角高程測(cè)量原理測(cè)出待測(cè)點(diǎn)的高程，那么施測(cè)的速度將更快。如圖一，假設(shè)B點(diǎn)的高程已知，A點(diǎn)的高程為未知，這里要通過(guò)全站儀測(cè)定其它待測(cè)點(diǎn)的高程。首先由（1）式可知:
HA=HB－(Dtan а＋i－t) （2）
上式除了Dtanа即V的值可以用儀器直接測(cè)出外，i,t都是未知的。但有一點(diǎn)可以確定即儀器一旦置好，i值也將隨之不變，同時(shí)選取跟蹤桿作為反射棱鏡，假定t值也固定不變。從（2）可知：
HA＋i－t=HB－Dtan а=W （3）
由(3)可知，基于上面的假設(shè)，HA＋i－t在任一測(cè)站上也是固定不變的.而且可以計(jì)算出它的值W。
新三角高程測(cè)量的方法操作過(guò)程如下:
1、 儀器任一置點(diǎn)，但所選點(diǎn)位要求能和已知高程點(diǎn)通視。
2、 用儀器照準(zhǔn)已知高程點(diǎn)，測(cè)出V的值，并算出W的值。（此時(shí)與儀器高程測(cè)定有關(guān)的常數(shù)如測(cè)站點(diǎn)高程，儀器高，棱鏡高均為任一值。施測(cè)前不必設(shè)定。）
3、 將儀器測(cè)站點(diǎn)高程重新設(shè)定為W，儀器高和棱鏡高設(shè)為0即可。
4、 照準(zhǔn)待測(cè)點(diǎn)測(cè)出其高程。
下面從理論上分析一下這種方法是否正確。
結(jié)合（1），（3）
HB′=W＋D′tan а′ (4)
HB′為待測(cè)點(diǎn)的高程
W為測(cè)站中設(shè)定的測(cè)站點(diǎn)高程
D′為測(cè)站點(diǎn)到待測(cè)點(diǎn)的水平距離
а′為測(cè)站點(diǎn)到待測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)垂直角
從(4)可知,不同待測(cè)點(diǎn)的高程隨著測(cè)站點(diǎn)到其的水平距離或觀測(cè)垂直角的變化而改變。
將（3）代入（4）可知：HB′=HA＋i－t＋D′tan а′ （5）
按三角高程測(cè)量原理可知
HB′=W＋D′tan а′＋i′－t′ (6)
將（3）代入（6）可知：
HB′=HA＋i－t＋D′tan а′＋i′－t′ (7)
這里i′,t′為0,所以:
HB′=HA＋i－t＋D′tan а′ (8)
由(5),(8)可知,兩種方法測(cè)出的待測(cè)點(diǎn)高程在理論上是一致的。也就是說(shuō)我們采取這種方法進(jìn)行三角高程測(cè)量是正確的。綜上所述：將全站儀任一置點(diǎn)，同時(shí)不量取儀器高，棱鏡高。仍然可以測(cè)出待測(cè)點(diǎn)的高程。測(cè)出的結(jié)果從理論上分析比傳統(tǒng)的三角高程測(cè)量精度更高，因?yàn)樗鼫p少了誤差來(lái)源。整個(gè)過(guò)程不必用鋼尺量取儀器高，棱鏡高，也就減少了這方面造成的誤差。同時(shí)需要指出的是，在實(shí)際測(cè)量中，棱鏡高還可以根據(jù)實(shí)際情況改變，只要記錄下相對(duì)于初值t增大或減小的數(shù)值，就可在測(cè)量的基礎(chǔ)上計(jì)算出待測(cè)點(diǎn)的實(shí)際高程。
三、結(jié)束語(yǔ)
工程測(cè)量放樣的進(jìn)度及好壞是影響工程能否按期完工和保障施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。以前用水準(zhǔn)測(cè)量1km的堤頂?shù)母叱桃?天，現(xiàn)用新三角測(cè)量只需1天就可以基本完成。說(shuō)明新三角高程測(cè)量法不但能滿足精度較高的測(cè)量放線要求，還比傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)量施測(cè)速度更快，均能滿足施工進(jìn)度要求，更加適合地形起伏大的堤圍工程。
參考文獻(xiàn)
[1]陳斌.《淺談新技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用》[J].科學(xué)之友：下旬，2006（12）。
[2]《水電水利工程施工測(cè)量規(guī)范》DL/T5173－2003
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