不量仪器高、棱镜高的三角高程测量技术在应用中的注意事项及改进措施
摘要：不量仪器高、棱镜高的三角高程测量方法很好地解决了高差较大的两点之间的高程传递问题，操作简便且精度较高，目前已经被广泛应用于高速铁路等建设项目的高精度测量中，效果良好。结合该技术的原理和操作要求，讲解其具体应用中的注意事项及改进措施。
关键词：三角高程，高精度，应用，改进措施
1.不量仪器高、棱镜高的三角高程测量方法的几何原理
三角高程测量几何关系图
A、B两点的高差可表示为式（1）：
其中：为前后视点的高差，为仪器分别到前、后视点棱镜中心的倾斜距离，为仪器分别到前、后视点的垂直角，R为地球平均曲率半径取R=6370km，为球气差系数，大气折光系数K可根据情况取值0.08～0.14之间。根据几何关系，仪器高没有参加计算，而棱镜高因为都为V，在计算过程中相抵消，所以观测过程中无须量测仪器高和棱镜高。
2.不量仪器高棱镜高的三角高程测量方法的操作要求
操作要求主要有1.垂直角测角标称精度小于±1.00″，2.测距仪的标称精度必须达到±1mm+1ppm，3.前后视所用的棱镜及定长棱镜支架必须是同一个，4.观测要求每次测量的技术要求如下表所示：
仪器观测技术指标
垂直角测量 距离测量
测回数 两次读数差 测回间指标差互差 测回差 测回数 每测读数次数 四次读数差 测回差
4 ≤±1.0″ ≤±3.0″ ≤±2.0″ 4 4 ≤±2.0mm ≤±2.0mm
3.不量仪器高棱镜高的三角高程测量方法的精度分析
采用符合上述要求的测量仪器，观测4个测回，高度角精度可达到1.40″，观测若两端视距，比较接近，取100m，距离中误差为1.20mm。高度角控制在1度以内，高度角控制在28度以内，因视距，近似相等，大气折光系数误差可忽略。根据误差传播定理可知，高差的精度可表示为式（2）：
按上式估算，高差的精度为0.97mm，可确保高程传递精度优于1.00mm。
4．不量仪器高、棱镜高的三角高程测量方法的注意事项
不量仪器高及棱镜高的三角高程测量方法在具体操作中需要注意一些事项：
（1）观测环境，在光线较强、气流对流显著、较近范围内存在大型机械作业时，尽量避免观测。建议在夜间作业，那样光线及周围环境都更为稳定。
（2）选择合适的棱镜，对于测距精度在±1+1ppm的全站仪，如LeicaTCA2003或TrimbleS8，选择标准圆棱镜，外观上尽量选择十字丝较为清晰，粗细适中的新棱镜。
（3）规范操作，严格按照操作要求进行观测，在观测过程中，视距在30～50米较为适中，前后视距差尽可能小于5m；棱镜的照准时，尽量选择人工照准，而不开启ATR1自动照准功能，因为自动照准受内部及外部的多重因素影响而使照准精度降低，而人工照准相对精度较高且可控性较强。
（4）在进行内业处理时，最简便的方法就是通过Excel编辑相关的计算表格，当观测值为垂直角和斜距时，所测高差的计算公式编辑可以如下：
5.上述方法的改进措施
因为该方法的操作要求中规定前后视必须为同一棱镜和定长支架，但是在实际操作过程中会给测量带来很大不便，尤其是在两点间棱镜及支架传递极为不便的情况下。解决的途径主要从定长支架和棱镜两个方面入手。首先是棱镜，除了先前所说的外观条件外，利用强制观测墩对棱镜进行检测，挑选一对在测距和测角两方面都较为接近的棱镜。其次是定长支架，在选材上要选择膨胀或变形系数较小的材质，制作上要尽可能对一组定长支架的高度差控制在合理范围内。考虑到定长支架在存放、运输、受气温变化形变不一致等因素的影响，定长支架的不等长肯定会对观测高差产生影响。所以最理想的就是将定长支架做的有明显长段，一般相差0.5m为宜，在开始使用前对一组定长支架进行长度差测量，方法很简单，直接利用水准仪进行定长支架的高度测量，如LeicaDNA03配合铟瓦尺所测的长度差精度可以达到0.01mm。如果一组定长支架的长度差很小，则认为两者等长，在数据处理时按照式（1）进行高差计算。如果是一组有固定差值的定长支架，假设固定差值为L（L为正），则当较短定长支架安置在A点时，A、B两点高差计算如式（3）：
-L
当较短支架安置在B点时，A、B两点高差计算如下式（4）：
+L
实验过程中，将改进后的三角高程测量方法所测的高差与通过电子水准仪进行二等水准联测所测高差进行比较，两者的较差很小，达到亚毫米级。而且在目前已经建设成功的某高速铁路中，该技术被广泛应用于桥梁上下水准点的高程联测，所以实践也证明该技术的测站高程传递精度优于1.00mm。
6.结束语
伴随着国家铁路建设的大会战，各大铁路客运专线也在紧锣密鼓建设中，不量仪器高和棱镜高的三角高程测量方法很好地解决了桥梁上下高程传递存在的问题，由于高程传递精度优于1mm，所以能够为梁上建立高等级、高精度的水准网提供技术保障。
参考文献
[1]康明、朱鹤等.不量仪器高、棱镜高的三角高程测量方法.北京：测绘通报.2002年09期
[2]高速铁路工程测量规范2009版
[3]国家一、二等水准GB_T_12897-2006
