三角高程代替水准测量文献综述

李金阁

【摘要】三角高程测量具有简单快熟的优点，具有广阔的应用前景，本文介绍了三角高程测量的一些测量方法，总结了三角高程测量方法的几个实际问题，为广大科研工作者提供参考依据。

【关键词】三角高程，全站仪，水准测量。

1、三角高程测量的优点

传统的水准测量虽然精度较高，但是有测量速度慢、工作强度大等缺点，尤其是在山区，由于测量环境差，测站增多，测量效率非常低。而三角高程测量是由测站向照准目标观测垂直角和它们之间的水平距离或者斜距，计算测站点与照准点间高差的一种方法。这种观测方法简单，而且不受地形条件的限制[1]。

目前，全站仪在测角和测距方面都有了很大的提高。据了解，徕卡TS30测量机器人测角精度达到了0.5秒，测距精度达到1mm + 1ppm。这大大的促进了三角高程测量技术的发展。并且全站仪具有测量手段简单、计算速度快等优点[2]。

2、三角高程与水准等级的研究现状

由三角高程测量原理可知，使用三角测量的方法可以减少工作量，特别是在山区无法进行水准测量的时候，三角高程测量可以方便测量高程。对于测量精度很多专家学者进行了大量的研究。

在文献[2]中，介绍了三角高程测量发展过程，有些学者认为由三角高程测量自身原因的限制，使用三角高程不能普遍代替三四等水准测。文献[2]中提出下面两个问题：

（1）在同等距离两点间进行高程测量， 三角高程测量误差与距离成正比；而水准高程测量误差与距离的平方根成正比。因此， 水准高程测量精度高于三角高程测量精度。

（2）三角高程测量误差与测站数的平方根成反比，测站数越少， 误差反而越大；水准高程测量精度与测站数的平方根成正比， 测站数越少，误差越小；因此水准测量精度优于三角高程测量精度。

由以上两点可认为不能因全站仪测距精度的提高而提高高程测量精度。因此，全站仪三角高程测量无法普遍代替水准高程测量，尤其在高等级基平测量中必须采用水准测量。

文献[3][4]中提出，三角高程测量可以代替水准测量。陈帅和张维丽等提出使用中间法三角高程测量可以代替三、四等水准测量。这种方法要求在测量时把观测边边长、垂直角限制在一定范围内，不量取仪器高、棱镜高进行高程测量。

由于在测量过程中保持了前后视距大致相等，此种方法的大气折光系数变化是相当小的，期对误差的影响也较小，可以忽略不计。

文献[5][6]中，作者在研究过程中，通过工程实例验证三角高程测量代替三等水准测量是可行的。

经过研究，一些学者认为三角高程测量可以代替二等水准测量，文献[7]中，沈忱等提出在有条件的情况下可使用三角高程代替二等水准。作者使用徕卡TM30测量机器人进行三角高程测量，采取六测回的测量形式，将仪器和觇标均架设于控制网观测墩上，使之强制对中。通过实际测量验证，得出垂直角的增大对高差精度影响很小，而边长对高差精度影响较大的结论。根据二等水准测量规范，当边长在3000m以内时可以满足二等限差，使用TM30测量机器人精密三角测量可代替二等水准测量。

文献[8]中，使用对向观测法，对边、角各观测四个测回，在竖直角<15°、边长<2000m时，三角高程对向观测中误差1mm，满足《二等水准测量规范》中每公里往返测高差的精度。

文献[9]中，张正禄等研究了在精密三角高程测量中，可以使用代替一等水准测量。在他的研究中，使用往返测来抵消球差的影响。通过观测不同时段的高差并与精密水准测量相比较，计算出某一方向的K的离散值，再拟合得到K值随时间变化的曲线，用它作为该地区的K值。在边长不宜超过600m，观测角度不宜超过30°的情况下，使用强制观测墩，同时要用一等几何水准方法测量其高程的一部分网点作为三角高程网严密平差的已知点（约占1/3左右）。最后通过实例验证，得出可以使用三角高程测量代替一等水准的结论。

文献[10]中，贺春梅、明祖涛等使用TCA2003测量机器人进行跨河水准测量，每公里测量偶然中误差=±0.28mm。小于规范规定的±0.45mm的要求。闭合线路闭合差为-0.85mm，小于允许的6mm的要求。满足一等水准测量。

3、三角高程测量中的一些问题

在三角高程测量中，大气折光是不可避免的一个问题。文献[11]中作者提出了一种利用偶数站高低棱镜对象观测高差闭合差为0来改正大气折光反演系数的方法，高精度地得到工程所在区域各时刻各方向的大气折光系数，提高了三角高程测量精度。

文献[12]中，作者通过实验验证，得出以下结论：大气折光系数K值在一天内的变化大致在中午前后数值最小，也比较稳定；日出日落时数值变化最大，变化也快。

文献[13]中，段恩新提出一种不使用强制对中桩的情况下使用对中杆以减少误差的方法，使棱镜误差精度达到1mm的要求。在文中还提出天顶角大小对高差影响不大可不予限制的结论，同时指出考虑到全站仪系统误差（ 竖轴、横轴、视准轴等） 与竖直角大小成正比的影响，复杂环境下测量时竖直角宜限制在 20° 以内。

4、结论与展望

（1）与传统的水准测量相比，三角高程的具有受地形限制小、转点少、效率高等优点，尤其适合我国中西部地区进行高程测量。

（2）水准式、对向观测等三角高程测量方法可有效提高三角高程测量精度，满足工程实践的需要。

（3）三角高程测量要特别注意大气折光的影响，采用合适的方法可在一定程度上减弱大气折光的影响，但其影响很难有效的控制。这也是今后三角高程测量需要努力解决的一个方向。

5、参考文献

[1]刘秋丽. 浅析在复杂山区利用全站仪进行地形测量的技术和方法[J]. 大科技·科技天地，2011，（5）.

[2]陈峰.三角高程测量替代水准测量初探[J].铁道勘测与设计，2006，6：45～46.

[3]李林.用三角高程测量法代替三四等水准测量的可行性研究[J].同煤科技，2005.（4）：37～38.

[4]陈帅，张维丽.三角高程测量代替三、四等水准测量研究[J].湖北广播电视大学学报，2012.3（32）：159～160.

[5]石光，马耀昌，冯丽等.山区对向三角高程测量代替三等水准的应用研究[J].科技视野，2013.（33）：392～393.

[6]李方彦.精密三角高程测量代替三等水准测量的研究[J].科技传播，2011，（6）：91～92.

[7]沈忱，杨凤芸，胡松会.TM30测量机器人三角高程代替二等水准测量[J].辽宁工程技术大学学报，2012，3（31）：335～339.

[8]杨凤芸，赵文，刘玉梅.TM30三角高程代替二等水準测量的精度分析[J].沈阳建筑大学学报，2012，4（28）：657～622.

[9]张正禄，邓勇，罗长林等.精密三角高程代替一等水准测量的研究[J].武汉大学学报，2006，1（31）：5～8.

[10]何春梅，明祖涛.利用三角高程代替一等跨河水准的可行性研究[J].海洋测绘，2006，6（26）：25～27.

[11]龙四春，袁帅华.大气折光系数修正与高精度三角高程测量[J].公路交通科技，2009，6（26）：93～97.

[12]刘冬，郑南山，王刚.精密跨河三角高程测量试验研究[J].科技信息，2011，（12）：22～23.

[13] 段恩新. 复杂测区条件下精密三角高程测量技术的研究[J].石家庄铁道大学学报，2012，25（3）：98～102.