关于精密三角高程测量应用于高速铁路的研究分析

　　摘要：精密三角高程测量方法具有灵活性高、观测简单以及受地形因素影响较小的特点,是高程测量中比较常用的一种测量方法。随着测绘领域中各种测量仪器精度的不断提高,使得精密三角高程测量方法的应用更加广泛，其中应用最多的就是高速铁路技术的控制测量。
　　相比传统的常规高程测量方法，精密三角高程测量方法在高速铁路高程测量中能有效克服常规高程测量方法劳动强度大、视线短以及效率低的缺点，可以有效提高高速铁路高程测量的精度和效率。本文从精密三角高程测量的原理谈起，然后详细剖析了精密三角高程测量方法应用于高速铁路技术控制测量中的测量精度的影响因素，最后笔者进一步提出了精密三角高程测量方法在高速铁路高程测量应用中具体的作业实施方案。
　　
　　关键词：精密三角高程测量，高程测量，高速铁路，研究
　　
　　一、精密三角高程测量方法的原理
　　精密三角高程测量是一种用来精确确定两点间高差的简便测量方法，这种测量方法具有传递高程迅速的特点，而且测量不容易受地理条件的限制。为了更好的使读者能对精密三角高程测量方法的原理有一个深刻的认识，笔者首先对常规三角高程测量方法的原理及其缺陷作大致的介绍和说明，在此基础上，来对精密三角高程测量方法的原理作详细的说明。
　　
　　（一）常规三角高程测量方法的原理。常规三角高程测量方法的基本原理就是根据测站点和向照准点之间观测的垂直角以及二者之间的水平距离，借助经纬仪和全站仪等测量仪器来计算测站点和照准点之间的高差值。常规三角高程测量方法的公式如下：A、B两点的高差为HAB=HA-HB=DAB*tagaAB+IA-JB+FAB。其中：①HA和HB分别为A、B两点的高程；②DAB为A、B两点间的水平距离；③aAB为A点观测B点时的垂直角；④IA为仪器高；⑤JB为目标高，即棱镜高；⑥FAB为地球曲率和大气折光的综合影响因子。
　　
　　（二）常规三角高程测量方法的缺陷。1、三脚架上量取仪器高IA和目标高JB时往往存在较大的测量误差，这就致使常规三角高程测量方法在工程测量和等级水准测量中不能得到广泛的应用。2、在一定的角度范围内，角度值的变化对A、B两点的高差HAB的值的影响较大。3、在一定的角度范围内，测距边长的变化对A、B两点的高差HAB的值的影响较明显。4、在常规三角高程测量中，竖直角不宜选用较大的数据值。
　　
　　（三）精密三角高程测量方法的原理。精密三角高程测量方法通过对常规三角高程测量方法作相应的改进，可以使仪器高IA和目标高JB的误差相互抵消，从而有效提高三角高程测量的精度。其中精密三角高程测量方法的原理如下。
　　精密三角高程测量方法通过在A、B两点之间设立中间点T来测定A、B两点之间的高差，具体情况如图所示。
　　
　　精密三角高程测量方法的原理图
　　从T点观测A点可得到两点之间的高差为hAT，其中hAT=DAT*tgaAT+iT-jA+fAT
　　从T点观测B点可得到两点之间的高差为hBT，其中hBT=DBT*tgaBT+iB-jB+fBT
　　有hAT和hBT可以得到A点和B点两点之间的高差hAB，其中hAB=DBT*tgaBT-DAT*tgaAT-(jB-jA)-(fBT-fAT)
　　这样一来就可以使仪器高IA和目标高JB的误差相互抵消，来有效提高三角高程测量的精度。
　　
　　二、精密三角高程测量方法应用于高速铁路技术控制测量中的测量精度的影响因素分析
　　在使用精密三角高程测量方法进行高速铁路技术控制测量时，影响其测量精度的因素是多方面的，其中主要包括量高误差、天顶距观测的精度、大气垂直折射的影响以及测量仪器自身的精度等其他因素。在高速铁路技术控制测量时，如果不能有效控制这些影响因素的话，将会导致最终的测量精度将无法满足高速铁路技术中高程测量的精度要求。以下就分别对其中主要的影响因素作详细的分析和说明。
　　
　　（一）量高误差。量高误差主要是由测量仪器高度以及觇标高度所引起的误差，然而由于当前大多数测距仪和觇标都配备有精细到毫米的量测工具，可有效控制测量误差，可以说量高误差对精密三高程测量的精度影响比较小。
　　
　　（二）天顶距观测的精度。天顶距观测的精度是影响精密三角高程测量精度的一个重要因素。其中天顶距观测的精度主要受仪器测量精度、照准测量精度以及读数误差的影响。其中照准测量精度的影响是主要的。由于照准测量精度受测量时间和测量时间间隔的制约，因此在高速铁路高程测量中要想提高天顶距观测精度的话，就要选择好合适的测量时间，同时还应把测量间隔时间控制在一个小时内。
　　
　　（三）大气垂直折射的影响。大气垂直折射的影响是对精密三角高程测量精度的影响最大的因素。其中大气折射对精密三角高程精度的影响主要体现在大气垂直折射角在观测天顶距时对垂直角以及天顶距观测值的影响。有效控制大气垂直折射的影响是精密三角高程测量方法应用于高速铁路技术控制测量中要特别注意的一项问题。
　　
　　三、精密三角高程测量方法在高速铁路高程测量应用中具体的作业实施方案研究
　　
　　（一）测量仪器的改装。考虑到高速铁路高程测量的高精度需求，要求测量仪器应具有目标自动识别功能，而且还要满足标称精度不低于0.5mm以及反射棱镜的测量误差不大于0.1mm的要求。
　　
　　（二）数据的测量。在高速铁路高程测量的过程中要在测段水准点20米以内的范围区域内架设全站仪，并在水准点上架设棱镜杆来进行距离和高度角的测量。为了有效提高测量的精度，要求测量时各站要在测量前测定一下温度和气压，有效降低大气垂直折射对测量精度的影响。
　　
　　（三）测量中的主要技术指标要求。在高速铁路高程测量的过程中，主要的技术指标要求如下表所示。
　　
　　其中S在支线往返测测量中为测段的平均长度；在双棱镜对向测量中为两台全站仪之间的平均距离。
　　
　　（四）精密三角高程测量方法在高速铁路高程测量应用中的注意事项。第一、测量时间的选择在很大程度上决定高程测量的精度。由于日出和日落时分的大气垂直折光的系数不稳定，不宜进行测量。第二、自动照准测量时要保证视场内不能有任何障碍物，视线必须清晰。第三、对向测量时，如有一站测量时间相对较长的话，应重新测量。第四、数据测量过程中要选择好观测位置，而且要确保测段落在起、末水准点上。
　　
　　结论：精密三角高程测量方法在高速铁路高程测量中的应用，可以有效提高高速铁路高程测量的精度，然而受限于各种因素，在实施精密三角高程测量的过程中，不能有效控制那些影响因素的话，就很难满足高速铁路高程测量的精度要求，这势必会影响高速铁路以后的安全运营。因此，在测量过程中一定要确保高速铁路高程测量各项技术指标的落实，这是精密三角高程测量应用于高速铁路的最终目标。
　　
　　参考文献
　　[1]王力.精密三角高程测量的精度分析[J].大坝与安全,2009(7).
　　[2]黎正忠.精密三角高程测量的演示[J].东北财经大学学报,2008(5).