一种长距离精密三维点位监测新方法龙四春,杨命青(湖南科技大学建筑与城乡规划学院,湖南湘潭411201收稿日期:2008-10-10基金项目:教育部重点实验室基金项目(2008-01-05作者简介:龙四春(1975-,男,湖南涟源人,博士生,讲师,主要从事大地测量与测量工程方面的研究.目前,高楼及桥梁等工程的长距离三维坐标监测与施工放样中,由于监测条件的限制,一般采用全站仪代替水准仪等直接进行施测.根据施工经验,采用1″的全站仪进行平面坐标测定,通常能满足土木工程施工精度要求,但用单向三角高程测量代替水准方法进行高程测定时,则需要严格测定气象参数,进行大气折光与地球曲率改正等.尤其在大型桥梁的建设过程中,大桥桥墩地处宽水网地区,控制点地势低,测量视线离水面近且距离远,大气折光对单向三角高程测量影响特别显著,很难用常规的数学模型加以改正.为了提高单向三角高程测量精度,保证长距离困难监测地区工程建设的质量与施工进度,必须预先合理测定大气折光系数的变化规律或找到一种能消弱大气折光影响的监测方法.基于此,作者提出一种利用高低棱镜的同时对向观测方法,借助水准测量观测思想,“”采用后前前后的观测顺序对监测控制网点进行偶数站观测,完全消除了仪镜高测量带来的误差,提高了大气折光系数均值的统计精度,为高速可靠的长距离单向三维点位观测奠定了基础.1三角高程测量新方法及误差分析三角高程测量是根据观测的竖直角、斜距和仪镜高等参数,通过几何三角原理计算两点之间高差的一种方法,其几何关系见图1[1].在顾及大气折光和地球曲率的影响下,AB两点之间的高差hAB可以表示为hAB=Ssinα+i-ν+f.(1其中,f=p+r=(1-k(Ssinα2/(2R.式中S为AB两点之间的斜距,α为视线AB的竖直角,i为仪器高,ν镜站高,二差改正数f为球差改正数p和气差改正数r之和,k为大气折光系数,R为地球的半径.根据误差传播定律,式(1可以表达成:摘要:根据三角高程测量、误差传播定律和统计学原理,结合大气折光系数计算模型,提出了一种利用高低棱镜的同时对向观测方法,“”采用后前前后的观测顺序对一个测段进行偶数条边观测,完全消除了仪镜高测量带来的误差.以往返测大气折光系数相同为前提,利用这种同时对向观测高差数据反算统计出一天各时刻的大气折光系数均值,对实时的监测数据进行改正,提高了测量速度与可靠性.采用此方法在某大桥大跨度悬索桥主缆进行三维线形监测,其监测结果与理论线形吻合良好.图4,表1,参6.关键词:三角高程测量;大气折光;反算;线形拟合:P207文献标识码:A:1672-9102(200901-0073-04图1三角高程测量几何关系图Fig.1Geometryfigureoftriangleelevationsurveying湖南科技大学学报(自然科学版JournalofHunanUniversityofScienceTechnology(NaturalScienceEdition第24卷第1期2009年3月Vol.24No.1Mar.2009m2hAB=[cos2(α+(1+k2*s2sin4(α/R2]*m2s+[s4sin4(α/(4R2]*m2k+[s2sin2(α/ρ2+(1+k2*s4tan2(α/(ρR2]*m2α+[(1+k2*s4sin4(α/(4R2]*m2R+m2i+m2ν.(2对方程(2进行统计检验,可得影响三角高程测量精度的主要因素是:竖直角测量误差和大气折光误差.对于竖直角测量误差,可以通过选用精密的测角仪器(如0.5″的TCA2003自动全站仪进行多测回自动观测取平均值,同时选用合适的控制点尽量缩短镜站之间的距离和降低竖直角来减少,而大气折光的影响主要取决于视线路径上的大气密度分布和温度梯度[1-5],它跟时间和环境的变化有很大的相关性,很难用一个确定的数学模型表示出来,一般通过重复实验统计大气折光系数及其变化规律,在三角高程实测中再采用气象条件基本相似时的大气折光系数来改正其测量结果.以上方法虽然比较实用,但通常难以满足特定的精度与施工进度要求,在此基础上,本文提出了一种改进的统计同地域同季节大气折光系数均值的方法.具体操作是采用手提把上定制有高低棱镜的高精度全站仪(TCA2003两台进行对向观测,按仪器前进方向,“”采用后前前后(即后低,前低,前高,后高的观测顺序进行(见图2,且要求一条边观测结束后,进行下条边观测时,就像高等级水准测量一样,需特别注意,前站仪器不动,为下条边的后站,原后站仪器迁至前面,为下条边的前站.若在一个测段上对向观测的边为偶数条边,且测段的起末水准点上立高度不变...