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摘 要： 《高速铁路工程测量规范》要求高铁线路水准基点测量要达到二等水准测量的精度，CPⅢ控制点高程测量要达到精密水准的精度。在高铁经过的复杂山区以及水网地段，常规的水准测量劳动强度大，测量效率低。针对这些情况，采取不同的三角高程测量方法，可以有效地解决这些问题。
关键词： 三角高程测量； 高铁测量；全站仪；精度
【中图分类号】 U212.2 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879（2017）13-0172-02
目前高程控制测量方法主要是采用水准测量和三角高程测量。水准测量具有操作简单、精度高等优点，适合在地势平坦、交通便利的地区，在高差变化大的山区作业具有一定的难度，甚至无法实施。随着高精度智能型全站仪的开发应用，采用一定的观测方法所建立起来的三角高程测量可以有效解决山区高程测量的问题，大大提高作业效率。目前三角高程测量方法主要有中间法三角高程测量和精密三角高程测量两种，本文通过对这两种方法阐述，来说明在高铁测量中针对不同任务采用那一种方法更合理。
1 中间法三角高程测量
全站仪安置在两个水准点中间，在水准点上安置棱镜。为了消除棱镜高测量误差，在实际工作中一般采用同一根对中杆和棱镜，并且高度固定，使每一站棱镜高相等。因此，三角高程测量的精度只与垂直角、距离有关，与棱镜高与仪器高无关。且在前后视距基本相同，局部段距离三角高程测量时，由大气折光系数引起的高差误差可以忽略不计。
中间法设站光电测距三角高程外业观测应符合表1的规定。仪器与棱镜的距离一般不大于100m，最大不得超过150m，前、后视距差不应超过5m。
在具体实施过程中，为了检核，避免出现粗差以及提高观测精度，一般需要独立进行两次观测（可采用两台全站仪在中间位置同时观测），两组高差较差不应大于2mm，满足限差要求后，取平均值作为最终的结果。
在高铁桥梁CPⅢ高程控制网的建立中，使用几何水准测量的方法从地面高程控制点直接向橋面传递高程往往受到限制，采用不量仪器高和棱镜高的中间设站光电测距三角高程测量法传递不但满足精度要求，而且会大大提高工作效率。
2 精密三角高程测量
大量实践表明，基于智能性全站仪的精密三角高程测量方法的精度已能达到二等水准测量要求。目前，精密三角高程测量方法主要有两种。
2.1全站仪改装棱镜法。
基于自动照准全站仪的精密三角高程测量，将改装后的棱镜分别固定在两台仪器的把手上，进行同时段对向观测。一个测段的观测过程如图1所示。
高程传递的过程是从已知A点高程传递到A点棱镜中心，再传递到全站仪照准中心，中间每个观测边上求出两台全站仪照准中心高差，最后再传至B点棱镜中心，再传至未知B点。
因为在起末点采用同一个对中杆，且高度不变，因此避免了丈量对中杆高度带来的误差，另外在观测过程中，两台全站仪上改装棱镜高度不变，进行偶数边同时对向观测，类似于水准测量偶数站观测消除零点误差一样，避免了丈量仪器高带来的误差影响。
根据三角高程测量严密计算公式，在非高山地带可以不考虑垂线偏差的影响；球差通过对向观测取平均值抵消；在气象条件均匀变化时段进行同时段对向观测，且对向观测点间的气象条件相差不大时，气差基本消除。
2.2全站仪不改装法
基于自动照准全站仪的精密三角高程测量，将两台高精度全站仪放在距离两个棱镜10～20m位置，进行同时段对向观测。一个测段的观测过程如图2所示。
高程传递的过程是从已知A点高程传递到A点棱镜中心，再传递到B点棱镜中心，中间每个观测边上求出两个棱镜中心高差，最后再传至N点棱镜中心，再传至未知点N。
起终点采用同一个特制带棱镜基座，中间采用脚架和普通基座安置的棱镜，只起到传递作用，所以不用量棱镜高。
采用不量测仪器高和觇标高的同时对向间接高差观测三角高程测量，不但避免了丈量仪器高带来的误差影响，而且消去了大气折光的影响。该方法不但可以建立二等高程控制网，而且由于可以进行长距离的大高差测量，可以有效地缩短测量路线长度，大大提高测量的效率。
精密三角高程测量所采用的全站仪应具有自动目标识别功能，仪器标称精度不低于0.5″，1mm+1ppm。观测距离一般不大于500m，最长不应超过1000m，竖直角不宜超过10°。精密三角高程测量应采用往返观测，观测中应测定气温和气压。气温读至0.5℃，气压读至1.0hpa，并在斜距中加入气象改正。
3 结论
综上所述，本文提出的几种三角高程测量方法，由于采用了测量机器人和一定的观测方法，消除了大气折光影响，还实现了无需丈量仪器高和觇标高，使得测量精度满足了高铁测量需求，且效率得到提高。三种三角高程测量特点及应用，主要如下：
（1）采用全站仪不改装的同时对向间接高差观测三角高程测量方法，不论是奇数双测站还是偶数双测站，均不需量仪器高和觇标高，因而方便实用，操作简单，便于推广。在高铁进行二等高程控制测量时，运用此法效率将大大提高。
（2）采用全站仪改装棱鏡法，需要改装全站仪、且起终测站为单向观测、观测必须为偶数站，因而使用起来不是很方便。此种方法适合于大范围，长距离的野外高程控制测量。
（3）中间法三角高程测量，在短距离进行高铁线路桥下与桥面高程联测时，简单可行。还可以用来进行高铁构筑物的变形监测。
参考文献
[1] 贾中甫，杨 郁，冯启俊，精密三角高程代替二等水准测量的研究与实践[J]，测绘信息与工程，2012，37（1）：15-17
[2] 孔 宁，林 鸿，欧海平，等，基于自动照准全站仪的精密三角高程测量代替二等水准测量的研究与应用[J]，测绘通报，2016（2）：107-109
[3] 中华人民共和国铁道部，TB10601-2009，高速铁路工程测量规范[S]，北京：中国铁道出版社，2009
[4] 刘成龙，杨雪峰，张阅川，基于测量机器人的二等高程控制测量新方法[J]，西南交通大学学报，2013，48（1）：69-74
[5] 王文杰，田丽亚，刘立臣，唐诗华，中间法三角高程测量在高铁CPⅢ控制网中的应用[J]，测绘地理信息，2014，39（1）：29-32
作者简介：
[1] 姓名：齐昌洋，出生年月：1984.3，性别：男，民族：汉族，籍贯：河南南阳，学历：本科，职称：讲师，单位：湖南高速铁路职业技术学院，研究方向：工程测量，工作单位：湖南高速铁路职业技术学院，
[2] 姓名：张静，学历：本科，职称：助教，单位：湖南高速铁路职业技术学院，省市：湖南省衡阳市，邮编：42100
关键词： 三角高程测量； 高铁测量；全站仪；精度
【中图分类号】 U212.2 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879（2017）13-0172-02
目前高程控制测量方法主要是采用水准测量和三角高程测量。水准测量具有操作简单、精度高等优点，适合在地势平坦、交通便利的地区，在高差变化大的山区作业具有一定的难度，甚至无法实施。随着高精度智能型全站仪的开发应用，采用一定的观测方法所建立起来的三角高程测量可以有效解决山区高程测量的问题，大大提高作业效率。目前三角高程测量方法主要有中间法三角高程测量和精密三角高程测量两种，本文通过对这两种方法阐述，来说明在高铁测量中针对不同任务采用那一种方法更合理。
1 中间法三角高程测量
全站仪安置在两个水准点中间，在水准点上安置棱镜。为了消除棱镜高测量误差，在实际工作中一般采用同一根对中杆和棱镜，并且高度固定，使每一站棱镜高相等。因此，三角高程测量的精度只与垂直角、距离有关，与棱镜高与仪器高无关。且在前后视距基本相同，局部段距离三角高程测量时，由大气折光系数引起的高差误差可以忽略不计。
中间法设站光电测距三角高程外业观测应符合表1的规定。仪器与棱镜的距离一般不大于100m，最大不得超过150m，前、后视距差不应超过5m。
在具体实施过程中，为了检核，避免出现粗差以及提高观测精度，一般需要独立进行两次观测（可采用两台全站仪在中间位置同时观测），两组高差较差不应大于2mm，满足限差要求后，取平均值作为最终的结果。
在高铁桥梁CPⅢ高程控制网的建立中，使用几何水准测量的方法从地面高程控制点直接向橋面传递高程往往受到限制，采用不量仪器高和棱镜高的中间设站光电测距三角高程测量法传递不但满足精度要求，而且会大大提高工作效率。
2 精密三角高程测量
大量实践表明，基于智能性全站仪的精密三角高程测量方法的精度已能达到二等水准测量要求。目前，精密三角高程测量方法主要有两种。
2.1全站仪改装棱镜法。
基于自动照准全站仪的精密三角高程测量，将改装后的棱镜分别固定在两台仪器的把手上，进行同时段对向观测。一个测段的观测过程如图1所示。
高程传递的过程是从已知A点高程传递到A点棱镜中心，再传递到全站仪照准中心，中间每个观测边上求出两台全站仪照准中心高差，最后再传至B点棱镜中心，再传至未知B点。
因为在起末点采用同一个对中杆，且高度不变，因此避免了丈量对中杆高度带来的误差，另外在观测过程中，两台全站仪上改装棱镜高度不变，进行偶数边同时对向观测，类似于水准测量偶数站观测消除零点误差一样，避免了丈量仪器高带来的误差影响。
根据三角高程测量严密计算公式，在非高山地带可以不考虑垂线偏差的影响；球差通过对向观测取平均值抵消；在气象条件均匀变化时段进行同时段对向观测，且对向观测点间的气象条件相差不大时，气差基本消除。
2.2全站仪不改装法
基于自动照准全站仪的精密三角高程测量，将两台高精度全站仪放在距离两个棱镜10～20m位置，进行同时段对向观测。一个测段的观测过程如图2所示。
高程传递的过程是从已知A点高程传递到A点棱镜中心，再传递到B点棱镜中心，中间每个观测边上求出两个棱镜中心高差，最后再传至N点棱镜中心，再传至未知点N。
起终点采用同一个特制带棱镜基座，中间采用脚架和普通基座安置的棱镜，只起到传递作用，所以不用量棱镜高。
采用不量测仪器高和觇标高的同时对向间接高差观测三角高程测量，不但避免了丈量仪器高带来的误差影响，而且消去了大气折光的影响。该方法不但可以建立二等高程控制网，而且由于可以进行长距离的大高差测量，可以有效地缩短测量路线长度，大大提高测量的效率。
精密三角高程测量所采用的全站仪应具有自动目标识别功能，仪器标称精度不低于0.5″，1mm+1ppm。观测距离一般不大于500m，最长不应超过1000m，竖直角不宜超过10°。精密三角高程测量应采用往返观测，观测中应测定气温和气压。气温读至0.5℃，气压读至1.0hpa，并在斜距中加入气象改正。
3 结论
综上所述，本文提出的几种三角高程测量方法，由于采用了测量机器人和一定的观测方法，消除了大气折光影响，还实现了无需丈量仪器高和觇标高，使得测量精度满足了高铁测量需求，且效率得到提高。三种三角高程测量特点及应用，主要如下：
（1）采用全站仪不改装的同时对向间接高差观测三角高程测量方法，不论是奇数双测站还是偶数双测站，均不需量仪器高和觇标高，因而方便实用，操作简单，便于推广。在高铁进行二等高程控制测量时，运用此法效率将大大提高。
（2）采用全站仪改装棱鏡法，需要改装全站仪、且起终测站为单向观测、观测必须为偶数站，因而使用起来不是很方便。此种方法适合于大范围，长距离的野外高程控制测量。
（3）中间法三角高程测量，在短距离进行高铁线路桥下与桥面高程联测时，简单可行。还可以用来进行高铁构筑物的变形监测。
参考文献
[1] 贾中甫，杨 郁，冯启俊，精密三角高程代替二等水准测量的研究与实践[J]，测绘信息与工程，2012，37（1）：15-17
[2] 孔 宁，林 鸿，欧海平，等，基于自动照准全站仪的精密三角高程测量代替二等水准测量的研究与应用[J]，测绘通报，2016（2）：107-109
[3] 中华人民共和国铁道部，TB10601-2009，高速铁路工程测量规范[S]，北京：中国铁道出版社，2009
[4] 刘成龙，杨雪峰，张阅川，基于测量机器人的二等高程控制测量新方法[J]，西南交通大学学报，2013，48（1）：69-74
[5] 王文杰，田丽亚，刘立臣，唐诗华，中间法三角高程测量在高铁CPⅢ控制网中的应用[J]，测绘地理信息，2014，39（1）：29-32
作者简介：
[1] 姓名：齐昌洋，出生年月：1984.3，性别：男，民族：汉族，籍贯：河南南阳，学历：本科，职称：讲师，单位：湖南高速铁路职业技术学院，研究方向：工程测量，工作单位：湖南高速铁路职业技术学院，
[2] 姓名：张静，学历：本科，职称：助教，单位：湖南高速铁路职业技术学院，省市：湖南省衡阳市，邮编：42100