9得 地理空间信息 6 高程控制测量中的混合构网法 中a二会志经明高热，汉4四 三角高中设效是的 文章号.1624623200g05.011 Method for Mixed Network in Vertical Control Survey 4430052.Cma oduction svcle while ensuring the reliability and the accurac Key words highway surveying: central point surveying:mixed networ 直以来，常规水准测量以其可靠性好、精度高 的附近安置全站仪，考些地球用率和大气折光的影响 而成为公路物测中高程传递的主要方法，但是勉着我 高差计算公式如下 采用常短水准测的方法在上述地区进行程拉制 -S,,+--店 1) h-s.sing v (2) 以高生声效率，馆生本周 式中，S。、8分别为前礼与后视斜，DD分别 为的视与后视平距：、分别为的视与后视竖直角： 钟代背等级水准的文京和道多处可见。然而影 半径。 果的可性与 ]何保证共武 本文提出 三角高程测量方法与泥合构网 1.1中问设站法三角高程测 价高程清采用中设结法 :,在A点与P点上分别安置校镜，在A,中间 的他日年，Wm86-7 04-2009
2008 年 10 月 第 6 卷第 5 期 地 理 空 间 信 息 GEOSPATIAL INFORMATION Oct., 2008 Vol. 6,No. 5 高程控制测量中的混合构网法 李圣明，李 林，韩 飞 （中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430052） 摘 要：针对目前常规水准测量在山区公路高程控制测量中的局限性，本文提出了一种三角高程与常规水准测量相结合的 混合构网方法，并通过实例得出，这种方法充分利用了两者的优势，在保证成果的可靠性和精度的同时，大大提高了工作 效率，缩短了生产周期。 关键词：公路测量； 三角高程测量； 中间设站法； 混合构网 中图分类号：P224 文献标志码: B 文章编号: 1672-4623 (2008) 05-0119-02 Method for Mixed Network in Vertical Control Survey LI Shengming, LI Lin, HAN Fei (CCC Second Highway Consultant Co.，Ltd., Wuhan 430052, China) Abstract：For the limitations of spirit leveling in the mountain highway vertical control surveying, a method of mixed network which includes spirit leveling and Trigonometric leveling is proposed. After using this method on project, the result shows that by using the advantages of the both, this method greatly improves the efficiency and reduces the production cycle while ensuring the reliability and the accuracy. Key words：highway surveying； trigonometric leveling； central point surveying； mixed network 一直以来，常规水准测量以其可靠性好、精度高 而成为公路勘测中高程传递的主要方法。但是随着我 国高速公路的建设重点逐渐向西部和山区转移，单纯 采用常规水准测量的方法在上述地区进行高程控制测 量将变得十分困难，且效率低下，某些地方甚至无法 施测。因此迫切的需要改进现有的高程测量作业模式， 以提高生产效率，缩短生产周期。 三角高程测量的方法十分适合山区以及复杂环境 下的高程传递。近年来，特殊情况下采用三角高程测 量代替等级水准的文章和报道也多处可见。然而影响 三角高程测量的因素很多且复杂，目前如何保证其成 果的可靠性与精度成为了业界讨论的热点。 对此，本文提出了一种常规水准测量和三角高程 测量相结合的方法，在保证成果的可靠性和精度的同 时，能大大提高工作效率，缩短生产周期。 1 三角高程测量方法与混合构网 1.1 中间设站法三角高程测量 三角高程测量采用“中间设站法”，即将全站仪当 水准仪使用，如图 1 所示，为测定水准点 A 和水准点 B 之间的高差 h，可以在 A，B 之间设定若干个转点 p1， p2…，在 A 点与 p1 点上分别安置棱镜，在 A，p1 中间 的附近安置全站仪，考虑地球曲率和大气折光的影响， 高差计算公式如下： （1） （2） 式中，S 前、S 后分别为前视与后视斜距；D 前、D 后分别 为前视与后视平距； 前、 后分别为前视与后视竖直角； v 前、v 后分别为前视与后视棱镜高；i 为仪器高；K 前、K 后分别为前视与后视观测时的大气折光系数；R 为地球 半径。 图 1 中间设站法三角高程测量 由图 1 可知，第 站所测得的两站之间的高差公式为： （3） 于是 A，B 之间的高差 h 为： 。 根据测量原理可知，中间设站法不需要测量仪器 收稿日期：2008-06-27
·120- 地理空何信息 第6叁第5期 高，当前、后视距相差不大的情况下，可以认为前后 则每一测段三角高程高差中误差m为： 大气斯光误差近似相等。从而相互抵消，是高测量精 棚，=√偶十两十+ 度。从高差计算公式可知。测站仪器高的量取精度对 由此可得各段三角高程高差观测值的权为 高差值没有影响。量取棱酸商度的精度对所测高差具 P,=G/m,1=k+Lk+2.…w (T) 有一定的影响。因此，可采用保封每个测站的前后视 棍标高度一致。以抵消其影响。 2工程应用以及结果分析 12混合构网方案 21混合构网与观测方案 首先使常规水准测量形成闭合或附合水准路线： 满南某高速公路飘建线路全长约40km,位于209 然后以此为基础，在地形用难的地区使用三角高程测 国道西1一2km处，蒸本与其平行。路线与209国道 量方法进行补充，加密（见图2.3）。这样就形成了全 分别位子万溶江的两边，很难使用常规水准进行高程 线以常规水准为框架，并与三角高程相结合的湿合构 传递。采用三角高程与常提水准混合枸网，构网方案 网，而且网中每一段三角高程数据都有相应的水准测 如图4所示， 量数据提供检验，从而保证三角高程测量的可靠性， 三角高程置路 水沛线脑 本和线路☒ 4折件13丝上 国家等提木准点 国家等极本殖点 图2常规水准测量与全站仪区角高程测量泥合构网方蜜一 时鞋 国家等摄水准点 三角高线路 图4湖南某高速公路高程测量构树柔意图 国家等级杰准点 首先沿209国道布设常规水裤路线，将两端国家 水泡线亮 高程控制点联系起来，并在水准路线上适当的位置（有 图3常观水准测量与全站仪三角高程测常混金构网方室二 桥梁等跨河容易的地方)，设立临时高程控制点：然后 13高程混合料数据处理中的定权 通过常规水准将监时高程点与找路上的控制点进行联 由于混合高程控制网中存在两类观测值，且月一 测：最后通过三角高程测量的方法，在路线导找点间 类观测值也不是等权的。因此各个观测值的权宜采用 进行高差测量，布设三角高配路线 估算精度确是权阵，假定整个高程控制网单位权中误 22精果分析 差为a 整个项日采用两个高程测量组，按鹏三等高程测 1)水准测量部分：水准测量商差的方差与距离 量的规范操作，历时25d,共完成高程测量198.6km, (或设站数)成正比，根据每公里中误差m,确定各段 其中水准测量10d,完成水准测量1294km:三角高 高差的权为： 程测量15d,完成三角高程测量692km:全找共构成 P=2/8m.i=l2.…k (4) 7个闭合环，结果及精度统计见表1。 或P,=c/n周，i=l,2,k (5) 表【湖离某高迪公降高程测量精度统计表 式子中：s为各水准测段的路线长度（单位km,n为 三等高程测量 环号 线路单轮Am 高程国合整m 各水准测段的设站数，L为每km水准测量设站数。k 闭价年服差 为控制网中水准测段数。 146 一0 生49 2)三角高程测量部分：根据高差计算公式(3)， 2 29.3 100 士6M6 假定每一站前后距离和竖直角测量精度一样，及 15.9 -20 士4销5 思一限=风，周，=风。=成，忽略大气折光、地 60 70 生4移0 5 365 一60 生720 球曲率以及棱镜量高误差的影响，则第站三角高程 6 赖7 210 ±759 高差中误差公式为： 464 -H0 土14 周-(sna.十sln2aw十(S,cowa.+ 每会里高素中餐素：1m 单隐权中议素：35m 3结语 (6) 1)采用常规水准与三角商程视合构网的方式，佳 C1994-2009 China Acpdemic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
120 地理空间信息 第 6 卷第 5 期 高，当前、后视距相差不大的情况下，可以认为前后 大气折光误差近似相等，从而相互抵消，提高测量精 度。从高差计算公式可知，测站仪器高的量取精度对 高差值没有影响，量取棱镜高度的精度对所测高差具 有一定的影响，因此，可采用保持每个测站的前后视 觇标高度一致，以抵消其影响。 1.2 混合构网方案 首先使常规水准测量形成闭合或附合水准路线， 然后以此为基础，在地形困难的地区使用三角高程测 量方法进行补充、加密 (见图 2、3)。这样就形成了全 线以常规水准为框架，并与三角高程相结合的混合构 网，而且网中每一段三角高程数据都有相应的水准测 量数据提供检验，从而保证三角高程测量的可靠性。 图 2 常规水准测量与全站仪三角高程测量混合构网方案一 图 3 常规水准测量与全站仪三角高程测量混合构网方案二 1.3 高程混合网数据处理中的定权 由于混合高程控制网中存在两类观测值，且同一 类观测值也不是等权的，因此各个观测值的权宜采用 估算精度确定权阵。假定整个高程控制网单位权中误 差为 0： 1）水准测量部分：水准测量高差的方差与距离 (或设站数) 成正比, 根据每公里中误差 m0，确定各段 高差的权为： （4） 或 （5） 式子中：Si 为各水准测段的路线长度 (单位 km)，ni 为 各水准测段的设站数，L 为每 km 水准测量设站数，k 为控制网中水准测段数。 2）三角高程测量部分：根据高差计算公式（3）， 假定每一站 前后距离和竖直角测量精度一样，及 ， ，忽略大气折光、地 球曲率以及棱镜量高误差的影响，则第 n 站三角高程 高差中误差公式为： （6） 则 每 一 测 段 三 角 高 程 高 差 中 误 差 mj 为： 由此可得各段三角高程高差观测值的权为： （7） 2 工程应用以及结果分析 2.1 混合构网与观测方案 湖南某高速公路拟建线路全长约 40 km，位于 209 国道西 1 ～ 2 km 处，基本与其平行。路线与 209 国道 分别位于万溶江的两边，很难使用常规水准进行高程 传递。采用三角高程与常规水准混合构网，构网方案 如图 4 所示。 图 4 湖南某高速公路高程测量构网示意图 首先沿 209 国道布设常规水准路线，将两端国家 高程控制点联系起来，并在水准路线上适当的位置（有 桥梁等跨河容易的地方），设立临时高程控制点；然后 通过常规水准将临时高程点与线路上的控制点进行联 测；最后通过三角高程测量的方法，在路线导线点间 进行高差测量，布设三角高程路线。 2.2 结果分析 整个项目采用两个高程测量组，按照三等高程测 量的规范操作，历时 25 d，共完成高程测量 198.6 km， 其中水准测量 10 d，完成水准测量 129.4 km；三角高 程测量 15 d，完成三角高程测量 69.2 km。全线共构成 7 个闭合环，结果及精度统计见表 1。 表 1 湖南某高速公路高程测量精度统计表 环号 线路总长/km 高程闭合差/mm 三等高程测量 闭合环限差/mm 1 14.6 － 6.0 ± 44.9 2 29.3 10.0 ± 64.6 3 15.9 － 2.0 ± 46.5 4 16.0 7.0 ± 48.0 5 36.5 － 6.0 ± 72.0 6 40.7 21.0 ± 75.9 7 46.4 － 11.0 ± 81.4 每公里高差中误差：1.8/mm 单位权中误差：3.5/mm 3 结 语 1）采用常规水准与三角高程混合构网的方式，能
2008年10月 地理空间信息 0xt,2008 第6卷第5期 GEOSPATIAL INFORMATION Vol.6,No.5 利用新技术对大型土方工程量测算方法的改进 张洪普“，杨久东 (L.青县马厂铺度期。河士准州0%105：2河北厘工大学交通与测除学院，河北期山0600) 满要：通过分析三角高程的误差来源和清罗方法以及土方量计算的转点，提出了一种利用全站仪结合南方经司的s载 件测算土方常的新方法，耳减少了工作量，又提高了满算精度，适命大型上方工程黄的测算： 美健同：三角库程测量：全站仪，秋件：上方工程带 中图分为：258 文献标志码：B 文章编号：167246232008)05-0121-03 Improved Calculation of Large-scale Earthwork by Using New Technology ZHANG Hongpu,YANG Jiudong' (1.Machang Govenment of Qing County.Cangzhou 061009.China. 2.School of Traffic and Mapping.Hebei Polytechnic University,Tangshan 063009.China) Abstract By aralyzing the error sources and its weaken method of triangle height and the characteristics of cal- culation the amount of earthwork,this paper proposed a new way in which we measure and calculate the amount of earthwork by using Total Station and software called cass which developed by Nanfang Compary.The new way both decrease the work and enhance the precision.It fits for large-scale carthwork. Key words trigonometric leveling.total station,cass software,earthwork amount 土方工程的测算工作，总结起来包括三个方面， 角高程测量两种。水准测量盈然测定的精度较高，但 第一是面积的计算（归结为高程点坐标数据的采集）： 受地形起伏的限制，外业工作量大，施测速度较慢。三 第二是高程数据的采集：第三是所采用的计算方法。警 角高程测量虽然不受地形起伏的限制，且测速度较 标点的深集可以利用全站收根容易的得出，在此不作 快。但由于受到仪器高，棱镜高的量取误差以及地球 述。高程数据的采集方法，传统上有水准测量、三 由率，大气折光、测距等误差影响很难达到很高的精 农璃日期，2们05-0刻 5免见见哭免呢见晚见呢3免免见5晚见免见免见晚呢纯见见晚见呢一免见见一5晚一见纯呢免见见呢5见见3晚晚见哭见5免见5跳 充分发弄水准测量高精度与三角高程测高效灵活的优 5)在高程控制网的平差处理中，根据各段三角高 势。大大提高效率，特别适合夏聚地形，无其是山区。 程估算精度定权比与距离平方成反比的定权方法更为 2》使用中同设站法进行三角高程传递，保持测段 严速合理 起点和锋点棱镜高相同，可以不量测仪器高和棱镜高， 参考文献 从而消意量高误差的影响：对于多次转站的情况，可 川郭家河，那进风电烟波测距三角底程测量公式误差的研宽 将站数设成偶数，以消除校镜差异所产生的量测误差。 1测2通报，20017：12.13 3)测距对高程的影响。会随看垂直角的增如而增 许跃民，花向虹间视法三角高餐调量在云阳长红大桥能工 大：测角对高程的影响会随着距离的增如面加大。实 中的成用U八判绘信息工程2005,304h2527 王爱生，高有格.全菇收代唇水准仪的新壹试川测控通报， 线证明：要达到三等高程测量的精度，测角一般应控 0012h35-37.49 制在15·以内，最大不要超过30◆，而且前后视题也 张正，参明，邓，等尊更等高电磁液测更三角高程测量 不要超过600m: 精度分析月现代判拾，2005,2134,19 4)当三角高程测量前后视距基本相等（实践证明 镇迪华精密测距角高程研密分所及高程混合网定权川 2004,32(4):506512 距离差在25m以内)，并在较短时间内进行前、后观 测时，大气折光误差基本被抵消。 第一作者筒介：李圣明，工学顺士。主要从事工程测保，测量 数据处理方面的生产期胡究。 1994-2009 China Academic Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved.http//www.enki.net
2008 年 10 月 第 6 卷第 5 期 地 理 空 间 信 息 GEOSPATIAL INFORMATION Oct., 2008 Vol. 6,No. 5 利用新技术对大型土方工程量测算方法的改进 张洪普 1，杨久东 2 （1. 青县马厂镇政府，河北 沧州 061025；2. 河北理工大学 交通与测绘学院，河北 唐山 063000） 摘 要：通过分析三角高程的误差来源和消弱方法以及土方量计算的特点，提出了一种利用全站仪结合南方公司的 cass 软 件测算土方量的新方法，既减少了工作量，又提高了测算精度，适合大型土方工程量的测算。 关键词：三角高程测量；全站仪; cass 软件; 土方工程量 中图分类号：P258 文献标志码: B 文章编号: 1672-4623 (2008) 05-0121-03 Improved Calculation of Large-scale Earthwork by Using New Technology ZHANG Hongpu 1，YANG Jiudong 2 (1. Machang Govenment of Qing County,Cangzhou 061009，China; 2. School of Traffic and Mapping, Hebei Polytechnic University, Tangshan 063009，China) Abstract: By analyzing the error sources and its weaken method of triangle height and the characteristics of calculation the amount of earthwork, this paper proposed a new way in which we measure and calculate the amount of earthwork by using Total Station and software called cass which developed by Nanfang Company. The new way both decrease the work and enhance the precision. It fits for large-scale earthwork. Key words: trigonometric leveling; total station; cass software; earthwork amount 土方工程的测算工作，总结起来包括三个方面， 第一是面积的计算（归结为高程点坐标数据的采集）； 第二是高程数据的采集；第三是所采用的计算方法。坐 标点的采集可以利用全站仪很容易的得出，在此不作 赘述。高程数据的采集方法，传统上有水准测量、三 角高程测量两种。水准测量虽然测定的精度较高，但 受地形起伏的限制，外业工作量大，施测速度较慢。三 角高程测量虽然不受地形起伏的限制，且施测速度较 快。但由于受到仪器高、棱镜高的量取误差以及地球 曲率、大气折光、测距等误差影响很难达到很高的精 收稿日期：2008-05-04 充分发挥水准测量高精度与三角高程测高效灵活的优 势，大大提高效率，特别适合复杂地形，尤其是山区。 2) 使用中间设站法进行三角高程传递，保持测段 起点和终点棱镜高相同，可以不量测仪器高和棱镜高， 从而消除量高误差的影响；对于多次转站的情况，可 将站数设成偶数，以消除棱镜差异所产生的量测误差。 3）测距对高程的影响，会随着垂直角的增加而增 大；测角对高程的影响会随着距离的增加而加大。实 践证明：要达到三等高程测量的精度，测角一般应控 制在 15 °以内，最大不要超过 30 °，而且前后视距也 不要超过 600 m。 4）当三角高程测量前后视距基本相等（实践证明 距离差在 25 m 以内），并在较短时间内进行前、后观 测时，大气折光误差基本被抵消。 5）在高程控制网的平差处理中，根据各段三角高 程估算精度定权比与距离平方成反比的定权方法更为 严谨合理。 参考文献 [1] 郭宗河，郑进凤.电磁波测距三角高程测量公式误差的研究 [J].测绘通报，2004 (7)：12-13 [2] 许跃民，花向红.间视法三角高程测量在云阳长江大桥施工 中的应用[J].测绘信息工程，2005，30(4)：25-27 [3] 王爱生，高有裕.全站仪代替水准仪的新尝试[J].测绘通报， 2003(12)：35-37，49 [4] 张正禄，黎明，邓勇，等.等距等高电磁波测距三角高程测量 精度分析[J].现代测绘，2005，28(1):3-4，19 [5] 镇德华.精密测距三角高程精密分析及高程混合网定权[J]. 2004，32（4）：506-512 第一作者简介：李圣明，工学硕士，主要从事工程测量，测量 数据处理方面的生产和研究