探索微视距精密三角水准法在水文观测站水尺零点高程测量中的应用

摘要：在水文观测站中的水尺零点高程测量工作中，采用微视距精密三角水准测量方法，经过理论分析与实验验证，得知该方法无论是精度还是工作效率都优于传统方法，有效填补了水文观测站的高程勘测空白，降低误差带来的影响，为接下来的高程测量工作开展提供借鉴与参考。

关键词：微视距；三角水准测量；水文观测；水尺零点高程

引言：一直以来水尺零点高程勘测都是水文测量工作的重要内容，要求勘测人员经过多次的校测，其任务繁重，对人员有着较高的操作要求。水准仪在测量时容易受到站点和竖尺点高差的限制影响，测量后由于落差变化较大，导致水尺在传递期间增大了测量误差。与此同时，水准尺在俯仰与读数期间存在误差，容易给水准观测的精度带来影响。为降低工作强度，提高工作效率，可采用微视距精密三角水准测量方法，将其用于落差较大的水文观测水尺测量工作中，从而优化操作流程，提高高程测量精度。

1 微视距精密三角水准测量的原理分析

过去的高程测量方法通常有水准测量和三角高程测量两种，不同方法各有特色。相比之下，微视距精密三角水准测量方法是一种间接测量法，所测定的高差精度很高，适合用于水文监测站，不受地形与水文等条件的限制，能够有效改进传统高程测量方法，提升水准测量精度。一般情况下，三角高程测量主要按照两点间水平距离以及竖直角，根据三角学公式计算高差，采用全站仪进行三角高程测量，其精度有待进一步提高。影响测量精度的因素有很多，比如竖直角和距离测量误差，以及大气折光与棱镜高造成的误差等。当微视距三角高程测量时，视距≤100m，此时的测量类似四等水准最大视距，期间可忽略大气折光给测量带来的影响。测量时高差精度的影响因素主要来源于量取仪器与棱镜高误差，与其他测量方法相比，微视距精密三角水准的测量无需通过量取仪器和棱镜高计算高差，所以可以最大程度上保障测量精度[1]。

2 微视距精密三角水准法在水尺零点高程测量的应用

2.1实验验证研究

将微视距精密三角水准法用于水文观测站的测量工作中，采用全站仪进行一站式观测，从中获得水尺零点高差，使前后视和仪器站之间呈现出三角形分布，并按照自上而下的顺序进行分布观测，从而一站式的完成外业测量作业。测量工作中，先确定最佳观测位置，在该处架设全站仪，测量期间测点的棱镜高度不会改变，随后依据观测仪器的BM点，从P1至P9各尺和仪器斜距、竖直角依次测量。选择最佳观测场地，确定全站仪的架设位置，按照校标到最远一处的水尺距离，取距离间的中间位置进行Y垂线延伸，再按照公式√（（X^2+Y^2 ） ）=L，计算L和Y的差值＜3m时即可，根据最长和最短视距不能超过四等水准要求计算最终高差结果。再根据以下公式：

h_AB=S_B sinα_B-S_A sinα_A

公式当中，S指的是斜距，α为竖直角。现场如果条件受限，全站仪的架设需要呈现出三角形的分布方式，某站前后视距差较大时，可采用以下公式完成计算：

h_AB=S_B sinα_B-S_A sinα_A+1/2R （S_B^2-S_A^2 ）-1/2R （S_B^2 cosα_B^2 K_B^2-S_A^2 cosα_A^2 K_A^2 ）

公式当中，K为大气垂直折光系数。在视距较小的情况，无需考虑大气垂直折光带来的影响。R指的是地球的曲率半径，即6371km。

观测期间，要求竖直角在盘左、右各进行1次观测，最后取两次观测结果的平均值，从而消除指标差给观测结果带来的影响。采用三叉棱镜杆，在此处进行棱镜的架设，保障气泡居中。要求全站仪性能良好，测量期间的限差精度可按照水准等级进行评定分析，融合闭合水准与附合水准路线方法进行观测，再按照视线的长度情况完成允许差的计算分析[2]。

2.2实验结果分析

水准法的应用主要是在待测的两点间架设全站仪，要求棱镜高度保持一致，采用推到全站仪水准法三角测量公式，其测量结果的精度比传统测量方法更有效。三角高程测量公式中，以水平面为基准面与视线，将其看作是一条直线，当两点间距较短时，测量结果更加准确。相反，如果间距较远，需要考虑多方影响因素。采用水准仪进行高程观测，在斜坡位置的1-6号基点位置开始观测高差，依靠全站仪装置，采用微视距精密三角水准测量方法，完成对不同观测点的同步观测分析，最终测量结果如下：

由此可见，传统测量方法中，测量精度的允许差可以按照6√n来计算，n=5站的时候，此时测量精度的允许差是13mm。在本次实验当中，实际测量的高差闭合差是3mm，与最初精度要求相符合，实验结果有效。应用本文中的全站仪微视距精密三角水准测量方法，其允许差可以按照25√L来计算，其中L=130mm，允许差是9mm，结果已经超过了实测高差闭合差2mm，所以最终的测量结果附合高精度要求。由此可见，传统测量方法在观测水尺读数的时候只能将数值精确到厘米单位，而毫米位数的测量存在一定误差，这有可能导致厘米位数的计算结果不精确，甚至会影响高程结果。采用数学三角公式进行高程数值计算，期间不会受到人工误差影响，从原理来看测量结果更加精准。

总结：总而言之，根据水文观测的日常高程测量任务完成水尺零点高程测量分析，采用微视距精密三角水准测量方法，该方法比传统测量方法更加有效，且操作更加简单，能够有效降低劳动强度，在保障测量结果精确度的同时提高工作效率。伴随着先进技术的发展，水文观测站对于水尺零点高程测量提出了严格的要求，有必要加强精密三角水准测量方法的应用，彰显其中的技术优势。

参考文献

[1]陈倜.CPⅢ自由测站三角高程法测量误差研究[J].铁道勘察，2020，46（06）：28-32.

[2]兰徽.全站仪水准法在基坑沉降监测中的分析与应用[J].福建建材，2020，No.232（08）：20-21+27.