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摘要：随着科学技术的发展，我国的三角高程测量技术有了很大进展。使用水准测量方法传递高程在地形复杂区域无法实施，本文研究采用全站仪三角高程测量方法，消除或减弱大气折光、仪器高量取误差等对测量精度的影响，使之满足二等水准测量精度要求，并应用于某铁路工程勘测项目，解决工程难题。
关键词：三角高程测量；二等水准测量；铁路勘测
引言
城市轨道交通工程中的隧道内部变形监测主要包括施工监测、运营维护监测和地铁保护监测三部分，隧道拱顶沉降监测项目是各部分监测的重点。目前相关监测规范都规定了几何水准测量、三角高程测量和静力水准测量等基本测量方法，在隧道内部监测中三角高程测量的应用最为普遍、灵活。精密三角高程测量是指选用I级以上精度全站仪并采用竖直角测回法进行前后视目标观测的三角高程测量方法。通过分析隧道内部精密三角高程测量精度，建立基本精度计算公式，经过计算参照监测精度要求调整制定监测方案。
1精密三角高程测量误差来源
常规三角高程测量误差主要包括仪器测量误差、大气垂直折射和地球曲率的影响、仪器高和棱镜高测量误差三个部分。隧道内部监测精密三角高程测量采用中间设站、不量仪器高的前后视观测方法，所以测量误差只有仪器测量误差。仪器测量误差主要包括测角误差和测距误差。测角误差：垂直角观测误差主要包括仪器精度、整平误差、照准误差、调焦误差等，另外，外界环境条件如空气清晰程度等也会在一定程度上影响垂直角观测精度。垂直角观测误差对高差影响随边长的增大而增大。测距误差：主要受仪器本身测距精度影响，另外温度、湿度、气压和大气折射等外界因素对观测也会产生一定影响。测距精度对于高差精度影响较小，随垂直角的增大而增大，相比测角误差影响较小。
2三角高程测量技术在山区铁路勘测的应用
2.1数据组织
在进行铁路勘测设计时，主要涉及下列三部分数据：第一，基础数据；第二，成果数据；第三，属性数据。虽然设计中会涉及很多种不同的数据，不同数据无论是来源、格式，还是应用范围，都有所不同，但都能对地表特征予以反映，从空间位置角度讲相互联系。基于此，系统可将空间位置作为依据，为不同数据建立基本控制框架，然后借助GIS对海量数据进行管理，对空间与属性数据具有的特点进行整合，并对不同数据实施组织、管理，最终实现一体化的目标。
2.2运营维护与地铁保护阶段监测
地铁运营维护监测是对地铁在运营期间定期进行的常规监测；地铁保护监测是在地铁车站或区间隧道周边有其他地下工程施工且对地铁车站或区间隧道可能产生影响，对影响范围内的地铁车站或区间隧道进行的跟踪监测。这种监测通常采用人工精密水准测量或测量机器人自动化监测，其中隧道垂直沉降监测实际上是通过三角高程进行测量的。
2.3数据分析应用
以三维GIS为基础的勘测设计，在三维GIS作用下能实现空间分析，进而对基础与成果数据予以深层次应用，下列以开挖填筑土石方的计算与横断面提取为例进行分析：①开挖、填筑土石方的计算：采用DEM建立与分析的方法，可以在完成对地形表面的指定以后，对开挖与填筑施工的土石方数量予以准确且快速的运算，具体的算法以体积量算为主，这也是三维GIS重要工具和思想。②对任意横断面进行自动提取：通过对地形与线路模型之保持的拓扑关系的分析，可以算出各竖直平面和地形及线路模型之间的交叉点，对于这些交叉点，根据其终点之间的距离进行排序后，依次相连，获得的折现就是要提取出来的横断面及其剖面线。该过程需由专门的系统通过自动运算实现，它的工作效率必然高于人工方法。另外，采用这一方面还能对横断面精度，以及地形与线路模型实际密度等进行提取。
3实例分析
张家界七星山旅游轨道交通项目测区山势陡峭，奇峰林立，线路从山脚下攀爬至山顶，测区最低海拔300米，最高海拔1300米，选线难度极大，需要沿线布设高程控制点，高程控制网整网平差，为满足勘测精度要求，需要在山顶布设高程控制点，而山顶高程控制点联测极为困难，传统水准测量方式无法实施，只能采用三角高程测量技术进行控制点联测，建立高程控制网，为后续勘测工作提供基准。三角高程测量主要有单向观测法、对向观测法、中间法等。其中单向观测法无法消除大气折光等因素的影响，测量精度不高；对向观测法能够有效消除大气折光的影响，测量精度较高，但对点标志的选择有较高的要求，实际操作有一定难度；中间设站法则相对灵活，实际操作方便，且能够有效的消除大气折光的影响。本文尝试采用不量仪器高和棱镜高的中间设站全站仪测距三角高程测量法传递，为最大限度减小大气折光影响，山上山下须在同一时段进行观测，由于山高陡峭，现场条件较差，人力攀登耗时4小时左右，本项目采用两台徕卡TS30测量机器人（测角精度0.5″，测距精度0.6mm+1ppm，测程3500m），分别在山上山下适当位置架设，保持对目标点通视。为提高测量结果准确性，增加检核条件，在山下设置2个间距约60米的高程加密点DDQ1，DDQ2，采用水准测量方式获取两点高差。采用特制平底等高棱镜杆和徕卡标准棱镜，保证目标高一致因而不必量取。先在山下A1点架设全站仪1，观测两组数据（DDQ1、DDQ3），（DDQ2、DDQ3），每组观测12个测回。完成观测后，在山顶A3处架设全站仪2，观测两组数据（DDQ1、DDQ3），（DDQ2、DDQ3），每组观测12个测回。完成观测后，全站仪1和2分别变换位置至A2，A4，再进行一组重复观测。共获得8组观测数据。作业流程示意图3如下。数据采集完成，各项检验合格后，采用中铁一院通用地面测量控制网数据处理自动化软件FSDI-GDPAS“中间设站三角高程计算”模块进行数据处理，各项指标按二等水准测量要求控制。
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图3：观测示意图
结语
综上所述，三维对铁路工程项目的勘测设计而言，是一种能解决传统勘测设计弊端的有效方法，也是使勘测设计实现可视化与动态化的重要技术手段。全站仪自由设站，不须对中，不量取仪器高；采用自制标准高度平底棱镜杆，不量取棱镜高。简化工作，提高效率，减少误差来源，从而提高测量精度；2）加长了测距长度，只需满足通视条件，解决了工程实际问题。3）采用两台相同型号和配置参数的全站仪分别在山上山下同时段观测，有效消除了大气折光影响，从而提高测量的精度。4）从衡量高程测量精度的指标——取每公里高差中误差的2倍作为极限误差，采用该方法达到了三等水准测量mh≤±12L的精度规范要求；适用于山高、坡陡，高差大的山区等特殊地理条件下进行高程控制测量，提高测量精度和工作效率。
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