全新三角高程测量方法在风力发电基础沉降观测中的应用

2011-09-29冯禹，孙宏，侯杰

电力勘测设计 2011年4期

冯禹，孙宏，侯杰

(内蒙古电力勘测设计院，内蒙古呼和浩特 010020)

一直以来，在建、构筑物的沉降观测过程中，传统的测量方法是采用几何水准测量。几何水准测量的优点是操作简单、精度高；但也存在着不足，精度受地形起伏限制，外业工作量大，效率低。三角高程测量通过观测两点间的水平距离和天顶距(或高度角)求定两点间高差的方法。三角高程测量具有高差测定速度快、受地形条件限制小等优点，特别适合在高差较大的地区(如风力发电场沉降观测，风力发电场大多位于山区、丘陵地带)进行高程测量。但是由于受到仪器测距误差、测角误差、大气垂直折光系数误差以及仪器高、目标高量取误差影响，三角高程测定高差的精度有限，只在中小比例尺地形图或对高程精度要求不高的图根控制测量中应用。

随着高精度全站仪的应用普及，三角高程测量精度有了实质性的提高，特别是经过长期摸索，总结出一种全新的三角高程测量方法，无需量取仪器高、目标高，完全可以达到三等水准精度，在具备一定观测条件下，可以达到二等水准的精度。本文主要讨论运用高精度全站仪，采用全新的三角高程测量方法，进行风力发电机组基础的沉降观测。

1 三角高程测量方法

图1所示，采用三角高程测量的方法确定地面点A、B两点间的高差hAB，首先要在A点安置全站仪，在B点竖立砚标，量得仪器高i和觇标高v，用全站仪望远镜的中丝照准觇标顶部，观测垂直角α；测定A、B两点间水准距离D，则图1可以看出如下关系：

hAB＝Dtgα+i -v，若已知点A高程为HA，则待定点B的高程HB为：

图1 三角高程测量

如果考虑考虑球气差γ(球差与气差合称球气差)影响，则高差计算公式为：

这就是三角高程测量的基本原理，高差误差来源于：球气差、观测值边长D、垂直角α，仪器高i和觇标高v的测量误差。

这样传统的三角高程测量高差具备以下两个特点：

①全站仪必须架设在已知高程点上；

②要测出待测点的高程，必须量取仪器高和棱镜高；

③球气差计算简单。

如果我们在高程测量工作中，能将全站仪像水准仪一样任意设站，而不是将它置在已知高程点上，同时又不需要量取仪器高i和觇标高v的情况下，那么使用高精度全站仪，精确测量距离和角度，采用三角高程测量的原理就可以快速、精确的测得未知点的高程。

2 全新三角高程测量方法

如果我们采用全站仪进行三角高程测量时能像使用水准仪进行几何水准测量一样，任意设站，而不是将它置在已知高程点上，同时又在不量取仪器高i和觇标高v的情况下，利用三角高程测量原理测出待测点的高程。如图1，假设A点的高程已知，B点的高程为未知，这里要通过全站仪测定其它待测点的高程。

假设我们将全站仪任意设站，后视已知高程点A，则由(2)式可知：

B点高程计算公式：

首先由(3)、(4)式可知：

上式可知：距离、垂直角用仪器直接测出外，i、v都是未知的。但有一点可以确定即仪器架设好，i值将不变；同时选取跟踪杆作为反射棱镜，假定v值也固定不变。从(5)可知：

从(6)式可知，在进行三角高程测量时，不需量量测仪器高 i 和觇标高 v 即可求得B点高程。若全站选择合适的测站，使得仪器大致位于A、B两点的中间位置，且A、仪器、B三点大致在一条直线上，则球气差γA-站、γ站-B值相等，符号相反，相互抵消，可知：

由此可见：

①任一点设站，进行三角高程测量是可行的；

②高程误差主要来源于边长误差、垂直角误差；

③如果使用高精度全站仪，如徕卡公司TS30(测角精度为0.5″，0.6mm +D×10-6ppm)，三角高程精度是可以在达到二等水准精度要求；

④在进行观测时，觇标要强制对中，距离对三角高程测量中对高差精度影响最大，垂直角越大，其影响也愈大；

⑤垂直角观测应该选择大气折光影响较小的阴天和每天的中午观测较好；

⑥推算三角高程时应选择短边传递，对路线上边数也要有限制。

3 全新三角高程测量方法在风力发电基础沉降观测中的应用

某风力发电场位于山区，占地面积25km2，共计40台风力发电机。风力发电机之间平均距离是600m，地势起伏变化较大，平均海拔约为1770m，高差约为350m。共埋设11个控制桩，见图2，最长边长为900.5m，最短边为289.3m，平均边长为467.8m；最大高度角为12.5°，最小高度角约为-4.5°，平均高度角约为-6.7°。控制网中只有BM-1、BM-2用一等水准观测精度要求进行几何水准联测，其它点采取全新三角高程测量方法获得高程。