西部山区铁路建设中，往往面临极其复杂的地形和地质环境。沿线山高谷深，地层岩性复杂多变，地质构造运动活跃和地震频繁强烈，加之铁路建设工期长，对精密测量控制网的建立和维护提出了较高的要求。若使用传统水准测量方法进行高程控制网的建设，存在作业效率低下、劳动强度大、部分复杂艰险区域无法测量等问题。

近年来，随着高精度智能型全站仪(测量机器人)的广泛应用，光电测距精密三角高程测量技术有了长足的进步，主要有全站仪配套高低棱镜组对向观测和双测站同时对向间接高差观测[1-2]。光电测距精密三角高程观测具有方法简单、设站位置灵活、单站观测距离较长、受地形限制较小等优点，主要用于困难地区代替精密水准和二等水准测量[3-4]，上述两种方法在国内低海拔地区跨河跨海高程传递中得到广泛应用[5-7]，但在川藏铁路途经的高海拔地区未见相关应用报道。以下选择有代表性的测区进行试验。

1 精密三角高程测量

1.1 原理和方法

按照光电测距三角高程测量原理，使用2台具备自动搜索、照准目标棱镜(ATR)功能的高精度智能型测量机器人进行同步对向观测，以削弱大气垂直折光、地球曲率等因素的影响；限制单站测量视距和高度角，以减少前后视垂线偏差非线性变化的影响。采取专门设计的作业方法，两台测量机器人同时对向观测，用中间站观测法(间视法)，使得测段对向观测边数为偶数，以有效避免仪器高和觇标高量取误差[8]，高差与二等水准测量获取的高差较差满足二等水准测量限差要求。

采用全站仪高低棱镜组对向观测方法，对中杆架设在起、终水准点上，两台仪器分为主、辅站进行对向观测，为避免量取仪器高和觇标高，采用如下观测方法进行测量。

(1)一个测量小组配备两台高精度智能型测量机器人，在仪器把手上安装高低精密棱镜组件。强制对中棱镜杆用于联测起、终点的水准点。

(2)按图1所示方法进行逐站观测，设站位置按测区实地通视情况选择，相邻测站间距离随意。其中，A、B为水准点，1为起始站，N为结束站。

①测量机器人在1、2位置时，在测段起点A上架设专用棱镜对中杆，1位置测量机器人距A点10～20 m，1～2为对向观测边。

②在1位置上的测量机器人对A点的高低棱镜进行距离角度观测，则可得出A点与1位置上测量机器人中心的高差

图1测量机器人高低棱镜组对向观测精密三角高程测量示意

③在1、2位置上的测量机器人进行对向观测，两仪器中心间的高差为

(V1-V2)]

④将1位置上的测量机器人迁至3位置，2～3为对向观测边。

⑤在2、3位置上的测量机器人进行对向观测，两仪器中心间的高差为

(V2-V3)]

⑥前站不动，沿着水准路线将后点上的测量机器人移至前一点，高低棱镜组按照后低-前低-前高-后高的顺序进行观测，直到测段结束，并确保在结束站N架设的仪器即为起始站1所架设的仪器。N位置测量机器人离测段终点B的距离为10～20 m，在终点B上架设与起点A上同一套棱镜对中杆。

⑦在N位置上的测量机器人先进行对向观测，再对终点B上的棱镜观测斜距和垂直角，则可计算N位置上测量机器人中心到水准点B的高差

⑧水准点A到水准点B之间的高差为

由于，VA=VB，V1=V3=…=VN，V2=V4=…=VN-1则

S21·sinα21)+0.5·(S23·sinα23-

S32·sinα32)+…+SNB·sinαNB

(3)各测段需进行往返测量，返测时仪器位置需进行对调。

1.2 精密三角高程测误差分析及对策

A、B两点采用精密光电测距三角高程对向观测获取的高差计算公式为[9-10]

式中，D为A、B两点间水平距离；αAB、αBA为对向观测有垂直折光影响的垂直角；KA、KB为大气垂直折光系数；i为仪器高；v为目标高；R为地球曲率半径；为垂线偏差非线性变化量。

设观测视线的高度角为α；测量机器人的测角精度为mα；测量机器人的测距精度为mD；仪高和反射镜高的量取精度分别为mi，mv，通过对向观测可以消除；大气折光对高差的影响为mf；垂线偏差对高差的影响为mU。根据误差传播定律，对(7)式微分可得

精密三角高程测量的精度主要受仪器测量精度、大气折光的影响，垂线偏差和地球曲率的影响可通过缩短观测边长进行调整[11-12]。

(1)仪器测量精度

由式(7)可知，全站仪测角误差mα对三角高程高差中误差的影响为测距误差对三角高程高差中误差的影响为tanα·mD。