條件平差方法在跨河水準(zhǔn)中的應(yīng)用

劉春慶 戴瀟蕾

摘 要：在水利水電工程中，高程控制網(wǎng)不可避免涉及到跨河水準(zhǔn)，準(zhǔn)確的測(cè)量方法及平差處理方法可以有效的減小跨河水準(zhǔn)過(guò)程中，大氣折光差對(duì)于測(cè)值的影響；文章結(jié)合實(shí)際跨河水準(zhǔn)測(cè)量中選擇的測(cè)量方法及平差處理方法進(jìn)行討論，得到一些結(jié)論，對(duì)跨河水準(zhǔn)測(cè)量具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：跨河水準(zhǔn)；條件平差；精度

1 概述

《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》（GB/T12897-2006）規(guī)定：當(dāng)一、二等水準(zhǔn)路線跨越江河、峽谷、湖泊、洼地等障礙物的視線長(zhǎng)度在l00m以內(nèi)時(shí)，可用一般觀測(cè)方法進(jìn)行施測(cè)，但在測(cè)站上應(yīng)變換一次儀器高度，觀測(cè)兩次的高差之差應(yīng)不超過(guò)1.5mm，取用兩次觀測(cè)的中數(shù)。若視線長(zhǎng)度超過(guò)100m時(shí)，則應(yīng)根據(jù)視線長(zhǎng)度和儀器設(shè)備等情況，選用特殊的方法進(jìn)行觀測(cè)。

某一等水準(zhǔn)網(wǎng)跨河段長(zhǎng)度約為530米為保證該工程順利實(shí)施，選用合適的跨河水準(zhǔn)測(cè)量方法是的關(guān)鍵工作之一，本工程實(shí)例，采用了三角高程測(cè)量方法，精度要求達(dá)到國(guó)家一等水準(zhǔn)準(zhǔn)測(cè)量精度，儀器采用徠卡TS30（測(cè)角精度0.5"，測(cè)距精度0.6mm+1ppm）。

2 觀測(cè)網(wǎng)形及場(chǎng)地選擇

2.1 觀測(cè)網(wǎng)形布設(shè)

為提高跨河水準(zhǔn)精度，減小氣溫、氣壓、大氣折光的影響，測(cè)點(diǎn)C1、C2、D1、D2近似在同一水平面上，且保證四個(gè)測(cè)點(diǎn)成一近似矩形?？绾铀疁?zhǔn)示意圖如圖1。

圖1 跨河水準(zhǔn)網(wǎng)示意圖

圖1中C1、C2是右岸兩點(diǎn)，D1、D2是左岸兩點(diǎn)， C1C2邊約為9米，C1 D1約為530米。所以可以認(rèn)為C1 D1、C1 D2、C2 D1、C2 D2之間的高差觀測(cè)值的權(quán)相等。

2.2 布設(shè)場(chǎng)地遵循原則

2.2.1 觀測(cè)墩建在測(cè)線處于河段較狹窄處，保證其同意水平面上?？绾右暰€不得通過(guò)草叢，干丘、沙灘的上方，且保證避免正對(duì)日照方向。

2.2.2 大氣兩岸儀器視線距水面的高度應(yīng)接近相等，本次復(fù)測(cè)跨河段的長(zhǎng)度約為530m，視線高度不低于4■m=2.9m（s為跨河視線長(zhǎng)度公里數(shù)。水位受潮汐影響時(shí)，應(yīng)按最高潮水位計(jì)算）。

2.2.3 兩岸由儀器至水邊的一段河岸，其距離應(yīng)近于相等，其地貌、土質(zhì)、植被等也應(yīng)相似，儀器位置應(yīng)選在開(kāi)闊、通風(fēng)之處，不得靠近墻壁及土、石、磚堆等。

3 施測(cè)方法

在D1架TS30，分別照準(zhǔn)C1、C2、D2，得到一測(cè)回觀測(cè)高差：（S為斜距，δ為豎角），兩點(diǎn)之間的高差為S×sin？啄+i-l（i為儀器高，l為目標(biāo)高），C1點(diǎn)的高程為Hc1=HD1+S×sin？啄+i-l，C2、D2的高程同理可得。利用以上三點(diǎn)的高程求C1 D2、C2 D2之間的高差。HD1，i均一樣，相互抵消，若目標(biāo)高相等則高差等于S×sin？啄的差值。為了使目標(biāo)高也相互抵消，可以先全部采用使用同一型號(hào)的棱鏡及覘標(biāo)，這樣目標(biāo)高可看成一致，但世上沒(méi)有完全相同的兩個(gè)物體，為消除不同的目標(biāo)高對(duì)觀測(cè)高差的影響，把棱鏡及覘標(biāo)分成A、B兩組，A組總與儀器在一起，B組總是在儀器的對(duì)岸，這樣往返測(cè)求平均高差則影響抵消。

能否滿足水準(zhǔn)精度要求關(guān)鍵在于S×sin？啄的精度，下面就此作如下分析：

設(shè)F=S×sin？啄，則

此次用的TS30的標(biāo)稱精度：測(cè)距1+1ppm，測(cè)角0.5″，由于δ較?。A(yù)先用全站儀選擇的四點(diǎn)高程大致相等），sin5度≈0.087，所以前面一項(xiàng)可不考慮，后面一項(xiàng)中

，為減小m？啄 的大小，我們觀測(cè)了12測(cè)回，保證了測(cè)角中誤差小于0.5″，這樣函數(shù)的誤差就小于1.28mm，而一等水準(zhǔn)要求為1.8■=1.31mm ，從理論上說(shuō)，此方法是可行的。

具體施測(cè)步驟：

（1）D1點(diǎn)架設(shè)儀器，測(cè)得C1、C2、D2高差，此時(shí)，如果兩兩做差，可以得到hc2c1，hd2c1，hd2c2，此時(shí)得到高差已經(jīng)不存在儀器高量取所來(lái)的誤差。

（2）同理可以在D2站獲得hc2c1，hd1c1，hd1c2。

（3）在C1、C2站獲得的高差之差作為返測(cè)數(shù)據(jù)。

（4）hc1c2與hd1d2在組成條件平差方程時(shí)，取值為用數(shù)字水準(zhǔn)儀測(cè)得高差，在平差過(guò)程中，認(rèn)為是已知值且不存在誤差。

4 數(shù)據(jù)處理

觀測(cè)數(shù)據(jù)的平差方法采用條件平差法，在平差過(guò)程中運(yùn)用矢量加減的方法，消除儀器高影響，h5和h6使用DNA03且距離較近，在平差過(guò)程中，認(rèn)為平差中認(rèn)為為已知值。

表1 跨河水準(zhǔn)高差觀測(cè)成果

條件方程式為：

v1-v2-0.1=0

v3-v4+2.8=0

v2+v3+2.1=0

平差后，結(jié)果如下：

hd2c1=0.1721

Hd2c2=0.1722

hc2d1=-0.1722

hc1d1=-0.1722

Hd1d2=0.00000

Hc1c2=0.00000

觀測(cè)中誤差為：1.2mm

5 結(jié)束語(yǔ)

本次跨河水準(zhǔn)精度滿足一等水準(zhǔn)要求，通過(guò)實(shí)踐表明：跨河水準(zhǔn)測(cè)量對(duì)于場(chǎng)地布設(shè)、觀測(cè)時(shí)段、觀測(cè)儀器都有著嚴(yán)格要求，為提高測(cè)量精度，通過(guò)一下手段可以有效提高精度，滿足測(cè)量精度要求：

（1）在測(cè)跨河水準(zhǔn)前，對(duì)于全站儀進(jìn)行儀器檢校，保證一測(cè)回垂直角中誤差小于1.5"。

（2）在跨河段兩岸建立高程近似相等觀測(cè)墩，可以保證視線長(zhǎng)度最短，可以有效減小大氣折光差對(duì)于高程測(cè)量的影響，同時(shí)保證視線不得通過(guò)草叢，干丘、沙灘的上方以及儀器位置要開(kāi)闊通風(fēng)處。

（3）觀測(cè)時(shí)段選擇在晴天上午應(yīng)在日出后1h至太陽(yáng)中天前2h至，保證在最短時(shí)間段內(nèi)觀測(cè)完成所有測(cè)回，保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。

（4）為保證河兩岸觀測(cè)氣象條件一致，盡量縮短觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)，已確保兩岸折光系數(shù)近似相等。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：劉春慶，男，籍貫：遼寧省開(kāi)原市，現(xiàn)職稱：高級(jí)工程師，本科學(xué)歷，研究方向：大壩監(jiān)測(cè)。