精密跨河水準(zhǔn)測量誤差分析及改進(jìn)措施

白懷明，王軍

（山東黃河勘測設(shè)計研究院，山東濟(jì)南 250013）

精密跨河水準(zhǔn)測量誤差分析及改進(jìn)措施

白懷明，王軍

（山東黃河勘測設(shè)計研究院，山東濟(jì)南 250013）

闡述了在一定的條件下，用全站儀三角高程方法進(jìn)行跨河二等水準(zhǔn)測量，并通過在工程中的實踐應(yīng)用，探討精密三角高程測量實現(xiàn)精密跨河水準(zhǔn)的可行性和便利性，提出了影響跨河水準(zhǔn)測量精度的因素，減弱或消除措施。

跨河水準(zhǔn)；精密三角高程；中誤差

受山東黃河供水局委托，山東黃河勘測設(shè)計研究院承擔(dān)和完成了山東黃河涵閘沉陷基準(zhǔn)點普測工作，并為涵閘監(jiān)測提供統(tǒng)一高程基準(zhǔn)。由于引水涵閘分布于黃河兩岸，要滿足所有涵閘使用統(tǒng)一的高程基準(zhǔn)，需對所有涵閘的基準(zhǔn)點進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測。

1 跨河水準(zhǔn)誤差來源及分析

當(dāng)跨河距離超過100 m時，應(yīng)根據(jù)跨越距離和測量設(shè)備選擇跨河水準(zhǔn)測量方法，本文主要闡述三角高程在跨河二等水準(zhǔn)測量中的應(yīng)用。

三角高程測量單向觀測的高差計算公式為：

式中，D為平距，m；α為垂直角；i為儀器高，m；υ為目標(biāo)高；k為大氣垂直折光系數(shù)；R為地球半徑，m。

誤差關(guān)系式為：

由此可以看出，三角高程測量的精度mh除受測距中誤差mD、垂直角中誤差mα、儀器mi和覘標(biāo)mυ量高誤差外，還受大氣垂直折光mk的影響。

跨河距離D<

表1 不同α和D mα和mD對高差的影響

2 工程實踐及應(yīng)用效果

在山東引黃水閘閘基點普測項目中，選擇兩處進(jìn)行三角高程跨河水準(zhǔn)測量，兩處跨河視線長度約為300 m，使用徠卡TS50全站儀進(jìn)行施測。

跨河點位于黃河兩岸，布設(shè)為平行四邊形，兩岸選擇穩(wěn)定、可靠處埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)石，同岸兩標(biāo)石間距約為20～30 m。點位布設(shè)如圖1、圖2所示：

圖1 閘基點普測（惠青浮橋處）跨河二等水準(zhǔn)點位布設(shè)示意圖

使用一臺測角精度為0.5″、測距精度為0.6 mm+1ppm的徠卡TS50全站儀配合與之配套的徠卡棱鏡進(jìn)行三角高程測量，以惠清浮橋為例簡述作業(yè)流程。

圖2 閘基點普測（建林浮橋處）跨河二等水準(zhǔn)點位布設(shè)示意圖

將儀器架設(shè)至某一個點上（F）,兩個棱鏡分別安置于北岸的E和南岸的G點處，用三角高程測量方法對E-G段高差進(jìn)行測量，豎直角和平距每一站分別進(jìn)行4個測回的測量，每站測量完成后應(yīng)計算豎盤指標(biāo)差和視距差是否超限，若無超限，則進(jìn)行下一站觀測。移動對岸的棱鏡至H點，按同樣的方法觀測E-H段高差。以此類推，進(jìn)行相關(guān)段落的高差測量。

同岸兩點（E-F、G-H）的高差采用DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行二等水準(zhǔn)測量。

每一段的高差分別安排上午和下午2個時段的觀測，每段高差均進(jìn)行同時段（不同時段）的對向觀測，外業(yè)觀測結(jié)束后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計算環(huán)閉合差。數(shù)據(jù)處理及精度分析，詳見表2。

表2 環(huán)閉合差計算及精度統(tǒng)計

表2中跨河水準(zhǔn)路線閉合差均符合限差要求，經(jīng)計算全中誤差為1.48 mm，小于二等水準(zhǔn)每公里全中誤差Mw=2.0 mm。

式中：Mw為每千米水準(zhǔn)測量全中誤差限值，mm；S為跨河視線長度，km。

從該項目觀測數(shù)據(jù)及計算成果可知，使用三角高程進(jìn)行跨河二等水準(zhǔn)測量的精度穩(wěn)定、可靠，能夠滿足國家一、二等水準(zhǔn)測量精度要求。

3 影響因素的減弱和消除

4 結(jié)語

三角高程跨河水準(zhǔn)測量的影響因素主要包含：測距中誤差mD、測角中誤差mα、儀器高量取中誤差mi、棱鏡高量取中誤差mυ、大氣垂直折光mk。

減弱或消除三角高程跨河水準(zhǔn)測量影響因素的措施：

1）減弱測距中誤差mD，可采取縮短視線長度，減小垂直角來減弱該誤差，測距中誤差相對較小，可忽略不計。

2）測角中誤差mα，是三角高程測量的主要誤差來源之一，可采用高精度測角儀器、在河道狹窄處進(jìn)行觀測、視線盡可能保持水平（減弱垂直誤差）、增加測回數(shù)。

3）消除儀器和棱鏡高的量取誤差，可采用雙棱鏡求高差無需量取儀器高、作業(yè)前對棱鏡高的高差進(jìn)行觀測、計算以此來消除此誤差。

4）大氣折光的影響，可采取以下措施來減弱：①嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定的時間（上午應(yīng)自日出后1 h起至中午前2 h止；下午自中午后2 h起至日落前1 h止）；②跨河水準(zhǔn)在氣溫變化較小、風(fēng)力微和的陰天進(jìn)行，觀測時應(yīng)對儀器打傘，避免陽光直射；③同一測段的高差應(yīng)在同一時段進(jìn)行對向觀測，取均值；④同一測段的測回數(shù)，上下午各占一半；⑤跨河視線不得通過草叢、干丘、沙灘的上方；⑥視線的高度應(yīng)滿足不低于2 m，當(dāng)大

本文對精密三角高程測量實現(xiàn)跨河二等水準(zhǔn)測量從理論上進(jìn)行了分析，并通過工程實踐進(jìn)行了驗證。在網(wǎng)形適當(dāng)、觀測合理、處理方法得當(dāng)?shù)那闆r下，精密三角高程測量可以達(dá)到國家二等水準(zhǔn)測量的精度，使用全自動、高精度全站儀進(jìn)行觀測除了使操作更加簡單外，還可提高三角高程測量的精度和實現(xiàn)長距離的跨河水準(zhǔn)測量。

[1]GB/T 12897-2006國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社出版，2006.

[2]張艷，高飛，李曉莉.應(yīng)用精密三角高程測量實現(xiàn)跨河水準(zhǔn)的研究.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報[J]，2007，（3）.

（責(zé)任編輯 遲明春）

P228.4

B

1009-6159（2016）-12-0031-02

2016-02-24

白懷明（1988—），男，助理工程師