高差閉合差超限問(wèn)題分析

史 曉 冬

(江蘇建科建設(shè)監(jiān)理有限公司，江蘇 南京　210019)

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·測(cè)量·

高差閉合差超限問(wèn)題分析

史 曉 冬

(江蘇建科建設(shè)監(jiān)理有限公司，江蘇 南京210019)

采用理論分析與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的方法，從儀器誤差、水準(zhǔn)點(diǎn)高程變動(dòng)、觀測(cè)誤差等方面，分析了高差閉合差超限的影響因素，并針對(duì)具體的影響因素，提出了解決措施，以消除誤差，解決超限問(wèn)題。

高差閉合差，測(cè)量數(shù)據(jù)，儀器誤差，水準(zhǔn)點(diǎn)，觀測(cè)誤差

在工程測(cè)量中，附合水準(zhǔn)測(cè)量是應(yīng)用比較廣泛的測(cè)量方法。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，必須保證高差閉合差滿足高差閉合差允許值，當(dāng)測(cè)量獲得的高差閉合差超過(guò)允許值時(shí)，即為閉合差超限問(wèn)題。目前，針對(duì)閉合差超限問(wèn)題的研究，主要有兩個(gè)方面：其一是，研究角度閉合差超限[1，2]；其二是，研究高差閉合差，而高差閉合差的超限研究甚少?，F(xiàn)有的文獻(xiàn)表明[3-5]：目前，對(duì)于高差閉合差超限問(wèn)題，采取的主要方法是進(jìn)行重新測(cè)量，即把超限的原因僅僅歸結(jié)為測(cè)量誤差；然而，進(jìn)行重新測(cè)量并不能有效的解決高差閉合差超限的問(wèn)題。同時(shí)，在測(cè)量誤差分析的文獻(xiàn)中[6，7]，僅僅提出了測(cè)量中產(chǎn)生誤差的因素，未就閉合差超限展開進(jìn)一步探討。故針對(duì)高差閉合差超限的問(wèn)題，需要進(jìn)行系統(tǒng)的分析，找到解決閉合差超限的具體方法。

1　高差閉合差超限的影響因素

根據(jù)該定義可知，是否超限取決于高差閉合差的大小，因此，可依據(jù)實(shí)測(cè)高差之和(∑h測(cè))與理論高差之和(∑h理)來(lái)確定影響超限的因素。

1.1儀器誤差

儀器誤差主要體現(xiàn)在i不為0造成的讀數(shù)誤差，即儀器的水準(zhǔn)管軸不平行于視準(zhǔn)軸。當(dāng)存在i時(shí)，實(shí)測(cè)的讀數(shù)與正確讀數(shù)存在誤差，這種誤差會(huì)導(dǎo)致閉合差的超限。

1.2水準(zhǔn)點(diǎn)高程變動(dòng)

水準(zhǔn)點(diǎn)高程變動(dòng)是指水準(zhǔn)點(diǎn)的實(shí)際高程與給定的理論高程之間的變動(dòng)。在實(shí)際測(cè)量中，臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置并不是很嚴(yán)格，加上施工原因，導(dǎo)致了其高程變動(dòng)，從而造成理論高差變化，這必定影響高差閉合差。

1.3觀測(cè)誤差

觀測(cè)誤差包括以下四個(gè)方面：水準(zhǔn)泡居中誤差、視差誤差、水準(zhǔn)尺傾斜誤差及估讀誤差。當(dāng)估讀誤差在規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，仍可以保證閉合差不超限。

2　高差閉合差的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與理論分析

2.1儀器誤差

1)測(cè)量。

針對(duì)儀器誤差，展開了多次測(cè)量，在測(cè)量之前，對(duì)水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行了聯(lián)測(cè)，消除水準(zhǔn)點(diǎn)高程變動(dòng)帶來(lái)的影響。測(cè)量的數(shù)據(jù)見圖1。

由圖1知，實(shí)測(cè)高差和閉合差均不滿足要求，且波動(dòng)較大，變化范圍為23 mm～55 mm，故可知，儀器誤差對(duì)閉合差超限具有較大影響。

2)理論分析。

針對(duì)儀器誤差，選擇測(cè)量中的一站進(jìn)行分析。當(dāng)高差變化Δh=(a-b)tani，高差閉合差也變化Δh，對(duì)于附合測(cè)量全線而言，高差閉合差變化了Δh=(a總-b總)tani。

由上述分析知，總前后視距差與i對(duì)高差閉合差影響較大，由于多次測(cè)量的總前后視距差是不同的，故所得的高差閉合差也是不同的，這是造成圖1中實(shí)測(cè)高差閉合差波動(dòng)的原因。

2.2水準(zhǔn)點(diǎn)高程變動(dòng)

1)測(cè)量。

針對(duì)水準(zhǔn)點(diǎn)的高程變動(dòng)，展開了多次測(cè)量，在測(cè)量之前，對(duì)儀器進(jìn)行校核，消除儀器誤差，測(cè)量的數(shù)據(jù)見圖2。 如圖所示，實(shí)測(cè)高差閉合差均不滿足要求。實(shí)測(cè)高差閉合差與允許閉合差相差不大，差值范圍為5 mm～9 mm，故可知，存在水準(zhǔn)點(diǎn)高程變動(dòng)時(shí)，高差閉合差具有規(guī)律性，數(shù)據(jù)波動(dòng)小。

2)理論分析。

針對(duì)水準(zhǔn)點(diǎn)高程變動(dòng)，根據(jù)高差閉合差定義進(jìn)行分析，令兩水準(zhǔn)點(diǎn)AB的高程給定，若水準(zhǔn)點(diǎn)B不穩(wěn)定，高程由b變?yōu)閎′，這就使得理論高差變化Δh=b′-b。當(dāng)b′，b一定時(shí)，Δh為定值，根據(jù)高差閉合差公式知，實(shí)測(cè)高差閉合差也是定值，由于估讀誤差會(huì)造成實(shí)測(cè)高差閉合差略有變動(dòng)，這闡明了圖2中實(shí)測(cè)高差閉合差數(shù)據(jù)接近的原因。

2.3觀測(cè)誤差

1)測(cè)量。

針對(duì)觀測(cè)誤差，進(jìn)行多次測(cè)量，測(cè)量之前，進(jìn)行儀器校核與水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)，消除儀器誤差與水準(zhǔn)點(diǎn)高程變動(dòng)帶來(lái)的影響。測(cè)量數(shù)據(jù)見圖3。

通過(guò)圖3知，除第2次的高差閉合差不滿足要求，后面6次全部滿足要求。這說(shuō)明：觀測(cè)誤差會(huì)造成閉合差超限，但可以通過(guò)重新測(cè)量，規(guī)范測(cè)量操作，避免觀測(cè)誤差的影響。

2)分析。

根據(jù)觀測(cè)誤差的形成機(jī)理知，其誤差主要來(lái)源于不規(guī)范的操作，例如水準(zhǔn)泡不居中、水準(zhǔn)尺傾斜等，故觀測(cè)誤差可以通過(guò)規(guī)范的測(cè)量避免，消除其對(duì)高差閉合差的影響。

3　影響因素的判定方法

根據(jù)圖1～圖3中的數(shù)據(jù)，結(jié)合理論分析，將會(huì)出現(xiàn)如下幾種情況：

1)重測(cè)之后，閉合差滿足要求，如圖3所示。這表明，測(cè)量過(guò)程中，觀測(cè)誤差造成了高差閉合差超限。

2)重測(cè)之后，閉合差仍不滿足要求，但實(shí)測(cè)的高差閉合差很接近，如圖2所示。這表明，水準(zhǔn)高程變動(dòng)造成高差閉合差超限。

3)重測(cè)之后，閉合差不滿足要求，實(shí)測(cè)閉合差也相差很大，如圖1所示。這表明，儀器誤差造成閉合差超限。

4　高差閉合差超限問(wèn)題的解決方法

解決高差閉合差超限問(wèn)題的關(guān)鍵在于影響因素的判定，然后針對(duì)具體影響因素，采取相應(yīng)的措施。

4.1儀器誤差

針對(duì)儀器誤差造成的高差閉合差超限，可以對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，消除儀器誤差對(duì)超限的影響，此處不再贅述。

表1　附合水準(zhǔn)路線數(shù)據(jù)

表2　附合水準(zhǔn)路線計(jì)算(重測(cè))

4.2水準(zhǔn)點(diǎn)高程變動(dòng)

對(duì)于水準(zhǔn)點(diǎn)高程變動(dòng)造成的超限問(wèn)題，可以采用水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)合測(cè)量的方法，重新確定水準(zhǔn)點(diǎn)的新高程，或者重新選擇新的水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

4.3觀測(cè)誤差

當(dāng)觀測(cè)造成高差閉合差超限時(shí)，在測(cè)量過(guò)程中，需要注意以下幾點(diǎn)：

1)使用雙面尺來(lái)提高測(cè)量的精度和準(zhǔn)確性;

2)測(cè)量的過(guò)程中保證尺子不傾斜，水準(zhǔn)尺上的氣泡居中；

3)測(cè)量的過(guò)程盡量保證前后視距相等，可以有效的減少外界環(huán)境對(duì)觀測(cè)的影響。

5　工程實(shí)例

5.1工程概況

本工程為廣東省佛山市順德區(qū)某公路工程，具體樁號(hào)K3+200～K6+795.119，路線全長(zhǎng)3.595 2 km。

5.2測(cè)量與分析

采用了附合水準(zhǔn)測(cè)量的方法，路段選擇K3段約1 km，已知點(diǎn)BM1和BM2的高程分別為7.887 m和3.793 m。通過(guò)計(jì)算，fh允=±20 mm，fh=-28 mm，則高差閉合差超過(guò)允許值。根據(jù)規(guī)定，進(jìn)行重測(cè)，重測(cè)后fh=-27 mm，但高差閉合差仍不符合要求，測(cè)量數(shù)據(jù)見表1，表2。

通過(guò)分析兩組數(shù)據(jù)知，兩組數(shù)據(jù)的高差閉合差很接近，都是-28 mm左右，推測(cè)是水準(zhǔn)點(diǎn)高程變動(dòng)導(dǎo)致閉合差超限。測(cè)量計(jì)算發(fā)現(xiàn)：兩水準(zhǔn)點(diǎn)高差為4 110 mm，理論高差為4 094 mm，高差變化了16 mm，進(jìn)一步證明水準(zhǔn)點(diǎn)的高程發(fā)生了變化。通過(guò)聯(lián)測(cè)發(fā)現(xiàn)BM1的高程不變，BM2變成3.777 m。利用以上最新水準(zhǔn)點(diǎn)高程，計(jì)算表2中的高差閉合差fh=-9 mm滿足允許閉合差，驗(yàn)證了方法的有效性。

6　結(jié)語(yǔ)

1)在測(cè)量過(guò)程中，遇到高差閉合差超限的情況，首先應(yīng)該考慮觀測(cè)誤差，其次考慮儀器誤差，最后考慮水準(zhǔn)點(diǎn)的高程誤差。

2)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與理論分析知，當(dāng)存在儀器誤差時(shí)，實(shí)測(cè)高差閉合差沒有規(guī)律性，波動(dòng)較大，且數(shù)據(jù)均超限；當(dāng)存在水準(zhǔn)點(diǎn)高程變動(dòng)時(shí)，實(shí)測(cè)高差閉合差有規(guī)律性，波動(dòng)較小，數(shù)據(jù)較為接近，且數(shù)據(jù)均超限；當(dāng)存在觀測(cè)誤差時(shí)，實(shí)測(cè)高差閉合差除初次測(cè)量超限外，其余均滿足要求。

3)閉合差超限，應(yīng)進(jìn)行二次測(cè)量，若第二次測(cè)量滿足高差允許值，表明超限是由觀測(cè)誤差造成。反之，超限由水準(zhǔn)點(diǎn)的高程誤差造成。

[1]熊梅,肖金貴,鐘宏.工程測(cè)量復(fù)合導(dǎo)線的角度閉合差計(jì)算分析[J].西華大學(xué)學(xué)報(bào),2005,24(4):95-96.

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Analysis on exceeding problem of height difference closed difference

Shi Xiaodong

(JiangsuJiankeConstructionSupervisionLimitedCompany,Nanjing210019,China)

This paper used the theoretical analysis and field measurement method, from the instrument error, benchmark elevation change, observation error and other aspects, analyzed the influence factors of height difference closed difference, and according to specific influence factors, put forward solved measures, in order to eliminate the exceeding problem.

height difference closed difference, measurement data, instrument error, benchmark, observation error

1009-6825(2016)19-0200-03

2016-04-24

史曉冬(1989- )，男，助理工程師

TU198

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