三角高程測量在跨水域高程傳遞中的應(yīng)用

高振斌,劉夙睿,王 偉,畢 博

(1.黃河口水文水資源勘測局,山東 東營 257091;2.黃委濟(jì)南勘測局,山東 濟(jì)南 205100)

三角高程測量在跨水域高程傳遞中的應(yīng)用

高振斌1,劉夙睿1,王 偉1,畢 博2

(1.黃河口水文水資源勘測局,山東 東營 257091;2.黃委濟(jì)南勘測局,山東 濟(jì)南 205100)

跨水域高程傳遞是黃河口及沿海觀測研究中的重要基礎(chǔ)性工作,文中依據(jù)國家相關(guān)規(guī)范的要求,提出了利用改進(jìn)的三角高程法進(jìn)行跨水域高程傳遞.經(jīng)過在實(shí)際工作中驗(yàn)證,測量精度能夠滿足國家二等水準(zhǔn)所規(guī)定的精度,工作流程也得到了簡化,作業(yè)效率得以提高.

三角高程;跨水域高程傳遞;對向觀測;黃河口

1 概述

在黃河河口測量工作中,因黃河河口工農(nóng)漁業(yè)發(fā)展的因素,特別是受石油工業(yè)的影響,使黃河兩岸高等級水準(zhǔn)點(diǎn)產(chǎn)生不均勻沉陷,使得黃河兩岸的高程成果發(fā)生變化,影響高程傳遞工作的精度;加之黃河河口河面寬淺、汊溝遍布、蘆葦叢生、淤泥松軟,無法使用常規(guī)水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行左右岸高等級水準(zhǔn)點(diǎn)的聯(lián)測,應(yīng)用精密三角高程測量方法進(jìn)行跨水域高程傳遞,解決了上述難題,成為黃河口地區(qū)高程傳遞的一個(gè)有效手段.

2 精密三角高程測量原理

眾所周知,三角高程測量法是跨海高程傳遞中相對普遍采用的方法,其核心原理是憑借已知高程點(diǎn)利用全站儀對目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行觀測,得到目標(biāo)點(diǎn)的豎直角和水平距離,并據(jù)此推算兩點(diǎn)間的高差,以實(shí)現(xiàn)高程傳遞.

在起始觀測站和終了觀測站上的觀測高差,計(jì)算公式應(yīng)為:

3 測量方案

3.1 點(diǎn)位布設(shè)

試驗(yàn)選取黃河口附近需推算高程的汊河設(shè)置觀測點(diǎn),布設(shè)如下圖所示.在測站S1和S2之間選擇1點(diǎn)、2點(diǎn)、3點(diǎn)等三個(gè)臨時(shí)點(diǎn)(見圖1),作為全站儀設(shè)站點(diǎn)的具體要求為:

1點(diǎn)至S1點(diǎn)之間的距離及3點(diǎn)至S2點(diǎn)之間的距離范圍為5～20 m;1點(diǎn)至2點(diǎn)之間作為對向觀測邊,為了讓對向觀測邊成為偶數(shù),故確定2點(diǎn)至3點(diǎn)作為過渡的對向觀測邊;特別是1,2點(diǎn)之間應(yīng)通視良好,儀器架設(shè)在地勢較高的地方,視線應(yīng)高于水面10m以上.

圖1 點(diǎn)位布設(shè)圖

3.2 儀器選擇及安裝

根據(jù)(2)、(3)式可知,該方法高程測量的精度取決于對向觀測的平距值SAB及豎直角觀測值的觀測精度,由于跨水域高程傳遞中豎直角微小,SAB的精度易控制在1 cm以內(nèi),故豎直角的觀測精度成為影響該方法高程傳遞測量的精度的主要因素.測角精度為±0.5"的高精度智能全站儀作為這次試驗(yàn)的觀測儀器,能夠滿足測角精度要求.

3.3 觀測方案

這次測量方案采用TM30的ATR功能,自動照準(zhǔn)測量方式.為滿足觀測精度,根據(jù)不同的氣象條件制訂對應(yīng)的對向觀測方法,當(dāng)天氣晴朗,能見度高,水汽較少,氣象條件穩(wěn)定時(shí),上午一個(gè)觀測時(shí)段觀測,每個(gè)時(shí)段設(shè)置8個(gè)組對向觀測,每組4個(gè)測回,共觀測9組(最先觀測多觀測1組),全天共觀測18組.當(dāng)天氣陰沉,能見度一般,水汽較重,氣象條件不穩(wěn)定時(shí),分上下午兩個(gè)觀測時(shí)段觀測,每個(gè)時(shí)段設(shè)置4個(gè)組對向觀測,每組4個(gè)測回,共觀測9組(最先觀測多觀測1組),全天觀測17組.

此外,為了減小測角中誤差,一般采用多測回的方向法,實(shí)際觀測中每組4測回,保證每組的測角中誤差都在0.5"以內(nèi).

起點(diǎn)觀測:全站儀架設(shè)在1點(diǎn)上,棱鏡架設(shè)在S1點(diǎn)上,每時(shí)段觀測并記錄一組平距及豎直角數(shù)據(jù).注意,在測距前需觀測氣溫與氣壓.

跨水(河、溝)段測量:跨水(河、溝)段對向觀測時(shí)應(yīng)采用距離與豎直角分測的方式進(jìn)行.在每個(gè)測量時(shí)段開始前及結(jié)束后進(jìn)行距離測量,采用正倒鏡測量方式,取前后8次測量的平均值.

過渡邊的對向觀測要求:將1點(diǎn)上的全站儀搬到3點(diǎn)架設(shè),進(jìn)行2點(diǎn)、3點(diǎn)之間的對向觀測,觀測4個(gè)測回,共觀測8個(gè)測回.變換儀器高后,再進(jìn)行2、3點(diǎn)的返測.

末點(diǎn)觀測:將立于S1上的棱鏡桿移到S2上立好,且需保持棱鏡高度不變,在3點(diǎn)上對S2進(jìn)行數(shù)據(jù)采集.之后在進(jìn)行3點(diǎn)到2點(diǎn)的過渡邊對向觀測,完成后變化儀器高,進(jìn)行3點(diǎn)、S2點(diǎn)的返測.

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與觀測精度統(tǒng)計(jì)

4.1 限差分析

查閱GB/T12897-2006《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定,二等水準(zhǔn)測量的每千米中誤差Mω為2 mm,跨水(河、溝)距離總長為L,其高差中誤差需不大于:

用8組測量數(shù)據(jù)的平均值,控制各組測量中誤差不大于:

每兩組之間允許中誤差為:

4.2 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)得到的兩組跨水(河、溝)段高程傳遞觀測數(shù)據(jù),將測段一和測段二的觀測數(shù)據(jù)列于表1.其中測段一的觀測模式為一個(gè)時(shí)段數(shù)據(jù),測段二的數(shù)據(jù)為分一天中上、下午兩個(gè)時(shí)段觀測模式統(tǒng)計(jì)所得.

表1 高差觀測數(shù)據(jù)

測段一的長度為2.469 km,8組高差平均值為-3.449 0 m;測段二的長度為1.818 km,8組高差平均值為5.251 1 m,根據(jù)(4)式--(6)式計(jì)算各項(xiàng)限差與實(shí)際值比較,如表2所示.

表2 限差與實(shí)際比較mm

5 結(jié)語

文中針對黃河三角洲地區(qū)寬水域河溝較多、常規(guī)水準(zhǔn)測量不能滿足高精度高程傳遞的實(shí)際,引進(jìn)精密三角高程測量并加以改進(jìn).其實(shí)質(zhì)是對精密三角高程測量考慮運(yùn)用一種線性觀測結(jié)構(gòu),同時(shí)選用高精度自動觀測儀器進(jìn)行相對嚴(yán)格的對向觀測,減弱了大氣折光的影響,采用偶數(shù)站測量方式,避免了量取儀器高和站標(biāo)高的環(huán)節(jié),減小了工作量,作業(yè)效率得到提升.該方法經(jīng)多次試驗(yàn)分析后,可滿足二等水準(zhǔn)測量規(guī)范的精度要求,解決了實(shí)際生產(chǎn)需要.

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TV221.1 < class="emphasis_bold">[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B

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