區(qū)域精密水準(zhǔn)路線路面情況對(duì)觀測(cè)精度的影響分析

王偉超

摘 要：區(qū)域精密水準(zhǔn)觀測(cè)路線一般沿道路布設(shè)，這是工作觀測(cè)測(cè)量中不可避免的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以表明，觀測(cè)路線的地面情況有一定的影響，本課題就研究于地面情況水泥以及柏油情況進(jìn)行分析比對(duì)，選取了2017年從甘肅，陜西關(guān)中環(huán)，寧夏等多個(gè)地方水準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，分析不同路面情況對(duì)研究成果的影響程度，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：地震監(jiān)測(cè)；精密水準(zhǔn)測(cè)量；路面情況；分析處理

中圖分類(lèi)號(hào)：P209 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）32-0049-03

Abstract： The regional precise leveling observation route is generally laid along the road， which is an inevitable problem in the work observation and survey. Experimental data show that the observation line of the ground conditions have a certain impact. This paper studies the situations with cement ground and tar ground， makes an contrastive analysis， and the data selected from Gansu， central Shaanxi， Ningxia and other places in 2017 are analyzed synthetically. Then， the influence degree of different pavement conditions on the research results is analyzed， and the corresponding improvement suggestions are put forward.

Keywords： seismic monitoring； precise leveling； pavement condition； analysis and processing

引言

在目前的地震監(jiān)測(cè)中，獲得測(cè)量數(shù)據(jù)的手段多種多樣，其中包括精密水準(zhǔn)測(cè)量，GPS測(cè)量，InSAR測(cè)量等。精密水準(zhǔn)測(cè)量作為傳統(tǒng)的測(cè)繪手段，目前在工程測(cè)量、變形監(jiān)測(cè)、地震監(jiān)測(cè)等各個(gè)行業(yè)中發(fā)揮著重要的作用。尤其對(duì)于精密水準(zhǔn)測(cè)量，影響精度的原因多種多樣，比如說(shuō)儀器誤差、觀測(cè)誤差、人為誤差還有外部環(huán)境誤差，而外部環(huán)境誤差其中就包括了地面情況等多種因素導(dǎo)致。

區(qū)域水準(zhǔn)是地震監(jiān)測(cè)、地殼形變研究的重要手段之一。區(qū)域精密水準(zhǔn)具有涉及測(cè)區(qū)范圍廣、觀測(cè)周期長(zhǎng)、測(cè)線情況復(fù)雜等特點(diǎn)。這么多特點(diǎn)里面，測(cè)線的路面情況在一定程度上會(huì)影響觀測(cè)成果，在日常的精密水準(zhǔn)測(cè)量工作中不可避免的就是測(cè)量處于柏油路面以及水泥路面的情況。本文利用多年區(qū)域精密水準(zhǔn)觀測(cè)數(shù)據(jù)，在統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上分析路面情況對(duì)觀測(cè)成果的影響，為精密水準(zhǔn)觀測(cè)及數(shù)據(jù)分析科研提供參考。

在自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀為基礎(chǔ)上，電子水準(zhǔn)儀在望遠(yuǎn)鏡光路中增加了分光鏡和探測(cè)器（CCD），并采用條碼式因瓦標(biāo)尺和圖象處理電子系統(tǒng)二構(gòu)成的光機(jī)電測(cè)一體化的高科技產(chǎn)品。自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀使用時(shí)，也可以用普通標(biāo)尺。它與傳統(tǒng)水準(zhǔn)儀器相比有以下特點(diǎn)：（1）讀數(shù)相對(duì)客觀。不存在誤差、誤記等問(wèn)題，沒(méi)有人為讀數(shù)誤差。（2）精度高。視線高和視距讀數(shù)都是采用大量條碼分劃圖象經(jīng)處理后取幾次數(shù)據(jù)平均得出來(lái)的，因此削弱了標(biāo)尺分劃誤差的影響。多數(shù)水準(zhǔn)儀器都有進(jìn)行多次讀數(shù)取平均的功能，可以削弱外界條件影響。不熟練的作業(yè)人員也相對(duì)比較容易進(jìn)行高精度測(cè)量。（3）速度快。由于省去了報(bào)數(shù)、聽(tīng)記、現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算的時(shí)間以及人為出錯(cuò)的重測(cè)數(shù)量，測(cè)量時(shí)間與傳統(tǒng)儀器相比可以節(jié)省1/3左右，大大減少了工作時(shí)間。（4）效率高。只需調(diào)焦和按鍵就可以自動(dòng)讀數(shù)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。視距還能自動(dòng)記錄，檢核，處理并能輸入電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行后處理，可實(shí)線內(nèi)外業(yè)一體化，這樣會(huì)使工作效率提升不少。

1 區(qū)域精密水準(zhǔn)測(cè)量概況

本文數(shù)據(jù)主要來(lái)自中國(guó)地震局第二監(jiān)測(cè)中心區(qū)域精密水準(zhǔn)觀測(cè)結(jié)果，以“地震行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)”作為依托，選取2017年一期數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。研究區(qū)域包括了甘肅、陜西關(guān)中、寧夏等地，地震監(jiān)測(cè)任務(wù)中區(qū)域水準(zhǔn)測(cè)量嚴(yán)格按照《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》等要求測(cè)量，采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，主要使用用于一等精密水準(zhǔn)測(cè)量的電子數(shù)字水準(zhǔn)儀（DINI03）以及條碼式因瓦標(biāo)尺。數(shù)據(jù)記錄采用地震科技星火公關(guān)項(xiàng)目研發(fā)的水準(zhǔn)測(cè)量外業(yè)手簿以及軟件，有效保證了工作以及成果的質(zhì)量。

在外業(yè)出測(cè)前，會(huì)有一項(xiàng)必不可少的便是儀器以及尺子的檢查，對(duì)以后的測(cè)量成果有著很重要的影響，那么儀器檢查有以下幾項(xiàng)：（1）水準(zhǔn)儀的檢視；（2）水準(zhǔn)儀上概略水準(zhǔn)器的檢校；（3）水準(zhǔn)儀視線觀測(cè)中誤差的測(cè)定；（4）自

動(dòng)安平水準(zhǔn)儀補(bǔ)償誤差的測(cè)定；（5）十字絲的檢校；（6）i角的檢驗(yàn)與校正；（7）數(shù)字水準(zhǔn)儀視線距離測(cè)量誤差的檢驗(yàn)；（8）水準(zhǔn)標(biāo)尺的檢視；（9）水準(zhǔn)標(biāo)尺上圓水準(zhǔn)器安置正確性的檢驗(yàn)與校正；（10）水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃面彎曲差（失距）的測(cè)定；（11）一對(duì)水準(zhǔn)標(biāo)尺零點(diǎn)不等差的測(cè)定；（12）水準(zhǔn)標(biāo)尺中軸線與標(biāo)尺底面垂直性的測(cè)定；（13）水準(zhǔn)標(biāo)尺名義米長(zhǎng)及分劃偶然中誤差的測(cè)定；（14）水準(zhǔn)儀調(diào)焦透鏡運(yùn)行誤差的測(cè)定；（15）測(cè)站高差觀測(cè)中誤差和豎軸誤差的測(cè)定。

水準(zhǔn)觀測(cè)采用特制的鐵質(zhì)錐型尺樁作為轉(zhuǎn)點(diǎn)尺承，重約0.5公斤或采用特制的鐵質(zhì)圓型尺臺(tái)作為轉(zhuǎn)點(diǎn)尺承，重約5公斤。

注意事項(xiàng)：

精密水準(zhǔn)測(cè)量外業(yè)測(cè)量、記錄、檢核和計(jì)算時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）在水準(zhǔn)點(diǎn)（包括已知點(diǎn)或待定點(diǎn)）上立尺時(shí)，不得放置尺墊；水準(zhǔn)尺應(yīng)立直，不能左右傾斜，更不能前后俯仰。

（2）在一測(cè)站完成后，觀測(cè)員未遷站之前，后視點(diǎn)尺墊不能移動(dòng)；栽轉(zhuǎn)站過(guò)程中，上一站前視立尺的尺墊應(yīng)嚴(yán)格保持不動(dòng)。

（3）每個(gè)測(cè)站前視距離和后視距離應(yīng)盡量相等。當(dāng)前視、后視的累計(jì)視距相差較大時(shí)，可在下個(gè)一測(cè)站適當(dāng)調(diào)整前視、后視距，以縮小累計(jì)視距差。

（4）外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)用鉛筆記錄在手簿中，數(shù)字應(yīng)端正、整潔、清晰。在記錄計(jì)算時(shí)應(yīng)帶上正負(fù)號(hào)。對(duì)于中絲讀數(shù)，要求讀記四位數(shù)，前后的零都要讀記；記錄手簿中的各項(xiàng)內(nèi)容，包括觀測(cè)值、記錄者、測(cè)量日期、時(shí)間、天氣及儀器型號(hào)都要寫(xiě)得清清楚楚。

2 區(qū)域精密水準(zhǔn)資料處理

常規(guī)情況來(lái)看，統(tǒng)計(jì)的區(qū)域精準(zhǔn)水準(zhǔn)資料數(shù)據(jù)量較大，為了有效剔除數(shù)據(jù)處理過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，把原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)解密用軟件形成觀測(cè)手簿，接下來(lái)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正，主要包括尺長(zhǎng)改正、正高改正和重力改正，并且生產(chǎn)水準(zhǔn)高差表。最后通過(guò)觀測(cè)條件對(duì)樣本篩選可以得到對(duì)應(yīng)的高差表統(tǒng)計(jì)并且運(yùn)用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法分析結(jié)果。

但是因?yàn)榫芩疁?zhǔn)數(shù)據(jù)量太大，中間會(huì)出現(xiàn)很多偶然誤差，比如人為因素等影響結(jié)果，所以為了減少這種偶然誤差，從而讓結(jié)果更加精準(zhǔn)，會(huì)從不同角度去分析觀測(cè)成果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

由于精密水準(zhǔn)測(cè)量誤差的存在，水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)際高差和理論值往往不一樣，其差值統(tǒng)稱(chēng)為水準(zhǔn)路線的高差閉合差，通常用fh表示。

式中L的為水準(zhǔn)路線總長(zhǎng)度，以千米為單位。

除此以外，（1）檢測(cè)已測(cè)測(cè)段高差之差的限差，對(duì)單程檢測(cè)或往返檢測(cè)均適用，檢測(cè)測(cè)段長(zhǎng)度小于1km時(shí)，按1km計(jì)算。檢測(cè)測(cè)段兩點(diǎn)間距離不宜小于1km。（2）水準(zhǔn)環(huán)線由不同等級(jí)路線構(gòu)成時(shí)，環(huán)線閉合差的限差，應(yīng)按各等級(jí)路線長(zhǎng)度及其限差分別計(jì)算，然后取其平方和的平方根為限差。（3）當(dāng)連續(xù)若干測(cè)段的往返測(cè)高差不符值保持同一符號(hào)，且大于不符值限差的20%時(shí)，則在以后各測(cè)段的觀測(cè)中，除酌量縮短視線外，還應(yīng)加強(qiáng)儀器隔熱和防止尺臺(tái)位移等措施。（4）在一等水準(zhǔn)測(cè)量中，儀器距離每邊尺子不得大于30米不得小于4米距離。

3 關(guān)于地面情況影響分析

水準(zhǔn)路線的布設(shè)方向一般有國(guó)道、省道、鄉(xiāng)道等一系列情況，地形也不完全相同，其中就有2大類(lèi)為主。第一是水泥路面，第二就是柏油路面，影響這些因素的有溫度高低，利用測(cè)段測(cè)線形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從從事多年工作的經(jīng)驗(yàn)以及各種數(shù)據(jù)表明，可以看出，分析的地方覆蓋了很多地方。

由于天氣溫度的影響，類(lèi)似當(dāng)天艷陽(yáng)高照溫度達(dá)到很高的情況下，水泥路面不會(huì)因?yàn)闇囟雀叨某伤嗦访娴淖兓?，不管下雨不下雨，這個(gè)水泥路面因?yàn)橛不?，所以尺臺(tái)放上去必然會(huì)上彈，所以一段測(cè)量下來(lái)，不符值肯定會(huì)受到影響。而柏油更加不同，當(dāng)溫度升高的情況下，柏油路面會(huì)軟化，尺臺(tái)放下去的時(shí)候，會(huì)造成不同程度的下沉，遇到這樣的情況，測(cè)量出來(lái)的數(shù)值肯定也會(huì)受影響。其次，當(dāng)柏油路面測(cè)量到一半的情況下，如果遇到突發(fā)情況比如降雨，這樣會(huì)終止測(cè)量，第二天再去測(cè)量的話(huà)，可能會(huì)對(duì)最后的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生巨大的影響。

水泥路面因?yàn)榕既坏倪@些因素，尺臺(tái)放到地面上去會(huì)上彈，所以可能出來(lái)的不符值很有可能是偏小，所以出負(fù)值的情況居多。但是柏油路面因?yàn)闇囟鹊挠绊懀吲_(tái)放上去可能會(huì)下沉，所以數(shù)值會(huì)偏大，就是說(shuō)數(shù)值偏大，所以出正直情況居多。

從上而說(shuō)，這只是影響的一種因素，還有一些偶然因素會(huì)影響著觀測(cè)質(zhì)量，也就是說(shuō)尺子氣泡的對(duì)中情況還有扶尺人扶尺的用力大小以及觀測(cè)員觀測(cè)期間是不是氣泡穩(wěn)定居中。尺子氣泡的居中和觀測(cè)員儀器氣泡對(duì)中情況會(huì)影響觀測(cè)成果，可能會(huì)讓本來(lái)成果偏小的變大，讓本來(lái)成果偏大的變小。扶持人的用力大小可能會(huì)造成對(duì)尺子的壓力，因而會(huì)轉(zhuǎn)化成對(duì)地方的壓力，就用柏油路面來(lái)說(shuō)，本來(lái)柏油路面，很有可能造成本來(lái)可能下沉的路面再一次下沉，本來(lái)偏大的數(shù)值更加偏大。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)測(cè)線布設(shè)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，得出以下幾個(gè)結(jié)論：

（1）多種因素考慮后，實(shí)際分析可以得到，在電子水準(zhǔn)儀觀測(cè)的情況下，從數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，柏油路面不符值數(shù)值都是偏大，而水泥路面不符值數(shù)值都是偏小。

（2）在溫度不高的情況下，柏油路面對(duì)觀測(cè)結(jié)果不符值影響不大并且觀測(cè)成果更趨于穩(wěn)定，而水泥路面不管什么情況，觀測(cè)成果依然偏小。

（3）我們?cè)跍y(cè)量過(guò)程中，如果不可避免遇到柏油路面的話(huà)，在溫度比較高，柏油比較軟的路面，我們?yōu)榱颂岣呔?，可以把尺臺(tái)放在柏油路面，等尺子放好一段時(shí)間后穩(wěn)定再測(cè)量，這樣測(cè)量出來(lái)的不符值就可以減小尺臺(tái)下沉對(duì)測(cè)量精度的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]包民先，殷忠.DiNi12數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行基坑監(jiān)測(cè)的技術(shù)指標(biāo)探討及應(yīng)用[J].測(cè)繪工程，2011，20（6）：57-60.

[2]任朝生.正常水準(zhǔn)不平行改正計(jì)算應(yīng)注意的問(wèn)題[J].礦山測(cè)量，1990，10（3）：55-23.

[3]王永尚，肖學(xué)年.數(shù)字水準(zhǔn)儀的原理及誤差分析[J].四川測(cè)繪，2000，23（4）：168-169.

[4]張莉，齊維軍，方愛(ài)平，等.數(shù)字水準(zhǔn)儀誤差源及檢定方法初探[J].測(cè)繪通報(bào)，2005（9）：56-57.

[5]王攀.深入探討精密水準(zhǔn)測(cè)量中的誤差[J].科技資訊，2009，11（7）：107.

[6]郭寶震.區(qū)域精密水準(zhǔn)路線布設(shè)方向?qū)τ^測(cè)精度的影響分析[J]. 震災(zāi)防御技術(shù)，2016.

[7]中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 12897-2006.國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[8]王峰，劉廣寬，李偉，等.南京臺(tái)數(shù)字水準(zhǔn)儀往返觀測(cè)誤差分析[J].四川測(cè)繪，2007，23（4）：168-169.

[9]張新華，陳菁，陶鐘博，等.降低水準(zhǔn)觀測(cè)誤差途徑的研究[J].測(cè)繪工程，2014（10）：29.

[10]王建華，王雄，胡亞軒，等.精密水準(zhǔn)測(cè)量中的重力異常改正[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2009，29（2）：57-60.

[11]孫啟凱，池國(guó)民，許明遠(yuǎn)，等.地震監(jiān)測(cè)中環(huán)境因素對(duì)精密水準(zhǔn)觀測(cè)影響分析[J].震災(zāi)防御技術(shù)，2016.

[12]梁振英，牟秀珍，李明.論精密水準(zhǔn)測(cè)量的誤差傳播精度估計(jì)和質(zhì)量控制[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，1997，26（3）：200-206.