在喀斯特地形實(shí)施首級(jí)控制網(wǎng)水準(zhǔn)測(cè)量的方法探討

孫小鵬　魯勇奇

1 引言

地球表面是高低起伏很不規(guī)則，要確定地面點(diǎn)的空間位置，除了確定其平面位置外，還要確定其高程。測(cè)定地面點(diǎn)的高程方法主要有，水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量和物理高程測(cè)量三種。

在喀斯特地區(qū)實(shí)施高程測(cè)量，受地形地貌條件的限制，三角高程測(cè)量和物理高程測(cè)量這兩種方法簡(jiǎn)單易于實(shí)施，但精度偏低，通常只能達(dá)到三、四等水準(zhǔn)精度；水準(zhǔn)測(cè)量雖然在喀斯特地形條件下難以實(shí)施，但其精度高，為給類(lèi)任務(wù)高程控制網(wǎng)可以提供準(zhǔn)確高精度的數(shù)據(jù)。本文主要介紹在喀斯特地區(qū)實(shí)施水準(zhǔn)測(cè)量的方法。

2 水準(zhǔn)測(cè)量基本原理

水準(zhǔn)測(cè)量的基本原理是利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線，觀測(cè)垂直豎立在兩點(diǎn)上的水準(zhǔn)標(biāo)尺，以測(cè)定兩點(diǎn)間的高差，進(jìn)而求得待定高程的方法。如圖1所示。

通過(guò)圖1可以看出，若要測(cè)定A、B兩點(diǎn)之間的高差，則須在A、B兩點(diǎn)上分別垂直豎立水準(zhǔn)標(biāo)尺，在A、B兩點(diǎn)中間安置水準(zhǔn)儀，用儀器的水平視線分別在A、B兩點(diǎn)的標(biāo)尺上讀得分劃數(shù)a和b，則A、B兩點(diǎn)間的高差為：

（2-1）

若水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)沿著A到B得方向前進(jìn)，則A點(diǎn)稱(chēng)為后視點(diǎn)，其豎立的標(biāo)尺為后視標(biāo)尺，讀數(shù)值a稱(chēng)為后視讀數(shù)；B點(diǎn)稱(chēng)為前視點(diǎn)，其豎立的標(biāo)尺稱(chēng)為前視標(biāo)尺，讀數(shù)值b稱(chēng)為前視讀數(shù)。因此，公式（2-1）若用文字表達(dá)，即為：兩點(diǎn)間的高差等于后視讀數(shù)減去前視讀數(shù)。如果A點(diǎn)的高程為HA為已知，則B點(diǎn)的高程為：

（2-2）

同樣，在B，C，D，E等點(diǎn)豎立標(biāo)尺，讀數(shù)標(biāo)尺讀數(shù)為b，c，d，e，可以計(jì)算出B，C，D，E各點(diǎn)的高程。

3 水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施方法

在喀斯特地區(qū)建立首級(jí)控制網(wǎng)，要考慮地形地貌的影響和精度等因素，所以實(shí)施水準(zhǔn)測(cè)量比較困難。為達(dá)到高精度的要求，可以采用靈活多變的水準(zhǔn)測(cè)量方法來(lái)實(shí)施。

3.1水準(zhǔn)路線

受地形條件的限制，假如A1、A2兩個(gè)控制點(diǎn)水準(zhǔn)路線間高差特別大，高差與路線長(zhǎng)幾乎達(dá)到了1：1的比例，A3、A4整體相對(duì)平緩，個(gè)別路段情況與A1、A2完全相同，四個(gè)控制點(diǎn)無(wú)法直接布設(shè)成閉合環(huán)并同時(shí)進(jìn)行往、返觀測(cè)。為便于減少可能因數(shù)據(jù)質(zhì)量引起的重測(cè)工作，可以采取分段測(cè)量的手段：

①在至A1點(diǎn)方向水準(zhǔn)路線上增加兩個(gè)間歇點(diǎn)；

②在至A2點(diǎn)方向水準(zhǔn)路線上增加一個(gè)間歇點(diǎn)；

③在至A4點(diǎn)方向水準(zhǔn)路線上增加三個(gè)間歇點(diǎn)；

④各控制點(diǎn)通過(guò)建立A臨公共點(diǎn)聯(lián)接。

在測(cè)量過(guò)程中，所有間歇點(diǎn)應(yīng)建在穩(wěn)固牢靠的基巖上，各控制點(diǎn)通過(guò)上述間歇點(diǎn)分為若干測(cè)段，各測(cè)段均進(jìn)行往、返觀測(cè)。在計(jì)算時(shí)，既可以按支水準(zhǔn)路線直接計(jì)算任意兩控制點(diǎn)間的高差。

3.2 水準(zhǔn)儀的選用

目前我國(guó)所使用的水準(zhǔn)儀主要分為光學(xué)水準(zhǔn)儀和電子水準(zhǔn)儀兩大類(lèi)，隨著測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展和用于測(cè)量的儀器不斷更新，電子水準(zhǔn)儀成為市場(chǎng)上主流儀器（水準(zhǔn)儀的分類(lèi)詳見(jiàn)表1）。

由于首級(jí)控制網(wǎng)對(duì)精度的要求高，所以本文選用適宜一、二等水準(zhǔn)測(cè)量的高精度自動(dòng)安平數(shù)字水準(zhǔn)儀拓普康DL-101C，配合3m銦瓦鋼尺進(jìn)行。

3.3 水準(zhǔn)觀測(cè)

由于喀斯特地貌屬于亞熱帶地區(qū)，陰雨天氣較多，所以日間氣溫變化較小，成像清晰有利于水準(zhǔn)作業(yè)，各測(cè)段往、返測(cè)可別在上午和下午進(jìn)行；水準(zhǔn)路線均為喀斯特地質(zhì)，標(biāo)尺大部分可架設(shè)于穩(wěn)固的巖石尖，土質(zhì)較軟時(shí)全部可采用重1.5Kg、0.25m長(zhǎng)實(shí)心鋼質(zhì)尺樁，有利于提高測(cè)量精度。

按《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》（GB/T12897-2006）要求：在設(shè)站時(shí)，視線長(zhǎng)度可設(shè)為1.9m～25m，前后視距差≤1.0m，任一測(cè)站上前后視距差累積≤2.0m，視線高度一般為0.5m～2.8m，前、后視讀數(shù)均為2次，且全部讀數(shù)限差≤0.1mm。間歇點(diǎn)全部采用牢固的基巖石尖頂。

DL-101C電子水準(zhǔn)儀的讀數(shù)方法為相位法，標(biāo)尺為條碼銦瓦標(biāo)尺，它提供了三種線路水準(zhǔn)測(cè)量模式：后-前-前-后、后-后-前-前、后-前，在測(cè)量時(shí)可采用 “后-前-前-后”測(cè)量模式。

3.4 水準(zhǔn)觀測(cè)值

通過(guò)測(cè)量小組分別于對(duì)測(cè)區(qū)A1、A2、A3、A4四個(gè)控制點(diǎn)的觀測(cè)，以A臨點(diǎn)為聯(lián)接點(diǎn)進(jìn)行了支線水準(zhǔn)測(cè)量。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)上述測(cè)區(qū)首級(jí)控制網(wǎng)的觀測(cè)，我們可以得出，在地形條件復(fù)雜的喀斯特地區(qū)實(shí)施高精度的水準(zhǔn)測(cè)量是可行的，其水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)往、返測(cè)高差不符值最大值為1.27mm（平差后<1mm），因此，水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)具備較高的可信度。