一種采用搭建腳手架實現(xiàn)CORS觀測墩水準高引測的方法

陳振防

（1.同濟大學測繪與地理信息學院，上海200092；2.嘉興市規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，浙江 嘉興314000）

1 引言

嘉興市是中國共產(chǎn)黨的誕生地，以建黨百年為契機，近年來，嘉興市啟動實施“百年百項”重大項目工程，使嘉興市的城市面貌日新月異。現(xiàn)有基礎(chǔ)控制網(wǎng)的密度、分布、覆蓋范圍等已經(jīng)無法滿足嘉興市城市規(guī)劃建設(shè)和發(fā)展的需要。根據(jù)嘉興市“十三五”基礎(chǔ)測繪規(guī)劃，明確要求于2018年實施嘉興市現(xiàn)代基準體系復(fù)測項目，該項目對原控制網(wǎng)進行修復(fù)、拓展和更新，項目完成后可為全市域范圍控制網(wǎng)加密提供高精度的起算基準，能進一步提升嘉興市“百年百項”重點工程項目建設(shè)的測繪服務(wù)保障能力。

2 JXCORS觀測墩水準高引測目的

JXCORS由12個連續(xù)運行基準站點組成，它作為城市首級動態(tài)控制網(wǎng)，維護著嘉興市控制測量框架和基準，向測繪、規(guī)劃、國土、水利、電力等領(lǐng)域的用戶提供高精度、高時空分辨率、高效率的三維坐標定位服務(wù)。

由于JXCORS系統(tǒng)各基準站本身受到地殼板塊運動和地面沉降影響，基準站觀測墩穩(wěn)定性直接影響著整個系統(tǒng)對外發(fā)布的精度，因此，有必要定期對觀測墩的強制對中標志進行水準高引測，以更新基準站水準高，從而確保JXCORS系統(tǒng)對外發(fā)布高精度的定位服務(wù)。

本次二等水準觀測包含JXCORS屋頂觀測墩和地面觀測墩的水準高引測。屋頂觀測墩有嘉興站觀測墩和平湖站觀測墩，其中比較典型的是嘉興建委屋頂觀測墩，它位于嘉興市建委2號樓屋頂樓梯間頂部，墩體采用鋼筋混凝土澆筑，墩頂面為強制對中三角盤，觀測墩頂面距離地面有24m高。地面觀測墩有乍浦站、桐鄉(xiāng)站、嘉善站和海鹽站，墩頂面距離地面高3m，墩頂面為強制對中標志。本次水準高引測的目的就是將地面水準高通過幾何水準觀測方法引測到墩頂面的強制對中標志。

3 觀測墩水準高測量方法比較

目前，觀測墩水準高測量有三角高程、幾何水準、鋼尺丈量、使用Z型輔助工具觀測等方法，以下對這幾種方法的觀測精度和實用性進行分析：①三角高程測量方法誤差主要來源測角誤差、量取儀器高誤差、大氣折光影響以及測距誤差等，其中后兩者誤差影響較小可忽略不計，因此，主要誤差源為測角誤差和量取儀器高誤差，在全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范（GB/T 18314—2009）中規(guī)定量取天線高互差不大于3mm，我們認為量取儀器高和通過角度測量計算的高差是等精度的，所以，三角高程測角誤差和儀器高量取誤差都不應(yīng)大于1.5mm，對于嘉興建委屋頂觀測墩來說，要想滿足測角誤差小于1.5mm是難以實現(xiàn)的，假如距離觀測墩200m的地方正好可以觀測到屋頂觀測墩，即使使用1秒級的全站儀也至少需觀測6測回以上才有可能達到規(guī)范規(guī)定的精度。因此，采用三角高程測量方法在嘉興建委觀測墩中使用將難以保證精度。②幾何水準測量是最可靠、精度最高的水準測量方法，在水準觀測后，可加入水準標尺長度改正、水準標尺溫度改正、正常水準面不平行的改正、重力異常改正值以提高觀測數(shù)據(jù)的精度，并且可采用往返測的互差值進行檢核，進一步確保數(shù)據(jù)的可靠性。③鋼尺長量比較簡單易操作，但是誤差也較大，主要誤差有讀數(shù)誤差、鋼尺本身誤差等。④使用Z型輔助工具觀測精度較高，但是需在觀測墩澆筑時加裝不變形的輔助工具，在觀測墩已經(jīng)澆筑好后已不能再安裝該輔助工具，因此，本項目不采用。

通過以上觀測墩水準高4種測量方法的比較，認為采用幾何水準引測水準高是最可靠、精度最有保證的。

4 地面觀測墩二等水準觀測

4.1 設(shè)備和人員配備

工具配備扶梯2把，高1m和2m鐵質(zhì)腳手架各2套，人員配備3～5人（多人配合防止觀測時立尺人員意外跌落）。

4.2 水準觀測

地面觀測墩高度距離地面為3m，架設(shè)儀器高度1.7m，根據(jù)規(guī)范要求（視線高度為0.55～2.80m），利用高1m與高2m鐵質(zhì)腳手架引測觀測墩。

首先將儀器架設(shè)在高1m鐵質(zhì)腳手架上，將地面A尺引測至B尺所在的較高腳手架上，再將儀器架設(shè)在高2m的腳手架上，儀器架設(shè)高度1.55m以上，將水準高由B尺傳遞到觀測墩上的A尺，這樣就完成了地面觀測墩頂面強制對中面的水準引測。具體觀測方法見圖1。

圖1 地面觀測墩水準測量示意圖

5 屋頂觀測墩二等水準觀測

5.1 沉降鉤設(shè)計與埋設(shè)

根據(jù)水準規(guī)范要求（視線高度為0.55～2.80m），利用1m與2m鐵質(zhì)腳手架架站情況下，分別在高1m與高3m處埋設(shè)沉降鉤（一般房屋埋設(shè)2處即可）。

沉降鉤埋設(shè)時需注意：沉降鉤本身長度約15cm，鉆孔深度需達到10cm；需用膠水及鋼釘進行固定，確保沉降鉤不被旋轉(zhuǎn)脫落；埋設(shè)完沉降鉤后，經(jīng)過一個雨季后，可開始觀測。

5.2 屋頂觀測墩觀測方法

采用單路線往返觀測。一條路線的往返，需使用同一類型儀器和銦鋼條碼水準尺，沿同一條路線進行。從已選起算點“建設(shè)局”觀測將A尺引至屋頂樓面，分以下三站引至屋頂觀測墩，具體觀測方法見圖2。

第一站：儀器架設(shè)于樓面，觀測A尺、B尺，將A尺引至B尺處1m高沉降鉤處。

第二站：儀器高度需在1.55～1.80m架設(shè)于高2m鐵質(zhì)腳手架上，觀測B尺、C尺，將B尺引測至C尺處的3m高沉降鉤處。觀測人員必須與架設(shè)的儀器分開在不同的腳手架平臺上，否則會出現(xiàn)由于觀測人員晃動而降低觀測精度。

第三站：觀測墩高度為1.2m，架設(shè)腳架高度需高于1.75m，儀器架設(shè)于高1m的鐵質(zhì)腳手架上（觀測人員必須與架設(shè)的儀器分開在不同的腳手架平臺上），然后觀測C尺和D尺，將水準高傳遞至D尺所在的觀測墩頂面強制對中面，完成屋頂觀測墩水準測量。

圖2 屋頂觀測墩水準測量示意圖圖

6 數(shù)據(jù)處理和精度檢查

觀測墩二等水準觀測需進行往返高差不符值計算、外業(yè)高差和概略高程表的編算等，計算水準點概略高程時，所用到的高差應(yīng)加入水準標尺長度誤差改正、水準標尺溫度改正、正常水準面不平行改正、重力異常改正。

以嘉興建委屋頂觀測墩為例，本次往返測中誤差為-0.36mm，允許限差范圍±1.40mm。經(jīng)過精度檢查，地面觀測墩和屋頂觀測墩的往返測中誤差均在允許限差范圍內(nèi)，說明采用搭建腳手架的方法進行幾何水準引測墩強制對中標志是能滿足規(guī)范規(guī)定的精度要求的，相對于其他觀測方式，本方法在精度上和可靠性方面優(yōu)勢更大。

7 結(jié)語

本文詳細描述了采用搭建腳手架實現(xiàn)觀測墩水準高引測的方法，既保證了二等水準觀測精度，又使得二等水準觀測順利得以實施，其方法是可行的，可為將來在類似觀測條件下的二等水準觀測中起到借鑒作用。