淺談工程測量控制網(wǎng)精度序列

周衛(wèi)軍 張邵賀

(中國有色金屬工業(yè)西安勘察設計研究院有限公司 陜西西安 710054)

工程測量控制網(wǎng)是為工程建設提供工程范圍內(nèi)統(tǒng)一的參考框架，為各項測量工作提供起算依據(jù)，滿足工程建設不同階段對測量工作在精確性、可靠性及靈敏性等方面的要求，同時工程測量控制網(wǎng)也有控制全局、提供基準和控制誤差累積的作用[1]。工程測量控制網(wǎng)精度體系的構建，是在總結大量工程經(jīng)驗的基礎上進行分類、歸納、總結而形成的，其目的是對工程測量不同階段精度等級的基本定義、系統(tǒng)構成、作業(yè)特點、分類原則、制定依據(jù)、指標來源、核心要求和應用方法等進一步的總結區(qū)分。工程測量控制網(wǎng)精度體系整體上稱為精度體系，具體分類上則表述為精度序列。

2020年11月10日，住房和城鄉(xiāng)建設部與國家市場監(jiān)督管理總局聯(lián)合發(fā)布了修訂后的GB 50026—2020《工程測量標準》。該標準在修訂過程中總結了當前國內(nèi)外工程測量的最新研究成果和實踐經(jīng)驗，體現(xiàn)了儀器設備和技術方法的應用特點，內(nèi)容完整、條理清晰，技術指標科學合理，與其他國家標準保持了良好的協(xié)調性，具有較強的先進性、適用性、指導性和可操作性[2]。本文針對新發(fā)布的GB 50026—2020《工程測量標準》(簡稱《標準》)，從平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)的歷史淵源和指標架構著手分析，同時結合工程測量控制網(wǎng)精度體系的構建，著重對平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)的精度序列進行論述。

1 平面控制網(wǎng)的精度序列

1.1 精度序列的劃分與命名

GB 50026—2020《工程測量標準》明確規(guī)定，平面控制網(wǎng)可按精度劃分為“等”與“級”兩種規(guī)格，由高向低依次為二、三、四等和一、二、三級。即平面控制網(wǎng)采用自高向低的劃分方法，等次要高于級次，末等之后才是級次[3]。這樣規(guī)定的目的是為了避免工程建設領域在制定與編寫行業(yè)標準和技術文件時對等級應用混亂，明確不同作業(yè)方法所適用的建立平面控制網(wǎng)的等級范圍。需要強調的是，隨著科學技術的發(fā)展，測量儀器的精度和計算手段都得到了相應的提高，因此，工程測量控制網(wǎng)不再強調逐級布網(wǎng)，只要在滿足精度要求的前提下，各等級網(wǎng)均能作為測區(qū)的首級控制網(wǎng)，且當測區(qū)已有高等級控制網(wǎng)時，也允許越級布網(wǎng)。

本次《標準》修訂中，平面控制測量從涵蓋內(nèi)容到章節(jié)編排，依舊采用按作業(yè)方法進行分類的方式。這種分類方式不僅具有更好的可操作性，而且還能體現(xiàn)選擇各種測量手段的主次之分，同時也是根據(jù)工程測量控制網(wǎng)的應用情況確定的，以體現(xiàn)測量作業(yè)方法的發(fā)展與應用趨勢。根據(jù)目前工程測量單位的現(xiàn)實情況和發(fā)展趨勢，首級控制網(wǎng)大多采用衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)，加密網(wǎng)則較多采用導線或導線網(wǎng)，而三角測量在大面積控制網(wǎng)加密中已較少使用。所以本《標準》仍沿用GB 50026—2007《工程測量規(guī)范》架構按衛(wèi)星定位測量、導線測量和三角測量的順序編寫[4]，修訂增加了衛(wèi)星定位實時動態(tài)測量一節(jié)。

本次《標準》修訂中，衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)精度等級劃分與傳統(tǒng)三角形網(wǎng)(三角網(wǎng)、三邊網(wǎng)、邊角網(wǎng))精度等級劃分方法相同，依次為二、三、四等和一、二級，導線及導線網(wǎng)精度等級的劃分不變，依次為三、四等和一、二、三級，只是將三角測量納入專用控制網(wǎng)測量的范疇。專用控制網(wǎng)主要適用于特殊精度要求或受場地條件限制無法進行衛(wèi)星定位測量的情形。

1.2 主要技術指標

平面控制網(wǎng)精度序列中“等”的命名，本《標準》引用原國家測繪總局1958年編制的《一、二、三、四等三角網(wǎng)測量細則》中的已有名稱。由于工程測量領域平面控制網(wǎng)極少涉及一等，故直接從二、三、四等進行劃分；一、二級平面控制網(wǎng)則是根據(jù)工程測量的作業(yè)特點和工程經(jīng)驗統(tǒng)計結果而形成的特有級別，針對導線測量，還增加了三級的級別。平面控制網(wǎng)的建立通常采用衛(wèi)星定位測量、導線測量和三角測量等方法，其主要技術要求見表1、表2、表3。

表1 衛(wèi)星定位測量的主要技術指標Tab.1 Technical Indexes of Satellite Positioning Surveying等級基線平均長度/km固定誤差A/mm比例誤差系數(shù)B/(mm/km)邊長相對中誤差最弱邊相對中誤差二等9≤10≤2≤1/250 000≤1/120 000三等4.5≤10≤5≤1/150 000≤1/70 000四等2≤10≤10≤1/100 000≤1/40 000一級1≤10≤20≤1/40 000≤1/20 000二級0.5≤10≤40≤1/20 000≤1/10 000

表2 導線測量的主要技術要求Tab.2 Technical Requirements of Traverse Surveying等級導線長度/km平均邊長/km測角中誤差/(″)測距中誤差/mm測距相對中誤差測回數(shù)0.5″級儀器1″級儀器2″級儀器6″級儀器方位角閉合差/(″)導線相對閉合差三等1431.8201/150 0004610—3.6n≤1/55 000四等91.52.5181/80 000246—5n≤1/35 000一級40.55151/30 000——2410n≤1/15 000二級2.40.258151/14 000——1316n≤1/10 000三級1.20.112151/7 000——1224n≤1/5 000

衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)的外業(yè)觀測，有靜態(tài)和快速靜態(tài)兩種作業(yè)模式。鑒于快速靜態(tài)測量對直接觀測基線不能構成閉合圖形，可靠性較差，加之工程應用相對較少，所以，本次《標準》修訂刪去了快速靜態(tài)的技術要求，改用動態(tài)測量模式代替，允許在一、二級控制測量中采用?；谛l(wèi)星定位動態(tài)控制測量點位精度、相對精度和可靠性的考慮，將其控制測量精度定位于“級”次并劃分為一、二級，動態(tài)測量的點位間距與相對精度取值采用《標準》的精度序列規(guī)格并參考導線的要求確定。衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)動態(tài)測量的主要技術要求見表4。

表4 衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)動態(tài)測量的主要技術要求Tab.4 Technical Requirements for Dynamic Survey of Satellite Positioning Surveying Control Network等級相鄰點間距離/m平面點位中誤差/mm邊長相對中誤差測回數(shù)一級≥500二級≥250≤50≤1/30 000≥4≤1/14 000≥3

1.3 精度指標的確定依據(jù)

1.3.1 測角中誤差

三角測量的測角中誤差，引用原國家測繪總局1958年編制的《一、二、三、四等三角網(wǎng)測量細則》的有關精度指標。其中，二、三、四等平面控制網(wǎng)的測角中誤差直接引用，分別為二等1″、三等1.8″、四等2.5″，另外補充了一級5″、二級10″兩個級次；三、四等和一級導線采用同等級三角測量的測角中誤差，增加了二級8″和三級12″的規(guī)定。這也是經(jīng)典的測角中誤差劃分方法。

1.3.2 控制網(wǎng)的平均邊長

三角形網(wǎng)的平均邊長規(guī)定，是針對工程測量區(qū)域控制面積相對較小的特點，同時結合長期的工程經(jīng)驗統(tǒng)計分析并進行嚴密推算制定的，分別為二等9 km、三等4.5 km、四等2 km、一級1 km、二級0.5 km。平均邊長規(guī)定相比原國家測繪總局1958年編制的《一、二、三、四等三角網(wǎng)測量細則》中的規(guī)定要小很多，主要是因為國家等級控制網(wǎng)控制范圍大、平均邊長較長，盡管其明確說明三、四等控制網(wǎng)是以滿足測圖和工程需要為目的，但無論從控制點的密度、精度，還是施測地形圖的精度上講，往往都無法滿足工程測量的實際需要。

衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)可看作是一種特殊的三角形網(wǎng)，因此《標準》中基線平均長度指標直接引用了三角形網(wǎng)的平均邊長。

1.3.3 水平角觀測測回數(shù)

三角測量的水平角觀測測回數(shù)，是結合長期的工程經(jīng)驗統(tǒng)計分析并進行嚴密推算而得到的，根據(jù)不同精度級別的儀器給出相應等級方向觀測法的測回數(shù)。二、三、四等三角形網(wǎng)水平角觀測的測回數(shù)，沒有引用原國家測繪局1974年編制發(fā)布的《國家三角測量和精密導線測量規(guī)范》中的相應測回數(shù)，主要是因為國家等級三角網(wǎng)的控制面積大、邊長很長且原則上需要建造覘標。水平角觀測中誤差與測回數(shù)統(tǒng)計詳見表5。

1.3.4 最弱邊邊長相對中誤差

三角形網(wǎng)最弱邊邊長相對中誤差，屬于工程測量領域的獨創(chuàng)。四等三角形網(wǎng)最弱邊邊長相對中誤差要求不低于1/40 000，即最大投影變形不大于25 mm/km，就可以滿足大部分工程建設的精度要求，同時也能滿足相對點位中誤差為50 mm的限值。原國家測繪局1974年制定的《國家三角測量和精密導線測量規(guī)范》中沒有最弱邊相對中誤差這項指標，原國家測繪局在2000年對1974版規(guī)范進行了修訂，并更名為GB/T17942—2000《國家三角測量規(guī)范》[5]，在《國家三角測量規(guī)范》中引入了工程測量領域這一指標限值。

表5 水平角觀測中誤差與測回數(shù)統(tǒng)計Tab.5 Statistics of Standard Deviation and Number of Horizontal Angle Observation1″級測回數(shù)測角中誤差/(″)網(wǎng)的個數(shù)/個2″級測回數(shù)測角中誤差/(″)網(wǎng)的個數(shù)/個30.90～1.66415.00140.89～2.40832.40260.80～1.701741.55～2.10480.85～1.68361.30～2.509?90.55～1.792681.90～2.205101.01190.95～1.806120.40～1.02792.121121.17～1.642

2 高程控制網(wǎng)的精度序列

2.1 精度序列的劃分與命名

《標準》規(guī)定高程控制網(wǎng)的精度等級，宜劃分為二、三、四、五等。高程控制網(wǎng)在“等”的名稱上，引用的是原國家測繪總局1958年制定的《一、二、三、四等水準測量細則》中的已有名稱。由于工程測量領域的高程控制網(wǎng)極少涉及一等水準測量，故本《標準》直接從二、三、四等進行劃分。五等水準測量是工程測量領域綜合自身作業(yè)特點和長期工程經(jīng)驗，特別增設的高程控制網(wǎng)級別。水準測量采用每千米高差全中誤差的精度，與現(xiàn)行國家標準GB/T 12897—2006《國家一、二等水準測量規(guī)范》[6]和GB/T 12898—2009《國家三、四等水準測量規(guī)范》[7]相同。五等水準測量是因工程需要而對水準測量精度系列的補充，每千米高差全中誤差仍沿用GB 50026—2007《工程測量規(guī)范》的指標。

本次《標準》修訂，完善了數(shù)字水準測量的要求，增加了自動安平水準儀和數(shù)字水準儀系列。就精度而言，數(shù)字水準測量和同等級光學水準測量的精度要求是相同的，但數(shù)字水準儀的測量精度和所配套的條碼水準標尺的材質相關，只有使用標準配套的因瓦條碼水準標尺才能達到或接近數(shù)字水準測量的理論精度，如果配套的水準標尺為條碼式玻璃鋼尺時，精度就必須降級使用。數(shù)字水準儀觀測的有關技術指標根據(jù)現(xiàn)行國家標準GB/T 12897—2006《國家一、二等水準測量規(guī)范》和GB/T 12898—2009《國家三、四等水準測量規(guī)范》制定，光學水準儀觀測的有關技術指標仍沿用GB 50026—2007《工程測量規(guī)范》的指標。

2.2 主要技術指標

水準測量是經(jīng)典高程測量方法，條件允許時，高程控制網(wǎng)優(yōu)先選用水準測量方法，四等及四等以下水準測量可采用電磁波測距三角高程測量方法，五等水準測量也可采用衛(wèi)星定位高程測量。水準測量的主要技術要求見表6。

表6 水準測量的主要技術要求Tab.6 Technical Requirements for Leveling Surveying等級每千米高差全中誤差/mm路線長度/km水準儀級別水準標尺觀測次數(shù)與已知點聯(lián)測附合或環(huán)線往返較差、附合或環(huán)線閉合差/mm平地山地二等2—DS1、DSZ1條碼因瓦、線條式因瓦往返各一次往返各一次4 L—三等6≤50DS1、DSZ1DS3、DSZ3條碼因瓦、線條式因瓦條碼式玻璃鋼,雙面往返各一次往一次往返各一次12 L4 n四等10≤16DS3、DSZ3條碼式玻璃鋼,雙面往返各一次往一次20 L6 n五等15—DS3、DSZ3條碼式玻璃鋼,單面往返各一次往一次30 L—

2.3 精度指標的確定依據(jù)

2.3.1 每千米高差全中誤差

每千米高差全中誤差與GB/T 12897—2006《國家一、二等水準測量規(guī)范》和GB/T 12898 —2009《國家三、四等水準測量規(guī)范》中關于全中誤差的技術指標保持一致，同時增加了五等水準測量每千米高差全中誤差15 mm的要求。需要特別說明的是，工程測量要求用全網(wǎng)中各個水準環(huán)的閉(附)合差統(tǒng)計計算高差全中誤差，并衡量整個水準網(wǎng)的整體高程測量精度。高差全中誤差指標反映的是系統(tǒng)誤差和偶然誤差的綜合影響，因此稱為全中誤差。工程測量通常對每千米水準測量偶然中誤差不做要求。

2.3.2 路線長度

《標準》考慮到起算數(shù)據(jù)的誤差影響，由最低等級的高程中誤差推算得到路線長度，即四等水準測量路線長度為16 km、三等水準測量路線長度為50 km，對一等、二等水準測量則不做要求。與GB/T 12898—2009《國家三、四等水準測量規(guī)范》中的有關規(guī)定差別較大的原因是：工程測量水準路線長度相比于國家等級水準路線長度要短很多，且往返較差、附合差或環(huán)線閉合差指標也會影響水準路線長度。

2.3.3 觀測次數(shù)

與已知點聯(lián)測時，各等級水準測量都要求進行往返觀測。附合水準路線和閉合水準路線只對二、三等水準測量提出往返觀測的要求，其他等級的水準路線通常認為“往一次”就可滿足要求。這一要求與國家等級水準測量有關規(guī)范的要求相一致。另外，由于工程測量領域涉及的水準路線相對較短，通常不強調“測段”的概念，因此，對“測段往返測量”不做要求。

2.3.4 往返較差、附合差和環(huán)線閉合差

3 結 語

不同類型工程測量控制網(wǎng)的精度序列均有自身的特點，分門別類地指導著不同的工程測量項目或不同階段的測量工作。這些精度序列經(jīng)過數(shù)十年的實踐和應用，已在相關國家標準、行業(yè)標準及地方標準中廣泛引用，充分證明了工程測量控制網(wǎng)精度體系和技術指標的科學性、合理性和適用性。

工程測量標準體系和精度序列在確立時，參考了一些早期的有關測繪標準。如今這些標準已經(jīng)發(fā)生了變化，而工程測量標準的精度體系并未隨之而動，僅僅是做了適當?shù)难a充和完善。筆者認為，精度體系一旦確立下來，不應輕易變動，否則容易造成使用上的混亂，對標準的整個體系也會造成巨大影響。近年來，測繪科學技術與儀器設備生產(chǎn)工藝發(fā)展迅猛，為廣大測繪工作者提供了強大的理論支撐，原來作業(yè)困難或工作強度大的項目在如今變得更容易實現(xiàn)。但是，這并不能作為更改或提高標準精度體系的理由，工程測量精度體系自確立之日起，應始終一以貫之。