條件平差方法在跨河水準中的應用

劉春慶 戴瀟蕾

摘 要：在水利水電工程中，高程控制網不可避免涉及到跨河水準，準確的測量方法及平差處理方法可以有效的減小跨河水準過程中，大氣折光差對于測值的影響；文章結合實際跨河水準測量中選擇的測量方法及平差處理方法進行討論，得到一些結論，對跨河水準測量具有一定的參考意義。

關鍵詞：跨河水準；條件平差；精度

1 概述

《國家一、二等水準測量規范》（GB/T12897-2006）規定：當一、二等水準路線跨越江河、峽谷、湖泊、洼地等障礙物的視線長度在l00m以內時，可用一般觀測方法進行施測，但在測站上應變換一次儀器高度，觀測兩次的高差之差應不超過1.5mm，取用兩次觀測的中數。若視線長度超過100m時，則應根據視線長度和儀器設備等情況，選用特殊的方法進行觀測。

某一等水準網跨河段長度約為530米為保證該工程順利實施，選用合適的跨河水準測量方法是的關鍵工作之一，本工程實例，采用了三角高程測量方法，精度要求達到國家一等水準準測量精度，儀器采用徠卡TS30（測角精度0.5"，測距精度0.6mm+1ppm）。

2 觀測網形及場地選擇

2.1 觀測網形布設

為提高跨河水準精度，減小氣溫、氣壓、大氣折光的影響，測點C1、C2、D1、D2近似在同一水平面上，且保證四個測點成一近似矩形。跨河水準示意圖如圖1。

圖1 跨河水準網示意圖

圖1中C1、C2是右岸兩點，D1、D2是左岸兩點， C1C2邊約為9米，C1 D1約為530米。所以可以認為C1 D1、C1 D2、C2 D1、C2 D2之間的高差觀測值的權相等。

2.2 布設場地遵循原則

2.2.1 觀測墩建在測線處于河段較狹窄處，保證其同意水平面上。跨河視線不得通過草叢，干丘、沙灘的上方，且保證避免正對日照方向。

2.2.2 大氣兩岸儀器視線距水面的高度應接近相等，本次復測跨河段的長度約為530m，視線高度不低于4■m=2.9m（s為跨河視線長度公里數。水位受潮汐影響時，應按最高潮水位計算）。

2.2.3 兩岸由儀器至水邊的一段河岸，其距離應近于相等，其地貌、土質、植被等也應相似，儀器位置應選在開闊、通風之處，不得靠近墻壁及土、石、磚堆等。

3 施測方法

在D1架TS30，分別照準C1、C2、D2，得到一測回觀測高差：（S為斜距，δ為豎角），兩點之間的高差為S×sin？啄+i-l（i為儀器高，l為目標高），C1點的高程為Hc1=HD1+S×sin？啄+i-l，C2、D2的高程同理可得。利用以上三點的高程求C1 D2、C2 D2之間的高差。HD1，i均一樣，相互抵消，若目標高相等則高差等于S×sin？啄的差值。為了使目標高也相互抵消，可以先全部采用使用同一型號的棱鏡及覘標，這樣目標高可看成一致，但世上沒有完全相同的兩個物體，為消除不同的目標高對觀測高差的影響，把棱鏡及覘標分成A、B兩組，A組總與儀器在一起，B組總是在儀器的對岸，這樣往返測求平均高差則影響抵消。

能否滿足水準精度要求關鍵在于S×sin？啄的精度，下面就此作如下分析：

設F=S×sin？啄，則

此次用的TS30的標稱精度：測距1+1ppm，測角0.5″，由于δ較小（預先用全站儀選擇的四點高程大致相等），sin5度≈0.087，所以前面一項可不考慮，后面一項中

，為減小m？啄 的大小，我們觀測了12測回，保證了測角中誤差小于0.5″，這樣函數的誤差就小于1.28mm，而一等水準要求為1.8■=1.31mm ，從理論上說，此方法是可行的。

具體施測步驟：

（1）D1點架設儀器，測得C1、C2、D2高差，此時，如果兩兩做差，可以得到hc2c1，hd2c1，hd2c2，此時得到高差已經不存在儀器高量取所來的誤差。

（2）同理可以在D2站獲得hc2c1，hd1c1，hd1c2。

（3）在C1、C2站獲得的高差之差作為返測數據。

（4）hc1c2與hd1d2在組成條件平差方程時，取值為用數字水準儀測得高差，在平差過程中，認為是已知值且不存在誤差。

4 數據處理

觀測數據的平差方法采用條件平差法，在平差過程中運用矢量加減的方法，消除儀器高影響，h5和h6使用DNA03且距離較近，在平差過程中，認為平差中認為為已知值。

表1 跨河水準高差觀測成果

條件方程式為：

v1-v2-0.1=0

v3-v4+2.8=0

v2+v3+2.1=0

平差后，結果如下：

hd2c1=0.1721

Hd2c2=0.1722

hc2d1=-0.1722

hc1d1=-0.1722

Hd1d2=0.00000

Hc1c2=0.00000

觀測中誤差為：1.2mm

5 結束語

本次跨河水準精度滿足一等水準要求，通過實踐表明：跨河水準測量對于場地布設、觀測時段、觀測儀器都有著嚴格要求，為提高測量精度，通過一下手段可以有效提高精度，滿足測量精度要求：

（1）在測跨河水準前，對于全站儀進行儀器檢校，保證一測回垂直角中誤差小于1.5"。

（2）在跨河段兩岸建立高程近似相等觀測墩，可以保證視線長度最短，可以有效減小大氣折光差對于高程測量的影響，同時保證視線不得通過草叢，干丘、沙灘的上方以及儀器位置要開闊通風處。

（3）觀測時段選擇在晴天上午應在日出后1h至太陽中天前2h至，保證在最短時間段內觀測完成所有測回，保證數據穩定性。

（4）為保證河兩岸觀測氣象條件一致，盡量縮短觀測時長，已確保兩岸折光系數近似相等。

參考文獻

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作者簡介：劉春慶，男，籍貫：遼寧省開原市，現職稱：高級工程師，本科學歷，研究方向：大壩監測。