精密跨河水準測量誤差分析及改進措施

白懷明，王軍

（山東黃河勘測設計研究院，山東濟南 250013）

精密跨河水準測量誤差分析及改進措施

白懷明，王軍

（山東黃河勘測設計研究院，山東濟南 250013）

闡述了在一定的條件下，用全站儀三角高程方法進行跨河二等水準測量，并通過在工程中的實踐應用，探討精密三角高程測量實現(xiàn)精密跨河水準的可行性和便利性，提出了影響跨河水準測量精度的因素，減弱或消除措施。

跨河水準；精密三角高程；中誤差

受山東黃河供水局委托，山東黃河勘測設計研究院承擔和完成了山東黃河涵閘沉陷基準點普測工作，并為涵閘監(jiān)測提供統(tǒng)一高程基準。由于引水涵閘分布于黃河兩岸，要滿足所有涵閘使用統(tǒng)一的高程基準，需對所有涵閘的基準點進行水準聯(lián)測。

1 跨河水準誤差來源及分析

當跨河距離超過100 m時，應根據(jù)跨越距離和測量設備選擇跨河水準測量方法，本文主要闡述三角高程在跨河二等水準測量中的應用。

三角高程測量單向觀測的高差計算公式為：

式中，D為平距，m；α為垂直角；i為儀器高，m；υ為目標高；k為大氣垂直折光系數(shù)；R為地球半徑，m。

誤差關系式為：

由此可以看出，三角高程測量的精度mh除受測距中誤差mD、垂直角中誤差mα、儀器mi和覘標mυ量高誤差外，還受大氣垂直折光mk的影響。

跨河距離D<

表1 不同α和D mα和mD對高差的影響

2 工程實踐及應用效果

在山東引黃水閘閘基點普測項目中，選擇兩處進行三角高程跨河水準測量，兩處跨河視線長度約為300 m，使用徠卡TS50全站儀進行施測。

跨河點位于黃河兩岸，布設為平行四邊形，兩岸選擇穩(wěn)定、可靠處埋設水準標石，同岸兩標石間距約為20～30 m。點位布設如圖1、圖2所示：

圖1 閘基點普測（惠青浮橋處）跨河二等水準點位布設示意圖

使用一臺測角精度為0.5″、測距精度為0.6 mm+1ppm的徠卡TS50全站儀配合與之配套的徠卡棱鏡進行三角高程測量，以惠清浮橋為例簡述作業(yè)流程。

圖2 閘基點普測（建林浮橋處）跨河二等水準點位布設示意圖

將儀器架設至某一個點上（F）,兩個棱鏡分別安置于北岸的E和南岸的G點處，用三角高程測量方法對E-G段高差進行測量，豎直角和平距每一站分別進行4個測回的測量，每站測量完成后應計算豎盤指標差和視距差是否超限，若無超限，則進行下一站觀測。移動對岸的棱鏡至H點，按同樣的方法觀測E-H段高差。以此類推，進行相關段落的高差測量。

同岸兩點（E-F、G-H）的高差采用DNA03數(shù)字水準儀進行二等水準測量。

每一段的高差分別安排上午和下午2個時段的觀測，每段高差均進行同時段（不同時段）的對向觀測，外業(yè)觀測結束后進行數(shù)據(jù)處理，計算環(huán)閉合差。數(shù)據(jù)處理及精度分析，詳見表2。

表2 環(huán)閉合差計算及精度統(tǒng)計

表2中跨河水準路線閉合差均符合限差要求，經(jīng)計算全中誤差為1.48 mm，小于二等水準每公里全中誤差Mw=2.0 mm。

式中：Mw為每千米水準測量全中誤差限值，mm；S為跨河視線長度，km。

從該項目觀測數(shù)據(jù)及計算成果可知，使用三角高程進行跨河二等水準測量的精度穩(wěn)定、可靠，能夠滿足國家一、二等水準測量精度要求。

3 影響因素的減弱和消除

4 結語

三角高程跨河水準測量的影響因素主要包含：測距中誤差mD、測角中誤差mα、儀器高量取中誤差mi、棱鏡高量取中誤差mυ、大氣垂直折光mk。

減弱或消除三角高程跨河水準測量影響因素的措施：

1）減弱測距中誤差mD，可采取縮短視線長度，減小垂直角來減弱該誤差，測距中誤差相對較小，可忽略不計。

2）測角中誤差mα，是三角高程測量的主要誤差來源之一，可采用高精度測角儀器、在河道狹窄處進行觀測、視線盡可能保持水平（減弱垂直誤差）、增加測回數(shù)。

3）消除儀器和棱鏡高的量取誤差，可采用雙棱鏡求高差無需量取儀器高、作業(yè)前對棱鏡高的高差進行觀測、計算以此來消除此誤差。

4）大氣折光的影響，可采取以下措施來減弱：①嚴格按照規(guī)范規(guī)定的時間（上午應自日出后1 h起至中午前2 h止；下午自中午后2 h起至日落前1 h止）；②跨河水準在氣溫變化較小、風力微和的陰天進行，觀測時應對儀器打傘，避免陽光直射；③同一測段的高差應在同一時段進行對向觀測，取均值；④同一測段的測回數(shù)，上下午各占一半；⑤跨河視線不得通過草叢、干丘、沙灘的上方；⑥視線的高度應滿足不低于2 m，當大

本文對精密三角高程測量實現(xiàn)跨河二等水準測量從理論上進行了分析，并通過工程實踐進行了驗證。在網(wǎng)形適當、觀測合理、處理方法得當?shù)那闆r下，精密三角高程測量可以達到國家二等水準測量的精度，使用全自動、高精度全站儀進行觀測除了使操作更加簡單外，還可提高三角高程測量的精度和實現(xiàn)長距離的跨河水準測量。

[1]GB/T 12897-2006國家一、二等水準測量規(guī)范.北京：中國標準出版社出版，2006.

[2]張艷，高飛，李曉莉.應用精密三角高程測量實現(xiàn)跨河水準的研究.合肥工業(yè)大學學報[J]，2007，（3）.

（責任編輯 遲明春）

P228.4

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1009-6159（2016）-12-0031-02

2016-02-24

白懷明（1988—），男，助理工程師