區域精密水準路線路面情況對觀測精度的影響分析

王偉超

摘 要：區域精密水準觀測路線一般沿道路布設，這是工作觀測測量中不可避免的問題。實驗數據可以表明，觀測路線的地面情況有一定的影響，本課題就研究于地面情況水泥以及柏油情況進行分析比對，選取了2017年從甘肅，陜西關中環，寧夏等多個地方水準數據進行綜合分析，分析不同路面情況對研究成果的影響程度，并提出了相應的改進意見。

關鍵詞：地震監測；精密水準測量；路面情況；分析處理

中圖分類號：P209 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）32-0049-03

Abstract： The regional precise leveling observation route is generally laid along the road， which is an inevitable problem in the work observation and survey. Experimental data show that the observation line of the ground conditions have a certain impact. This paper studies the situations with cement ground and tar ground， makes an contrastive analysis， and the data selected from Gansu， central Shaanxi， Ningxia and other places in 2017 are analyzed synthetically. Then， the influence degree of different pavement conditions on the research results is analyzed， and the corresponding improvement suggestions are put forward.

Keywords： seismic monitoring； precise leveling； pavement condition； analysis and processing

引言

在目前的地震監測中，獲得測量數據的手段多種多樣，其中包括精密水準測量，GPS測量，InSAR測量等。精密水準測量作為傳統的測繪手段，目前在工程測量、變形監測、地震監測等各個行業中發揮著重要的作用。尤其對于精密水準測量，影響精度的原因多種多樣，比如說儀器誤差、觀測誤差、人為誤差還有外部環境誤差，而外部環境誤差其中就包括了地面情況等多種因素導致。

區域水準是地震監測、地殼形變研究的重要手段之一。區域精密水準具有涉及測區范圍廣、觀測周期長、測線情況復雜等特點。這么多特點里面，測線的路面情況在一定程度上會影響觀測成果，在日常的精密水準測量工作中不可避免的就是測量處于柏油路面以及水泥路面的情況。本文利用多年區域精密水準觀測數據，在統計分析的基礎上分析路面情況對觀測成果的影響，為精密水準觀測及數據分析科研提供參考。

在自動安平水準儀為基礎上，電子水準儀在望遠鏡光路中增加了分光鏡和探測器（CCD），并采用條碼式因瓦標尺和圖象處理電子系統二構成的光機電測一體化的高科技產品。自動安平水準儀使用時，也可以用普通標尺。它與傳統水準儀器相比有以下特點：（1）讀數相對客觀。不存在誤差、誤記等問題，沒有人為讀數誤差。（2）精度高。視線高和視距讀數都是采用大量條碼分劃圖象經處理后取幾次數據平均得出來的，因此削弱了標尺分劃誤差的影響。多數水準儀器都有進行多次讀數取平均的功能，可以削弱外界條件影響。不熟練的作業人員也相對比較容易進行高精度測量。（3）速度快。由于省去了報數、聽記、現場計算的時間以及人為出錯的重測數量，測量時間與傳統儀器相比可以節省1/3左右，大大減少了工作時間。（4）效率高。只需調焦和按鍵就可以自動讀數，減輕了勞動強度。視距還能自動記錄，檢核，處理并能輸入電子計算機進行后處理，可實線內外業一體化，這樣會使工作效率提升不少。

1 區域精密水準測量概況

本文數據主要來自中國地震局第二監測中心區域精密水準觀測結果，以“地震行業科研專項”作為依托，選取2017年一期數據進行分析。研究區域包括了甘肅、陜西關中、寧夏等地，地震監測任務中區域水準測量嚴格按照《國家一、二等水準測量規范》等要求測量，采用1985國家高程基準，主要使用用于一等精密水準測量的電子數字水準儀（DINI03）以及條碼式因瓦標尺。數據記錄采用地震科技星火公關項目研發的水準測量外業手簿以及軟件，有效保證了工作以及成果的質量。

在外業出測前，會有一項必不可少的便是儀器以及尺子的檢查，對以后的測量成果有著很重要的影響，那么儀器檢查有以下幾項：（1）水準儀的檢視；（2）水準儀上概略水準器的檢校；（3）水準儀視線觀測中誤差的測定；（4）自

動安平水準儀補償誤差的測定；（5）十字絲的檢校；（6）i角的檢驗與校正；（7）數字水準儀視線距離測量誤差的檢驗；（8）水準標尺的檢視；（9）水準標尺上圓水準器安置正確性的檢驗與校正；（10）水準標尺分劃面彎曲差（失距）的測定；（11）一對水準標尺零點不等差的測定；（12）水準標尺中軸線與標尺底面垂直性的測定；（13）水準標尺名義米長及分劃偶然中誤差的測定；（14）水準儀調焦透鏡運行誤差的測定；（15）測站高差觀測中誤差和豎軸誤差的測定。

水準觀測采用特制的鐵質錐型尺樁作為轉點尺承，重約0.5公斤或采用特制的鐵質圓型尺臺作為轉點尺承，重約5公斤。

注意事項：

精密水準測量外業測量、記錄、檢核和計算時，應注意以下幾點：

（1）在水準點（包括已知點或待定點）上立尺時，不得放置尺墊；水準尺應立直，不能左右傾斜，更不能前后俯仰。

（2）在一測站完成后，觀測員未遷站之前，后視點尺墊不能移動；栽轉站過程中，上一站前視立尺的尺墊應嚴格保持不動。

（3）每個測站前視距離和后視距離應盡量相等。當前視、后視的累計視距相差較大時，可在下個一測站適當調整前視、后視距，以縮小累計視距差。

（4）外業觀測數據應當用鉛筆記錄在手簿中，數字應端正、整潔、清晰。在記錄計算時應帶上正負號。對于中絲讀數，要求讀記四位數，前后的零都要讀記；記錄手簿中的各項內容，包括觀測值、記錄者、測量日期、時間、天氣及儀器型號都要寫得清清楚楚。

2 區域精密水準資料處理

常規情況來看，統計的區域精準水準資料數據量較大，為了有效剔除數據處理過程中出現的錯誤，把原始數據經過解密用軟件形成觀測手簿，接下來會對數據進行糾正，主要包括尺長改正、正高改正和重力改正，并且生產水準高差表。最后通過觀測條件對樣本篩選可以得到對應的高差表統計并且運用數學統計學的方法分析結果。

但是因為精密水準數據量太大，中間會出現很多偶然誤差，比如人為因素等影響結果，所以為了減少這種偶然誤差，從而讓結果更加精準，會從不同角度去分析觀測成果數據進行分析。

由于精密水準測量誤差的存在，水準測量的實際高差和理論值往往不一樣，其差值統稱為水準路線的高差閉合差，通常用fh表示。

式中L的為水準路線總長度，以千米為單位。

除此以外，（1）檢測已測測段高差之差的限差，對單程檢測或往返檢測均適用，檢測測段長度小于1km時，按1km計算。檢測測段兩點間距離不宜小于1km。（2）水準環線由不同等級路線構成時，環線閉合差的限差，應按各等級路線長度及其限差分別計算，然后取其平方和的平方根為限差。（3）當連續若干測段的往返測高差不符值保持同一符號，且大于不符值限差的20%時，則在以后各測段的觀測中，除酌量縮短視線外，還應加強儀器隔熱和防止尺臺位移等措施。（4）在一等水準測量中，儀器距離每邊尺子不得大于30米不得小于4米距離。

3 關于地面情況影響分析

水準路線的布設方向一般有國道、省道、鄉道等一系列情況，地形也不完全相同，其中就有2大類為主。第一是水泥路面，第二就是柏油路面，影響這些因素的有溫度高低，利用測段測線形成網狀結構，從從事多年工作的經驗以及各種數據表明，可以看出，分析的地方覆蓋了很多地方。

由于天氣溫度的影響，類似當天艷陽高照溫度達到很高的情況下，水泥路面不會因為溫度高而改成水泥路面的變化，不管下雨不下雨，這個水泥路面因為硬化，所以尺臺放上去必然會上彈，所以一段測量下來，不符值肯定會受到影響。而柏油更加不同，當溫度升高的情況下，柏油路面會軟化，尺臺放下去的時候，會造成不同程度的下沉，遇到這樣的情況，測量出來的數值肯定也會受影響。其次，當柏油路面測量到一半的情況下，如果遇到突發情況比如降雨，這樣會終止測量，第二天再去測量的話，可能會對最后的測量結果產生巨大的影響。

水泥路面因為偶然的這些因素，尺臺放到地面上去會上彈，所以可能出來的不符值很有可能是偏小，所以出負值的情況居多。但是柏油路面因為溫度的影響，尺臺放上去可能會下沉，所以數值會偏大，就是說數值偏大，所以出正直情況居多。

從上而說，這只是影響的一種因素，還有一些偶然因素會影響著觀測質量，也就是說尺子氣泡的對中情況還有扶尺人扶尺的用力大小以及觀測員觀測期間是不是氣泡穩定居中。尺子氣泡的居中和觀測員儀器氣泡對中情況會影響觀測成果，可能會讓本來成果偏小的變大，讓本來成果偏大的變小。扶持人的用力大小可能會造成對尺子的壓力，因而會轉化成對地方的壓力，就用柏油路面來說，本來柏油路面，很有可能造成本來可能下沉的路面再一次下沉，本來偏大的數值更加偏大。

4 結論

通過對測線布設觀測數據分析，得出以下幾個結論：

（1）多種因素考慮后，實際分析可以得到，在電子水準儀觀測的情況下，從數據統計結果來看，柏油路面不符值數值都是偏大，而水泥路面不符值數值都是偏小。

（2）在溫度不高的情況下，柏油路面對觀測結果不符值影響不大并且觀測成果更趨于穩定，而水泥路面不管什么情況，觀測成果依然偏小。

（3）我們在測量過程中，如果不可避免遇到柏油路面的話，在溫度比較高，柏油比較軟的路面，我們為了提高精度，可以把尺臺放在柏油路面，等尺子放好一段時間后穩定再測量，這樣測量出來的不符值就可以減小尺臺下沉對測量精度的影響。

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