过河水准测量（精选4篇）
过河水准测量 篇1
当精密水准路线必须跨越江河或峡谷时, 视线的长度将比一般的视距大得很多, 这时一方面照准水准尺读数的精度将要降低;另一方面视准轴与水准轴不平行及大气折光的影响也急剧增大, 加以水面上的空气温度梯度远与陆地上的不同, 就使得折光影响更加复杂化。为了顾及这些因素以求得可靠的成果, 《国家一、二等水准测量规范》 (GB12897-91) 第5.1款规定:当水准路线跨越江、河, 视线长度超过100m时, 应根据视线长度和仪器设备情况, 选择适当的跨河水准测量方法。
1 工程概况
某大桥位于河北省某市, 桥址处两岸地形平坦, 地面高程一般为4m~8m。桥址处河面宽约2.1km, 河槽宽浅。
大桥高程控制网设计为国家二等水准网, 采用1985国家高程基准 (复测) , 需进行过河水准测量。
2 过河 (江) 水准测量的几种方法
间接水准测量跨河有四种方法:“水准仪光学测微法”、“水准仪微倾螺旋法”、“经纬仪倾角法”、“测距三角高程法”, 其原理都是一致的, 都是为了消除各种误差, 观测测回多是为了消除测量误差和各种气象条件下的误差, 上半测回和下半测回安排在两个光段进行是为了消除不同气象条件下的误差, 近标尺观测方法是为了准确测量仪器视线高度, 特制觇牌的制作是为了放大水准标尺的刻画, 两台仪器同时对向观测是为了消除大气气象误差, 不同测回觇牌重新摆位是为了消除觇牌的对准误差等。
两台仪器同时对向观测为一半单测回, 另外一个光段仪器调岸观测组成一测回。两个测回组成一个双测回。一天中有三个光段, 上午、下午、夜晚, 上午和下午为对称光段, 夜晚单独为一光段。一般河面距离在500m内附合水准线路中只须一条边过河, 河面距离在500m~3500m间用平行四边形过河, 河面距离在3500m以上用大地四边形过河。河面距离在500m内采用水准仪光学测微法过河, 河面距离在500m上采用全站仪测距三角高程法过河。
根据水准测量规范: (1) 当水准路线视线长度在50m~100m时, 可采用一般的水准测量方法进行观测, 但应变更仪器高度两次测量, 两次高差之差不得超过1.5mm, 取用两次结果的中数; (2) 当水准路线视线长度在100m~5000m时, 可采用水准仪光学测微法, 采用精密光学水准仪水平视线照准觇板标志, 并读记测微鼓分划值, 求出两岸高差。 (3) 当水准路线视线长度在500m~1500m时, 可采用水准仪微倾螺旋法, 使用两台水准仪对向观测, 用倾斜螺旋或气泡移动来测定水平视线上下两标志的倾角, 计算水平视线位置, 求出两岸高差。本次二等水准跨越长河处远大于1500m, 故未采用该方法进行跨河水准测量。 (4) 当水准路线视线长度在1500m~3500m时, 可采用经纬仪倾角法和测距三角高程法。
大桥桥址处河面宽约2.1km, 只有采用经纬仪倾角法和三角高程法。三角高程法是根据垂直角和水平距, 计算测站点与照准点之间的高差。具体作业时需将各站点形成闭和环, 以便平差计算。外业工作量较大, 精度易受外界条件制约。最终选择经纬仪倾角法。
经纬仪倾角法的基本原理是:用经纬仪观测垂直角, 间接求出视线水平时中丝在远、近水准标尺上的读数, 两者之差就是远、近立尺点的高差。此法的最长适用距离可达3000m。
观测近尺时, 如图1所示, 使望远镜中丝照准与水平视线最临近的水准标尺基本分划a, 此时的垂直角为α。则水平视线在水准标尺上的读数为:
式中a为望远镜中丝照准水准标尺上基本分划的分划线注记读数;d为仪器至水准标尺的距离;α为倾斜视线的垂直角。
对远尺观测时, 如图2所示, 使觇标的两标志线对称于经纬仪望远镜的水平视线, 并将觇板固定在水准标尺上。将望远镜的中丝分别照准觇板上的两标志线, 则水平视线在远尺上的读数为
式中a为觇板的下标志线在水准标尺上的读数, 可按觇板指标线求得;α, β为照准觇板标志时倾斜视线的垂直角, 用经纬仪的垂直度盘测定;l为觇板两标志线之间的距离, 可用一级线纹米尺预先精确测定。
3 大桥过河水准施测情况
选取了F1-F2 (河面宽约2000m) 、F3-F4 (河面宽约2100m) 两处作过河水准测量。两次均选用2台南方NTS-362R全站仪同时对向观测。
4 数据处理
两台仪器对向观测, 分别获得一个高差值, 同型号仪器、同时段, 我们假定天气条件对高差的影响相同, 只是方向不同, 两个高差值中包含的大气折光等引起的误差大小相等、符号相反, 将两个高差值相加并取平均, 所得的平均数将接近高差真值。
其中4月15日数据0.17763偏离算术平均值较大, 不予采用, 余下16组数据求算术平均值得过河点 (F1-F2) 高差为0.18905m n-1标准差为0.0027mm, 显示精度良好。
其中4月14日数据0.13454偏离算术平均值较大, 不予采用, 余下16组数据求算术平均值得过河点 (F3-F4) 高差为0.14223m n-1标准差为0.0033mm, 显示精度良好。
两处过河水准使大桥两岸的水准点形成闭合环, 将过河成果代入水准网平差, 整个水准网的精度较好。
5 误差分析及对应措施
5.1 误差来源
(1) 照准误差。
经纬仪倾角法通过观测角度计算高差。只有精确照准才能保证测量精度。由于河面较宽, 觇标在望远镜里很小, 标志线就更细小了, 如果觇标不够醒目, 即使寻找觇标都很困难, 更不要说精确照准。过河水准观测宜在风力微和, 气温变化较小的阴天进行。
(2) 大气折光。
当视线在大气层中通过时, 视线会发生偏折, 由于大气密度不断变化, 视线也就会成为一条曲率不断变化的曲线。大气垂直折光对观测垂直角影响很大。大气垂直折光系数K, 目前尚不可能精确确定它的数值。通过实验发现, K值在一天内的变化, 大致在中午前后最小, 也最稳定;日出、日落时数值最大, 变化也快。也就是说, 每次观测的数据中都包含由大气折光引起的误差, 而且误差值还在不断变化。
5.2 对应措施
(1) 选择良好的观测条件、观测时段。
我们可以选择风力微和, 气温变化较小的阴天观测, 最好把观测时间选在10时至16时。一方面, 便于观测;还有就是K值相对稳定, 有利于提高精度。
(2) 选择稳定而无突变的经纬仪。
过河水准测量时间较长, 稳定的仪器不仅可以保证数据的可靠性, 还可以降低工作强度, 保证测量精度。
摘要：本文基于笔者从事过河 (江) 水准测量的相关工程经验, 以笔者参与的河北某大桥过河水准测量为研究背景, 分析了工程实践中方法的选用准则, 给出了具体的施测情况和数据处理思路, 进而探讨了误差的来源和消除策略, 全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
关键词：经纬仪倾角法,过河水准测量,误差
参考文献
[1]廖晓和, 王炳南, 方元洪.跨河水准测量的一种新方法[J].科技资讯, 2002 (2) .
[2]叶斌.GPS RTK差分技术在供水管网测量中的应用[J].科技创新导报, 2010 (3) .
公路测量中怎样进行水准测量 篇2
关键词：公路测量,高程测量,导线,横断面,水准测量,仪器,方法
公路测量在公路工程中起着至关重要的作用, 随着社会科技的不断发展, 测量公路的仪器也在不断进化, 从上世纪80年代的钢尺、水准仪、经纬仪这种老式的测量工具到如今例如GPS、电子水准仪等先进的电子化技术, 公路的测量技术和方法越来越精进, 公路设计的质量也有大幅提高。
1 公路水准测量
公路水准测量是公路行业中最为常用的一种测量方法, 它包括了基平水准测量、中平水准测量和施工水准测量, 另外, 还有四、五等水准测量和等外水准测量, 具体使用哪种方法进行水准测量要取决于项目中工序的具体要求。
1.1水准测量的基本工作原理。水准测量的工作原理主要是利用了水准仪这项仪器, 在公路上提供一条水平视线, 并且测量出两地面之间的高差, 从而由已知点的高程和高差来推算另一个点的高程。假设已知地面A点, 设它的高程为HA, 那么已知地面B点的高程如果是HB, 首先就要测出两地面的高程差HAB。测出高差后在A/B两点之间设置水准仪, 并分别在A/B两点分别竖立一根水准尺, 通过仪器的水平视线来读取A/B两点的尺子读数a和b。所以, 我们可以得出:B点对于A点的高差即为HAB=a-b, 这里如果a的数值大于b, 那么高差就为正, 则说明A点高于B点;反之, 它们之间的高差就为负, 说明B点低于A点。实际上, 水准测量应用了很多的几何原理和应用, 它是一种利用水平线来测定两点间高差的一种测量方式。在公路工程的水准测量中, DS3自动水准仪是比较常用的一种先进的自动化水准仪, 它的精度超越传统手工测量工具的数十倍, 达到了3mm每公里的精度, 大大降低了公路测量后设计的偏差, 保证了公路的整体质量。
1.2水准测量中的误差。由于公路工程较为庞大, 水准测量中很容易造成误差。一般来说, 水准测量中所产生的误差可能来自仪器本身、测量者的观测水平或者周围环境的影响。1仪器误差。仪器存在误差在所难免, 水准仪在测量中出现误差主要是因为它所附带的望远镜视准轴出现了不平行于水准管轴的情况, 如此测量就会产生误差。尽管仪器都会经过严格的矫正, 一般当水准仪的角度校正发生残余误差时, 它就会影响距离观测。所以, 在测量前应该注意观察前、后视的距离保持在相当的状态下, 方可开始测量。2观测误差。在观测中, 如果水准仪的水准气泡不能达到居中的位置, 那么望远镜的视准轴就会产生倾斜, 造成最终测量结果的读数误差。读数误差取决于水准气泡的位置, 也决定着水准管分划值T。正常情况下, 水准管分划值的误差都在0.1T左右。按照公式m=0.1T·S/P, 如果设定DS3水准仪的水准管分划值为30°, 视线长度S为70m, 就可以测量出p=205256°, m就是0.387mm。所以, 在测量时, 只要能够将水准仪的水准气泡仔细居中, 并对视线长度进行修改和限制, 观测误差就能够基本清除。
2 水准测量的具体方法
我们对公路进行高程测量时应该把地球看作一个球体, 而不是椭圆球体。由于公路测量属于大地测量中的一种, 是对大地水准面和海水平均面的测量, 所以目前我国所采用最多的还是青岛验潮站所采用的黄海平均海平面高程零点和青岛零点, 他们被叫做黄海高程系统。水准测量的等级有四个级别, 从高级到低级进行设计。一般在公路的水准测量中, 都会采用三级和四级测量, 为我国的公路工程建设提供了必要的高程控制。
在水准测量前, 要将水准仪进行安置、粗平、瞄准、精平和读数, 这是为了确保水准仪能够处在一个精确的状态下, 避免测量过程中出现误差。安置是指将水准仪器安装在可伸缩的三脚架上准备观测。打开三脚架调到适合的高度, 然后用眼睛目测三脚架头保持一个大致的水平位置, 并固定三脚架。保证水准仪器的视线粗略水平后, 观察气泡的移动位置, 要让它与大拇指运动的方向统一, 保证水泡在仪器的正中位置。然后进行瞄准, 瞄准是利用望远镜对目标进行目测瞄准, 将望远镜的目镜调到最清晰的状态, 保证望远镜的照门与准星对准水准尺, 然后拧紧螺旋扣, 固定望远镜。最后是读数, 读数是用十字丝截取水准尺上的读数, 因为水准仪的读数都是从上而下进行, 所以要先读毫米级读数, 最后读出全部读数。
在测量过程中, 应该保证利用红黑尺进行测量, 其中黑尺底面数保持为0, 红尺两个底数要相差100mm左右。每个观测站的观测工序大体为:后视黑面尺并读取中、下、上丝的读数;前视黑面尺并读取中、下、上丝的读数;前视和后视红面尺, 然后读取中丝读数。注意整个过程都应该保证水准器中气泡居于正中, 否则会出现误差。
每个测量站的水准表读数都要做好记录, 基本原则是保证视线小于等于100m;前后的视距差d小于等于正负5m;红黑面的读数差小于等于正负3mm。每一个测试站检测完毕后, 都要马上进行数据的核算, 直到完全符合要求为准, 如果出现误差, 必须重测。
3 结语
水准测量在我国的公路测量工程中起着至关重要的作用。虽然我国目前水准测量已经达到了一个成熟的水平, 但是水准测量的关键并不在技术, 而在于测量者的测量态度。测量人员要坚持反复校正测量数值, 从而做到最终测量值的完全准确, 要对公路工程中的水准测量时刻保持重视, 这有利于我国公路事业的规范化发展建设。
参考文献
[1]王晓斌, 康宝军.浅谈公路水准测量[J].科技风, 2010 (17) .
[2]崔永辉, 王媛.公路测量中水准测量的误差来源与控制[J].科技风, 2009 (24) .
过河水准测量 篇3
1 电子水准仪的基本特性及问题分析
1.1 电子水准仪的基本特性
电子水准仪也叫数字水准仪是由电子图像处理系统与条码标尺共同构成的一体化光机电测的高科技产品, 将自动安平水准仪作为基础, 在望远镜光路中增加了探测器与分光镜, 采用普通标尺的同时它又能够像一般自动安平水准仪一样使用。目前电子水准仪有三大自动电子读数方法即相位法, 相关法, 几何法。跟传统的水准仪相比较, 电子水准仪有以下四点明显优势:
1) 速度快。与传统仪器相比, 电子水准仪的速度大约提高了三倍。它省去了许多的现场计算时间, 听记时间, 报数时间, 还有人为原因导致的重测频数和测量时间。2) 精度高。视距读数跟视像高均是在严格处理了大量的条码分化图像取得的平均数值组列而成的, 这个过程很有力的避免了因标尺分化误差造成的影响。3) 效率高。操作简便, 劳动强度较低, 前期只需按键和调焦就能自动读数, 视距还能自动检核与记录;后期处理完全电子计算化, 使内外业紧密统筹。4) 读数客观。不存在人为读数错误, 不存在误差误记问题。
1.2 问题分析
一般, 工程测量的应用主要范围是在民用建设跟各种工业生产。测绘方案追求合理化与科学化;测绘的过程更趋向于动态化, 集成化, 实时化, 智能化, 自动化以及测绘成果的呈现多样化, 即视化跟数字化, 这些是目前工程测量技术发展的明显特点, 其应用的领域也在日益的广泛化。依据工程建设的不同过程和建设目的, 工程测量一般涵盖以下多方面比如:工程检测与检测, 地形测量, 控制测量, 放样测量, 数据管理和数据的处理分析等。
2 问题措施
采用相位法 (DL-101C) 施测三等水准网的作业过程。
2.1 施测准备工作
1) 进行现场勘探点位, 划定水准线路。2) 标尺与仪器由国家检定单位检定合格, 在鉴定有效期内使用, 在施工现场投入使用前进行常规检查与校正。3) 出工前, 详细检查仪器记录模块内存与电池电量是否能够满足当天计划工作量。
2.2 施测具体步骤
1) 跟其他仪器一样, 架设仪器, 置平, 自动记录的情况下预先准备好PCMCIA卡。2) 调试机内预设程序对仪器进行方法设置———本次三等水准采用后、前、前、后方法的线路测量模式进行施测。3) 将竖丝瞄准水准标尺的中部, 使用调教旋钮调清标尺映像。4) 按meas键进行测量, 按上下方位键显示后尺前尺的视线高, 标尺与仪器的平行距离, 数秒后就会显示出标尺读数, 前尺后尺视线高差与累计高差, 前后视距差与累计视距差, 平距累计。5) 在第二站开始按等级水准观测同第一站顺序进行观测, 同样架设仪器置平, 按meas键测量, 如果观测数据等级限差超限时, 仪器屏幕会自动显示出错信息, 提示需进行重测本站。
2.3 观测数据处理
1) 观测数据的预处理
f为一对水准标尺每m长度的平均误差, Σh为本测段累计高差。用标尺尺长检定改正数乘以各测段高差值, 反符号加入往返测段高差中。
A是根据整条水准路线的平均纬度为引数查表得出来的, Hi为测段始末两点的近似高程平均数, 以米为单位, (Δ) ′为测段始末点纬度之差, 以分为单位。
改正水准路线闭合差, 在进行平差时予以改正。
2) 平差计算。采用清华山维软件将经过尺长和正高改正过的外业测段高差进行计算机平差。
2.4 电子水准仪与光学水准仪测量方法的比较
电子水准仪与光学水准仪两者都是依据水平视准线原理来进行的高程测量, 所以其两者的测量方法也基本是一致的。为满足不同工程用途与不同的测量精度要求, 仪器生产商则会根据用途与要求提供不同参数与多种测量方法的选择, 然这些大多是只适用于精密工程水准测量的。区域精密水准测量, 则应该按照地形变测量规范与一等水准测量的要求, 测量的顺序一般有如下几种:往测时为奇数站情况下采用后前前后, 为偶数站时采用前后后前;返测为奇数站时采用前后后前, 偶数站则采用后前前后。前后视距相等时, 结合上下午对称, 同线的往返测量和相应限差参数比如最小视高, 单站高差之差, 最大视距等要素来制约测量作业, 这样可以减少由仪器自身受热, 尺桩升降, 大气折光, 脚架下沉, 温度等系统误差及偶然因素导致的误差的影响。目前数字水准仪的测量顺序则不相同, 在水准测量中奇偶站观测顺序的交替对消除各种误差是重要的, 往返测量的奇偶站观测顺序的再交替, 使得测量更具有对称性, 而进一步提高了数据的精密指数。所以在使用数字水准仪进行区域精密水准测量的情况下, 可以适当修改一下规范作测量的顺序, 还有可以将仪器软件设置多种测量模式如αFBBF模式, 满足不同情况需求。
3 总结
目前, 工程测量技术在工程与城市规划, 勘察, 建设, 设计, 运营管理方面有着广泛应用, 在未来发展, 应进一步拓宽其应用服务的范围, 更好的服务于公众与社会。另一方面, 相应的质量安全体系急需建立与完善;特殊与大型工程测量项目的监理制的建立, 鼓励发展相关咨询行业, 这有利于工程测量成果的完备性与可靠性的保障。工程测量的未来发展也需要紧随现代制造技术, 计算机技术, 空间信息技术, 通讯技术的新发展的脚步, 开展与开发研究新工艺, 新设备, 工程测量新技术, 新方法来满足不同工程应用的新要求与新需求。宣传与推广方面应结合学术交流, 继续教育等多方式进行。
参考文献
[1]马春艳, 郭敏, 邹友峰.数字水准仪与光学水准仪的测量精度比较[J].测绘科学, 2010.
过河水准测量 篇4
关键词：GPS,静态测量,四等水准
1 概述
目前, GPS平面控制网在大量工程中已经得到了广泛的运用, 但是GPS高程却运用得不够, 人们期望着能够用GPS高程测量替代传统的水准测量, 从而达到减少野外水准测量的工作量的目的。本文对GPS高程测量的原理和方法进行了初步的探讨, 并结合实测量GPS高程测量应用的组成GPS水准混合网进行平差, 并将其精度与四等水准测量精度指标进行比较, 经实际工作验证, 拟合出的正常高程能够满足一般工程四等水准测量精度要求, 在一定程度上降低了生产成本。
2 GPS高程系统基本原理
2.1 GPS高程转换
由GPS相对定位得到的三维基线向量, 通过GPS网平差, 可以得到高精度的大地高差。如果网中有一点或多点具有精确的GS-84坐标系的大地高程, 则在GPS网平差后, 可求得各GPS点的GS-84大地高H84。大地高是由地面点沿通过该点的椭球面法线到参考椭球面的距离, 是一个几何量, 不具有物理上的意义。它通过与水准测量资料、重力测量资料等相结合, 来确定测点的正常高, 具有重要的意义。但在实际应用中, 地面点高程采用正常高系统。地面点的正常高Hr是地面点沿铅垂线至似大地水准面的距离。正常高系统为我国通用的高程系统有1956年黄海高程系和1985国家高程基准, 都是正常高系统。这种高程是通过水准测量来确定的。
大地高与正常高之间的关系式:Hr=H84-s
GPS高程转换的关键是求高程异常值s, 求得s之后才能根据以上公式将GPS大地高转换成我国目前实用的正常高, 才能在实际工作中加以应用。
2.2 拟合方法转换
2.2.1 二次曲面拟合法是在拟合区域内
的水准重合点之间, 按削高补低的原则平滑出一个二次多项式曲面来代表拟合区域的似大地水准面, 供内插使用。拟合范围越大, 高程异常的变化越复杂, 削高补低的误差也越大。平面拟合法使用范围比较窄, 要求拟合区域地势平坦区域范围较小, 似大地水准面接近一个平面, 它通过少量的已知固定点拟合出简单的平面模型来近似表示似大地水准面。多面函数拟合是一种纯数学曲面逼近方法, 它的出发点是在每个数据点上同各个已知数据点分别建立函数关系 (这种关系表现为一规则的数学曲面) , 将这些有规律的数学曲面按一定的比例迭加起来, 就可拟合出任何不规则的曲面, 且能达到较好的拟合效果。待定点是核函数和求解出的迭加系数的线性函数。很明显, 多面函数的解算具有最小二乘配置和推值法的性质。最小二乘配置法中的协方差函数是一种统计函数, 在高程异常资料稀少的地区很难确定。而多面函数的核函数可以按几何关系确定, 它是距离的函数, 且顾及了待定点和已知点间的相关关系, 起着权系数矩阵的作用。
2.2.2 采用的已知水准点越多, 拟合精度就越高。
在实际应用中, 对于线状的测区, 平均每4~8km应该有一个几何水准点参与拟合;对于面状测区平均每10km应该有一个几何水准点参与计算, 这些点应尽可能包围所有的拟合点。在地形复杂的测区, 应适当增加水准重合点观测。
2.3 测量实例
为论证GPS高程测量的可靠性, 我们在实际工程应用中的GPS控制网联测了四等水准测量, 布设了共12点E级GPS点控制网, 已充分考虑GPS网的图形强度, 使GPS网网型合理, 以提高GPS点的测量精度。观测仪器以南方9600型GPS 12台以静态方式按同步测量一小时以上观测, 同步图形之间采用边连接或网连接的方式进行观测, GPS接收有效观测卫星数均超过4颗, 卫星截止高度角采用150, 采样间隔为5秒, 卫星分布几何图形因子 (PDOP值) 均小于8, 观测成果以南方随机软件进行解算和拟合, 其成果精度符合规范的要求。在平差解算时以曲面拟合求算GPS高程, 曲面拟合时, GPS网内使用了四个水准联测点作起算, 四个水准联测点分布于四个测区, 能均匀分布和控制四个测区, 同时GPS网内的拟合高程以8个点的Ⅳ等水准高程作校核, 其基本情况如下表所示;
从上表可见, GPS拟合高程达到Ⅳ等水准精度。
3 结论
GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样, 是GPS测量应用的重要领域。特别是在山岭丘陵地区, 往往由于这些地区地形条件的限制, 实施常规的几何水准测量有困难, GPS高程测量无疑是一种有效的手段。采用的已知水准点越多, 拟合精度就越高。在实际应用中, 一定要增加已知水准点作为GPS平差网内的未知点和其求出的拟合高程作校核, 以保证其他未知控制点拟合高程的可靠性, 则完全可以用GPS高程拟合的方法代替四等水准测量
参考文献
[1]徐绍铨, 张华海, 杨志强, 王泽民.GPS卫星测量原理与应用[J].武汉测绘科技大学出版社, 1998.
[2]CH 2001-92.全球定位系统 (GPS) 测量规范