精密水准

精密水准（精选7篇）

精密水准 篇1

0 引言

我国是一个地震多发的国家, 地震活动比较频繁, 同时地震的强度也很大, 分布还十分广泛。对于地震带来的灾害, 大家都是印象深刻, 一般都会造成很坏影响, 国家对于这方面的重视也是很认真的。目前的地震监测手段主要是这几种:甚长基线干涉测量VLBI卫星测距、SLR、全球定位系统GPS和精密水准测量等方式。在实际的监测中有很多造成误差的原因, 以下就是针对这些误差进行的分析同时提出一定的解决方案, 供精密水准测量工作者参考。

1 关于仪器误差的分析

仪器误差一般包括角误差、气泡居中误差、水准尺刻画误差、水准尺每米长度误差、一对水准尺零点差引起的误差等等。在实际工作中由于现在科技的进步, 所以仪器和标尺准确度都相当高了, 在观测的时候工作人员需要在操作手法上进行规范。接下来主要是分析仪器中常见的一些问题和控制方法。

(1) 角误差。角误差一般就是我们说的视准轴和水准轴不是平行的状态, 在校正水准仪各轴之间的平行度之后, 调整水准仪, 保持前后视距的相等。I角保持不变, 这样可以有效消除误差;I角变化不大的时候这种误差相对的比较小, 一等精密水准一般不会超过 ±4s。

(2) 气泡居中误差。仪器中的气泡在实际工作中是很难完全居中的, 只能说是工作人员尽量保持气泡居中, 一般在工作中都是采用一半矫正法[1]。现在由于科技的进步, 比较先进的一些电子仪器也可以消除这种误差, 使用先进的电子水准仪, 可以有效消除这种误差。

(3) 水准尺刻划误差。刻尺在生产过程中可能会出现一些一些残次品或不合格的产品, 工作人员在使用的时候要避免这种产品, 发现之后应该及时更换呈准确的刻尺, 避免这种误差出现。

(4) 水准尺每米长度误差。f是水准尺每米间隔平均真长误差, h是一个测站的观测高差, 其改正数为a=fh, 对整个测段来说, ∑ a= ∑ fh, h为整个测段各个测站观测高差之和。对于水准尺零点差引起的误差可以通过测站总数为偶数来消除。

2 关于人为误差的分析

(1) 水准标尺不稳。水准尺在测量中必须要垂直于尺桩或者是尺台, 如果水准标尺发生偏移, 就会导致读数比实际值偏大, 累积下来就会使这一段的数值出现误差, 降低水准测量的精度, 如果误差严重, 很有可能返工重测[2]。为减小这种误差, 可以使用装有水准器的标尺, 可以有效减小标尺的倾斜程度, 降低误差影响。

(2) 三脚架不稳定。测量的设备要架在结石稳定的地面上, 如果地面不平就会产生误差, 所以在测量的时候先要用脚把地面踩实, 增加地面的稳定性和结实性。

(3) 尺垫或尺桩稳定性差。在转点如果尺标有下沉的现象, 后视读数就很有可能会增加, 这样就会导致严重的误差现象。工作人员为避免这种情况, 就应该把尺垫放在牢固的土壤里, 用往返测量的方式减小误差[3]。这样可以节省工作人员的时间。

(4) 视差. 十字丝平面和水准尺影像不重合就会产生读数上的错误, 工作人员在看的时候要小心调节焦距, 避免出现错误, 同时在观测的时候不可以经常调节焦距。为避免这种误差, 在观测的时候要保持前后视距相等, 或者保持在一定的范围内, 可以有效降低读数方面的误差。

(5) 照准和读数误差。水准尺上的毫米位一般是估读, 这对工作人员自身的专业素质要求就比较高了, 需要工作人员根据自己的工作经验进行估读, 读数的误差有可能会大, 也有可能会小, 一般的计算公式是:mv=60"D/vρ"。在这个公式中v是望远镜的放大率, 60"是人眼能分辨的最小角度。想要避免这种误差。就需要工作人员在读数的时候仔细认真, 防止出现类似的情况。

(6) 其他人为因素。水准仪和水准标尺的距离不应该太长, 在实际测量中, 坡度大的山路一般是10—20m, 平路为20—30m。夹十字丝要养成一个良好的习惯, 用眼睛定住十字丝, 一般来说往返的测量者应该是同一个人, 这样可以有效避免换人带来的误差。通常的读数顺序是:往测奇数站:后, 前, 前, 后;往测偶数站:前, 后, 后, 前。

3 对自然因素误差的分析

(1) 温度变化。温度发生变化, 水标尺很可能因热胀冷缩的原理发生变化, 造成读数出现误差, 这是自然因素, 工作人员本身是难以抗拒的, 所以在测量读数的时候要避免温度过高或过低的时候测量, 要选择一个比较合适的温度进行测量, 这样的出的数据是比较准确的。

(2) 大气折光引起的误差。空气中的温度如果不均匀就会产生光线折射, 这样仪器的视线就很难达到统一, 天气热的时候, 地面的温度比较高, 所以靠近地面的标尺就会变大, 为了避免这种状况, 一般都要求视线必须高出地面0.5m, 同时避免在中午前后观测。大气折光误差公式是:r=p/7=D2/14R。地球曲率和大气折光的影响是同时存在的, 两者读数的总影响值为f=p-r。

(3) 受水面反射的影响。观测时不可以让仪器和前后标尺三者共线, 要让仪器、前后标尺三者形成一条折线向前推进, 同时也可以缩短视距, 减小读数误差。在观测的时候要尽力避开比较大的振动源或者高压, 必要时可停止观测。

(4) 气候、热力、引力等影响因素。在观测过程中, 日月位置会发生变化, 测线方向变化等不可抗拒的因素会导致读数产生误差, 还需要我们进一步去研究、探索, 科技的进步会逐渐改善这些误差的影响。

4 结束语

引起精密水准测量的误差有很多因素, 包括仪器设备、自然环境、人为因素等多个方面。在实际工作中应该尽量, 取得最好的测量结果, 为地震监测提供准确的消息, 避免灾难事故的发生。目前我国对于精密水准测量的误差控制已经取得了初步的成效, 但是还需要更多的研究, 本文主要是对误差的控制提供了一个研究方向, 希望可以为测量工作者提供一定的借鉴意义。

参考文献

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[2]郝明.基于精密水准数据的青藏高原东缘现今地壳垂直运动与典型地震同震及震后垂直形变研究[D].中国地震局地质研究所, 2012.

[3]王利.地质灾害高精度GPS监测关键技术研究[D].长安大学, 2014.

精密水准 篇2

阐述了使用精密水准方法进行桥梁挠度测量的`基本原理,结合工程实例比较了3种精密水准挠度观测方法的精度,证明了精密水准方法进行桥梁挠度测量的优点和实用价值.

作 者：刘山洪 耿建莉 LIU Shan-hong GENG Jian-li  作者单位：重庆交通大学,土木建筑学院,重庆,400074 刊 名：重庆交通大学学报（自然科学版）  ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF CHONGQING JIAOTONG UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE) 年，卷(期)：2007 26(4) 分类号：P224.1 关键词：桥梁   挠度   水准测量   无基点观测   精度  

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精密水准测量中的误差分析 篇3

1 测量仪器本身的误差———技术掌握与多次测量

精密水准测量中的水准仪和全站仪自身的误差, 造成测量中的误差, 因为本身误差的持久性, 所以我们可以忽略不计。通过仪器的正确使用和校正, 通过自身技术的精确性与多次测量求取平均数, 我们可以获得最为真实的数据。此外, 外界环境与温度直接影响到仪器自身的测量准确性, 建筑前的地质勘探, 需要对当地的环境和气候条件进行分析, 为了测量的准确性, 仪器要进行先行的验证, 保证测量的准确性, 通过质监部门的二次检测, 然后投入使用。此外, 保证施工技术的合理达标, 使施工顺利进行, 保障质量和效率;其次, 不断提升施工质量与技术质量, 尽量采用新工艺和新设备;三是提升施工人员技术水平, 保证每个工作面的合理到位, 保证施工材料的质量合格, 避免施工错误和问题的出现, 对已经有的问题进行合理解决, 提高劳动生产率;最后, 技术管理就是为了降低成本, 以小博大, 实现效益最大化, 提升竞争力。

2 基础误差与施工误差———保证测量的准确性与连续复检

2.1 从源头上遏制误差存在

布置施工现场平面控制网及施工现场高程控制网, 在抄平立标尺、搬仪器, 在道路施工伊始, 我们测量人员就及时地进行测设放线, 而且有时测量工作中仪器、拉尺及配合人员的能力有限还达不到规范要求, 又要从根源找原因及时纠正, 做测量放线工作没有真正的节假日, 紧跟工程的流水段, 作先导工序, 基础的误差是由于测量自身的特性决定的, 它不能完全消除, 只能尽力做到准确。基础测量的误差直接影响到了道路施工的后续工作, 我们要做的是避免误差进一步扩大。就是严格按照施工图纸进行放线施工, 同时根据测量原则进行有效的复检, 有必要的时候要从零基准线进行有效的复测和重新计算。对于单个的数据我们要单独分析, 对于影响到全局的数据, 我们要从源头上进行测量和计算。

2.2 复核与二次检测

水平高度的基准检测线有可能产生误差, 这种误差直接影响到了数据抄平, 我们在水平检测二次复检的时候要做到多次求取平均值, 同时在水平处多设几个点, 便于以后的互相检测对比。为了使测量结果准确可靠, 在测量中应该尽力做到使测量链中硬件部分各个环节所引起形变最小, 这是测量的最小变形原则。

3 误差的图纸来源———严格控制数据准确性

3.1 根据图纸建立控制网

首先审核和掌握图纸, 都是看似简单的工作, 对此我们就可能存在麻痹大意的思想, 每一个工作的流程我们都要细心、细致;层与层之间的流水段, 是我们外业工作的基本工作, 那就要求我们要有耐心, 没有耐心是达不到测量规范要求的精度的, 工作的反反复复, 就要求我们必须要有恒心, 要有一种精益求精的精神;另外就是我们要有高度的责任心, 因为我们做的全部都是先导性工作, 如果我们放线工作都不精确, 那后面的工序更是无法做起。

测量的主要工作是测定和测设。具体说, 测量工作是通过水平角测量, 水平距离测量以及高程测量来确定点的位置, 那么当我们已接到施工图纸的时候, 就有必要研究其中的数据进行分析, 严格审核设计图纸, 制定施工测量放线方案, 布置施工现场平面控制网及施工现场高程控制网。

3.2 图纸的修改和审定要求精确

技术管理的第一步要从图纸开始, 图纸的编订和会审是技术质量部与工程部共同的技术任务。在工程开工前和开工后, 首先要做好图纸的编制和会审, 这是对工程技术达标的第一要求。对图纸技术的审定, 要结合现场实际, 进行尺寸、设计、样式、实施的合理性、与现场是否相符等审订, 保证图纸设计的准确性, 并且要使施工人员充分的熟悉了解, 更好的利用, 这样不容易出现施工问题, 减少后续矛盾, 避免二次建设和设计失误, 避免返工和技术的不到位。

3.3 保证工程质量, 提升精确度

测量数据的全面准确性, 就是严格按照施工图纸进行放线施工, 同时根据测量原则进行有效的复检, 有必要的时候要从零基准线进行有效的复测和重新计算。对于单个的数据我们要单独分析, 对于影响到全局的数据, 我们要从源头上进行测量和计算。由于图纸改动和现场实施的变动, 我们应该在测量的动态监测中体现出来, 不断进行计算和变动, 特别是在现场变动的情况下, 进行方案的优化实施。通过现场的测量勘探与检验, 检查工程的组织实施和执行情况, 通过图纸的审批检验和修正, 来优化施工技术方案, 提升工程质量和进度, 特别是在高层建筑过程当中, 更加需要有一个系统周密的方案, 保证其顺利的实施。都要结合施工实践去进行统筹思考, 对遇到的问题要进行合理的解决, 不断总结经验教训, 不但提升施工质量, 在传统的施工方式基础上不断创新改进。

4 提升测量准确性, 边工作边检核

建筑工程测量要边工作边检核。道路测量工作需要在各个阶段进行, 其测量结果的精度直接影响到建筑工程的布局, 成本、质量和安全, 尤其是在施工放样中, 如果出现测量错误, 就会造成难以挽回的损失。从上面测量的基本程序就可以看出, 测量是一个多层次, 多工序的复杂工作, 所以测量的过程不但会有误差, 有时还会出现错误。误差是测量工作中不可避免的, 但我们要使误差尽量的小。

所以我们测量工作中必须遵循“边工作边检核”的基本原则, 不管是在测量工作的外业, 还是在内业计算, 每一步工作都应该进行检核, 上一步工作未检核前不进行下一步工作。从以前的工作或是实践中就可以看出, 只要我们遵循边工作边检核的原则, 做好检核工作, 就可以大大减少测量成果出错的可能。

此外, 边工作边检核还可以及早的发现错误, 使我们测量工作的效率得到提高。在实际的施工当中做到严格要求与总结, 做到细致工作, 一丝不苟, 统筹安排, 进行合理协调, 同时不断进行优化, 建立起一套质量和技术的管理体系, 进行全过程的目标管理, 通过决策、设计、现场施工、竣工验收等几个阶段去进行技术的管控和有效的把握, 使各个阶段各个环节相互衔接、相互制约, 从而提升工程的整体质量水平, 测量务求精确, 施工需要责任心, 以求达到完美质量的程度, 进行有效的分析。

参考文献

[1]陆树斋.施工技术管理[M].华中科技大学出版社.2009:15-30.

精密水准 篇4

三角高程测量是指由测站向照准目标观测垂直角和它们之间的水平距离或者斜距, 计算测站点与照准点间高差的一种方法。这种方法以它的测量时间、生产效率、经济效益优于几何水准测量得以广泛应用, 尤其在山区作业, 几何水准测量非常困难, 三角高程测量发挥了很大优势, 解决了几何水准测量难以解决的高程传递问题［1-6］。随着测绘仪器的不断更新, 测量机器人的出现使得三角高程测量精度得到了很大的提高, 通过一些特殊的观测方法, 精密三角高程测量在山区可以代替二等水准测量, 从而进行精密高程控制测量。

1 精密三角高程测量的原理

如图1 所示, 为了测量点A到点B的高差, 在O处安置全站仪、A处安置棱镜, 测得OA的距离SA和垂直角 αA, 从而计算O点处全站仪中心的高程HO:

然后再在过渡点I1处安置棱镜, 测得OI1的距离S1和垂直角 α1, 从而计算I1点处高程H1:

点A和点I1高差为hO1:

然后在下一个转点IO1处架设仪器, 将原A点的棱镜架设到I2, I1处的棱镜旋转与O1处的全站仪对准。同理可计算出I1和2两点高差h12

同理可得第I点与B点的高差hiB为:

点A和点B高差 ΔHAB为:

从式 (6) 可看出, 在求得点A和点B高差的过程中已消去了转点棱镜高, 并且与仪器高无关, 也就不存在量取仪器高的问题, 只需精确量取起点和终点的棱镜高, 从而大大减小了量取仪器高和棱镜高而引起的误差和工作量。

2 精密三角高程测量的精度分析［7-12］

单向观测三角高程测量精度分析高差的计算公式如式 (7) 所示:

式中:

Δh—三角高程测量的高差;

s—仪器到棱镜的斜距;

α—垂直角;

k—大气垂直折光系数, k=1.14;

R—地球平均曲率半径, R=6370km;

i—仪器高;

v—棱镜高。

单向观测三角高程测量高差的误差公式如式 (8) 所示:

从式 (8) 可知, 单向观测三角高程测量高差的误差与距离、垂直角的误差, 大气折光误差和量测仪器高、棱镜高误差有关。其中:

①测距误差对高差的影响与垂直角 α 有关, 一般中短程全站仪的测距精度为mD= (5+5×10-6D) mm, 它对高差精度的影响很小。

②测角误差mα对高差影响随着水平距离的增加成正比例增大, 其影响远远超过测距误差, 是制约高差精度的主要误差来源。

③从大气垂直折光误差mk2的公式可以看出在距离不大时, 其对高差精度的影响很小。

④对于改进的三角高程测量方法, 由于只在起始点量测仪器高、棱镜高, 故只考虑起点和终点的量高误差, 所以式 (8) 中认为可去掉mi2和mv2两项。

故点A与点B之间高差的计算公式为:

点A到点B高差中误差mΔhAB的计算

3 棱镜改进

改进后的觇标如图2 所示。

改进原理如图3 所示。

由几何知识可得:

展开并合并:

有

令

则

令l=100m, β=10°, a=0.04m。求得 Δ≤2″。因此在实际测量中, 在一定条件下可不计 Δ, 认为 (β+v) /2= α, 所以在一个测站中测角中误差为:

由于

因此可以通过对棱镜的改进, 提高测角的精度。

4 应用实例

采用GTS-602AF全站仪和改进后的棱镜。GTS-602AF全站仪的测角精度为2″, 测距精度为± (2mm+2ppmD) 。按照表1的技术要求对一个闭合路线进行观测。

在河南理工大学新校区, 笔者测了1.3km的一个闭合环, 测段数为6, 最后结算的闭合差为0.4mm, 符合二等水准测量的限差要求4.65mm (±D1/2) 。

5 结论

这种精密三角高程测量的新方法, 其优点是仪器可以任意设站, 只需量取始终两点的目标高, 减少了误差来源, 提高了精度, 还提高了工作效率。其和传统的水准测量相比, 在交通不便的山区, 具有便于布设测线和提高施测速度的优越性。因此, 在一定条件下, 精密三角高程测量可以替代二等水准测量。

参考文献

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[6]贾中甫, 杨郁, 冯启俊.精密三角高程代替二等水准测量的研究与实践[J].测绘信息与工程, 2012 (37) :15-17.

[7]刘燕青, 温超.精密三角高程代替二等水准测试方案[J].西部资源, 2012 (3) :162-163.

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[9]杨珂.全站仪精密三角高程法对二等水准测量的技术探究[J].科技资讯, 2012 (26) :49.

[10]李凯, 石力, 朱清海.应用精密三角高程测量替代二等水准测量[J].城市勘测, 2012 (5) :89-93.

[11]葛忠土.精密三角高程在大瑶山隧道二等水准测量中的应用[J].铁道勘察, 2009 (35) :22-25.

精密水准 篇5

关键词：GPS高程,水准测量,精密工程测量

GPS是伴随着现代科技的发展而兴起的以卫星为基础的无线电导航、定位技术, 它被广泛应用于测绘行业各个领域。到目前为止, GPS技术能为各类用户提供精确的三维坐标, 即大地经度L、大地纬度B、大地高H。国内外应用GPS定位技术, 大都局限于解决平面坐标问题, 对大地经度L和大地纬度B可以使用严密的数学公式将其转换成高斯平面坐标X、Y, 而大地高这一几何量并不是大多数期望所需要的, 人们需要的是具有物理属性的正常高。GPS在高程控制测量方面还处于探索阶段, 生产实践中又急需此项技术以解决GPS高程应用问题。施测GPS大地高高差与水准高差进行了比较, 对GPS大地高高差代替水准高差进行了有益的探索。

1 GPS高程测量原理

1.1 高程系统

大地高程系统:是以椭球面为基准面的高程系统。大地高的定义是, 由地面点沿通过该点的椭球面法线, 到椭球面的距离, 用H表示。大地高是一个几何量, 不具有物理意义, 利用GPS定位技术, 可以直接测定观测站在WGS-84中的大地高。这一高程系统, 在工程技术上虽然没有广泛的应用, 但是它在与水准测量资料、重力测量资料相结合, 来研究大地水准面的形状方面, 或在结合高程异常资料, 来确定点的正常高方面, 都有重要意义。

正高系统:由地面点并沿该点的铅垂线至大地水准面的距离称为正高, 用Hg表示。正高具有重要的物理意义, 但不能精确测定。所以它在水利建设、管道和隧道建设等精密工程技术方面, 有着广泛的应用。

正常高系统:地面点到似大地水准面的距离称为正常高, 用Hr表示。似大地水准面和大地水准面十分接近。地面点的正常高不随水准测量路线的变化而变化, 是唯一确定的值, 其具有重要的物理意义, 而且可以精密确定。该系统对工程技术方面的应用来说, 同样具有极其重要的物理意义。

1.2 高程异常

似大地水准面与椭球面之间的高程差, 称为高程异常, 通常以ξ表示, 如图1所示。正常高与大地高之间的转换关系为:Hr=H-ξ

式 (1) 只是表示近似值, 还应该考虑参考椭球面法线与铅垂线偏差的影响, 但由此引起的高程异常一般不超过±0.1mm, 完全可以忽略。

1.3 GPS误差来源

GPS水准高程的精度主要取决于GPS大地高测量的精度及高程异常的拟合精度。GPS测量中大地高的精度主要受GPS卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备的影响, 如, 卫星分布不对称、对流层延迟改正后的残差的影响、星历误差、电离层延迟改正误差等。因此, 要提高GPS水准高程的精度, 就要解决好以上几个方面的问题。

1.4 高差比较的方法

中国目前常用的高程基准为正常高系统 (包括1985年国家高程基准和1956年黄海高程系) , 其基准面为似大地水准面。常规施测的水准高程是相对于大地水准面的高差。

GPS定位技术测的高程是大地高系统, 是相对于参考椭球面 (即WGS-84椭球) 的高差。

由图1可知:Hr=H-ξ (式中:Hr为正常高, H为大地高, ξ为高程异常) , 即Hr1=H1-ξ1, Hr2=H2-ξ2;1﹑2两点的高差可表示为:h12= (H2-H1) - (ξ2-ξ1) 。

在1﹑2两点较近的情况下, 垂线偏差﹑区域密度﹑重力异常可以认为是一致的, 故ξ2-ξ1基本上为0, 可以忽略不计。也就是说, 在局部地区两点间的正常高高差等于两点间的大地高高差。

为了证明这些, 结合在兰州交通大学的一些点的测量, 对照已知点来说明。

2 GPS点与实测三等水准 (精密水准测量) 试验

2.1 仪器配置

(1) 精密水准仪一台, 铟瓦尺一副, 钢尺。

(2) 四台双频GPS接收机 (E640) 。

2.2 水准仪与GPS的测量方案

(1) 测量地点:

本次试验在兰州交通大学校内进行, 选在比较空旷的地点, 如图2所示。

(2) 水准测量:

按照编号的顺序依次进行测量, 由于铟瓦尺的测量距离小于60m, 因此必要时加设一些点。

(3) GPS测量:

4台GPS接收机采用边连式, A1→A4﹑A1→A6为公共边。四台接收机同时测量, 连续观测1h。

2.3 水准仪与GPS的测量数据比较

在所测区域, 两点间进行高差比较, 其高差近似看作正常高高差, 见表1。

从表1中可以看出:A2→A3﹑A4→A1﹑A6→A5﹑A6→A7﹑A8→A1相差较大, 原因主要可能是水准仪观测时垂直折光差的影响, 也可能是接收机距离较大等影响。

利用水准测量结果和GPS大地高高差成果分别计算三个闭合环, 见表2。

从表2可以看出, 利用GPS大地高高差和利用精密水准测量测得的高差所得的闭合差有一定的差别, 但在允许的范围内。

3 结论

通过本次利用GPS大地高高差和精密水准测量的高差比较, 得出以下结论:

1) 小区域内采用GPS大地高高差代替精密水准测量高差成果可靠, 虽然比精密水准仪测量的精度低, 但精密水准仪在60m的范围内 (铟瓦尺的测量范围) , 必要时就要加设点, 这样就增加了工作量, 人为误差的可能性增大。

2) 利用GPS大地高高差提高了效率, 而且用GPS接收机使用简单, 工作量小, 精密水准仪对应使用的铟瓦尺要求尺水平, 而且稳定, 在地形崎岖的地区增加了工作的难度。

参考文献

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[2]胡伍生, 高成发.GPS测量原理及其应用[M].北京:人民交通出版社, 2004.

[3]刘卫国.Matlab程序设计教程[M].北京:中国水利水电出版社, 2006.

[4]熊志昂.GPS技术与工程应用[M].北京:国防工业出版社, 2005.

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[8]蔡群, 张书毕.基于Matlab的GPS水准高程拟合程序设计[J].科技资讯, 2006 (32) .

[9]魏学文.曲面拟合原理在GPS高程测量中的应用[J].科技情报开发与经济, 2006 (22) .

[10]潘宝玉, 丁先伟.GPS水准高程拟合的精度研讨[J].地矿测绘, 1996 (3) :1-5.

精密水准 篇6

关键词：水准测量,误差,措施

水准测量是将标尺放在尺桩或尺台上传递高程的。在测量过程中, 尺桩或尺台的上升或下沉给测量成果带来的误差是精密水准测量的一项重要误差来源。下面简单介绍一下这种误差的性质、大小及其对水准测量成果的影响, 并提出一些在测量过程中减少这种误差来源的具体措施。

1 尺桩 (或尺台) 位移对水准测量成果的影响

水准测量过程中, 尺桩上升或下沉给水准测量带来的误差, 可以用测站误差和转点误差来表示。所谓测站误差是指观测前标尺或后标尺时, 由基本分划读数到辅助分划读数的时间间隔内尺桩的垂直位移, 用△前和△后表示。所谓转点误差是指由前一测站前视标尺的辅助分划读数到下一测站的后视标尺的基本分划读数这一时间间隔内尺桩的垂直位移, 我们用△表示。下面我们推求水准路线上测站误差和转点误差的作用规律。

假定水准测量中, 除尺桩位移产生的误差外, 不存在任何其他误差来源。为了推求尺桩位移对测段往返测高差平均值和往返测高差之差的影响, 我们采用下列符号:

─没有尺桩位移的后标尺和前标尺之基本分划读数和辅助分划读数;

─含有尺桩位移的后前标尺读数;

─按基本分划读数和辅助分划读数算得无尺桩位移误差的测站高差;

─含有尺桩位移误差的测站高差;

△前、△后─前、后标尺之测站误差;

△─转点误差。

先考虑一个测站上测站误差的影响:假定由于尺桩 (或尺台) 下沉带来的误差△前、△后和△为正, 上升时为负, 则有如下关系式:

基辅高差之平均之为:

式 (3) 是一个测站上测站误差的影响。其次再看一个测站上测站误差和转点误差的联合影响:转点误差△是由于尺桩在上一测站读数到下一测站的时间间隔内产生的位移, 即和含有误差△, 故 (1) 式表达为:

则△h为一个测站上的转进点误差。在一个测段上, 除第一站和最后一站外, (6) 式都是正确的。假定测段上共有n个测站, 故由 (6) 式得测段之往测观测高差为:

令往、返测尺桩位移总和以∑△h往和∑△h返表示, 即∑

则由, (8) , (9) , (10) 式得往、返测观测高差之平均值:

往、返测高差之差:

式 (11) 和 (12) 是尺桩位移对水准测量成果影响的数据表达式。

假定往、返测位移性质和大小完全相同, 即∑△h往=∑△h返, 则在往返测平均高差值中将消去尺桩位移的误差。实际上往返测之尺桩位移不会完全相等, 故在平均高差中尚存在尺桩位移的残余影响。由 (12) 式可知, 在差数d中, 含有往返测尺桩位移之总和, 若误差是由于尺桩下沉而引起的, 则d为正, 若是由于尺桩上升而引起的, 则d为负。

2 测站误差和转点误差

(1) 在中等密度的土质中, 尺桩安置10分钟后测定的测站误差和转点误差为:△前和△后为正值 (下沉) , 位移量很小, 平均近于0。主要取决于立尺时尺桩的突然上升, 平均值为-5μ。所以, 一个测站上转进点误差约为-5μ。

(2) 大雨过后天气刚晴, 由于太阳的照射, 尺桩和尺台上升有显著增加, 尺桩打入后10分钟内可达100μ, 10分钟后仍有明显的上升。

(3) 在水泥路面上, 尺台没有上下移动现象, 但在柏油路面上, 立尺后一直下沉, 15分钟可达70μ, 取尺后完全不恢复。即使在天气不太热, 路面不很软时, 测站误差和转点误差也都很大。

(4) 尺台的测站误差和转点误差都是正值 (下沉) , 重型尺台的△前、△后和△一般都小于-2μ, 最大-6μ。所以一个测站上△h小于+2μ

3 减弱尺桩和尺台误差的具体措施

精密水准测量大都采用尺桩和尺台作转进点, 普遍存在的水准路线闭合差的负值积累, 就是由于尺桩和尺台在立尺时突然上升而带来的转点误差造成的。

(1) 为了使平均高差中尽量减小尺桩、尺台位移的影响。往返测量必须沿同一路线和在相同的条件下进行, 在大雨刚过后, 不宜马上进行作业。

(2) 一个水准测量组配备五副尺台, 观测过程中始终保持有四副尺台预先打入土中, 以保证所有尺台在打入土中10分钟以后观测。

(3) 选择较重的尺台, 二等以上水准测量, 尺台重量不小于5kg。

(4) 选择适合的尺台位置, 地面有浮土, 应清除浮土, 把尺台角砸入土中, 尺台中央尽量悬空。

精密水准 篇7

跨河水准测量是大地测量和控制测量中跨越江河水域进行精密高程传递的主要手段。根据《国家一、二等水准规范》,若视线长度超过100m时,跨河水准测量的主要方法有光学测微法、倾斜螺旋法、经纬仪倾角法和测距三角高程法等。同时规范对宽水域跨河水准测量场地的选择、技术要求、观测方法以及作业措施均有相应的规定,以保证跨河水准测量的实施精度。规范规定跨河视线大于500 m时,两岸仪器的视线距水面的高度应不低于;两岸仪器至水边的一段河岸其距离应近于相等,其地貌、土质、植被应近于相似等[1]。由于规范所述跨河水准测量中对向观测分别为两台仪器到两岸水准尺(棱镜)之间,并不是同一视线,此规定是为保证跨河水准测量对向观测视线在基本一致的大气环境中,以削弱大气折光的影响。本文在二等跨河水准的测距三角高程测量中,通过对仪器的改装以及测量方法的改进,实现了两台仪器间跨河视线的同时对向观测,大大削弱了大气折光的影响。这样的改进降低了测量对现场条件的要求,简化了作业过程,提高了作业效率。

1 精密三角高程测量原理

三角高程测量的精度主要受高度角观测精度的限制和大气折光的影响。自动照准的高精度全站仪的出现为提高三角高程测量的精度,满足高精度水准测量要求提供了可能性[2]。

精密三角高程测量按三角高程测量基本原理,采用两台自动照准的高精度全站仪,经改装后,照准棱镜固定在全站仪的把手上。进行同时对向观测,其高差计算公式如下:

式中,SAB、SBA为A、B两点的平距,αAB、αBA为竖直角,iA、iB及vA、vB分别为仪器高和目标高,KAB、KBA为大气垂直折光系数,R为地球曲率半径。

式中为大气垂直折光对高差的影响,当同时对向进行竖直角观测时,可认为对向观测的高差受大气垂直折光的影响很小或不受大气垂直折光的影响。同时在一个测段观测中,对向观测的边为偶数条边,在测段的起、末水准点上(仪器到水准点的距离为米)立高度不变的同一棱镜杆,以避免量取仪器高和觇标高。这样,对向观测的高差计算公式为:

hAB=0.5*(SABtanαAB-SBAtanαBA)

在起始站和结束站上高差计算公式为:

hAB=SABtanαAB

2 某跨河段测量实施

2.1 观测路线的布设

合肥至蚌埠高速铁路线路中某跨河段,南北两岸线路附近两个已埋标石的水准点(CPI014、CPI015)之间距离约为2 km,两点在连线方向离各自河岸约200m,两岸地势平坦,两水准点地面处离水面高度约为3m。

为缩短跨河距离,在两岸靠近岸边处选择临时点ZS1、ZS2,用大木桩作为标点,在其顶面打入大铁钉作为标志。CPI014、CPI015和ZS1、ZS2点的分布图见图1。

CPI014与ZS1之间高差以及ZS2与CPI015之间高差均采用精密三角高程测量方法观测。ZS1与ZS2之间高差采用跨河三角高程测量方法观测。

2.2 仪器改装和觇牌设计

采用两台日本索佳NET05高精度全站仪,测角精度为0.5s,测距精度±(0.8+1ppm),单棱镜测距范围3500m,自动照准测量范围1000m。精密三角高程和跨河三角高程测量对仪器进行必要的改装及制作。改装后的仪器如图2、图3所示。在NET05的把手上装上连接器,连接器既可在仪器上安装棱镜,用于跨河测量的距离观测以及精密三角高程测量方法的观测,又可在仪器上安装觇牌,用于跨河三角高程测量中的竖直角观测。觇牌的制作要求为牌面上有大小两个标志,大标志为长条形(图3中所示为白色觇牌上的红色条纹)用做长距离竖直角观测的照准标志;小标志为两个对角为30°的三角形(图3中所示为觇牌红色条纹中的白色标志)用做短距离竖直角观测的照准标志,要求两标志中心重合。

2.3 观测方法

跨河段水准测量按精密三角高程测量方法,但河宽已超出全站仪自动照准范围,采用人工观测竖直角。考虑到进行多组观测,在点ZS1与ZS2之间选择1、2、3三个点,以标定全站仪的中心位置。各站观测前测定温度和气压,在全站仪上设置,对边长进行改正。观测步骤如下(如图4所示):

(1)起点观测

在1点架设全站仪,在点ZS1上架设棱镜杆(起、末点为同一根杆,长度不变),进行平距和垂直角观测,观测两测回。

(2)对向观测

对向观测测段采用距离观测与竖直角观测分别进行的方式进行测量,在每测段竖直角观测之前进行距离观测,用全站仪正倒镜测量各段的平距,每次照准四次读数,取8次读数的平均值。

竖直角观测按以下步骤进行:

1)在1、2点上架设全站仪,进行对向观测。分别观测4个测回,每测回盘左、盘右各4次照准读数取平均值,竖直角测回互差限差为5s,此为第一组观测。

2)重新架设1点上的全站仪(升高或降低仪器),对ZS1上的棱镜进行起点观测。改变对向观测的观测顺序,同样观测4个测回,此为第二组观测。

3)重复1)、2)两步,共测8组。在观测过程中,只改变1点上的全站仪,2点上的全站仪不变。

4)测完8组后,将1点上的仪器搬到3点架设,进行2点~3点的对向观测(仍观测觇板),观测2个测回。

(3)末点观测

在3点上对ZS2上的棱镜观测,观测2个测回,要求进行往返观测。

CPI014与ZS1之间高差以及ZS2与CPI015之间高差均采用精密三角高程测量,距离及竖直角观测均采用NET05+棱镜由全站仪自动照准进行观测,并进行了往返观测,其观测方法与上述方法类似,故不再赘述。

2.4 测量数据及精度分析

对外业采集数据进行计算并分析精度,按《国家一、二等水准测量规范》,二等水准测量每千米全中误差为2mm。跨河段总长约为1.9km,测量中误差应不大于

该测量为8组,取其平均值,则每组测量中误差应不大于

二组之间最大允许差值为

水准点CPI014至ZS1段以及ZS2至CPI015段往返测结果如表1所示。

跨河段8组观测高差结果如表2所示,其中8组高差平均值为0.63317m,中误差为1.72mm。

该次测量CPI 014到CPI 015之间高差为0.2618 m,跨河段8组平均值高差中误差为1.7 mm,各组观测值间最大互差为12.7mm,小于限差。该段跨河水准测量于2009年2月下旬施测。后来由工程局采用几何水准测量,按二等水准测量技术要求绕行约23km进行复测,复测CPI 014到CPI 015之间高差为0.2648m。复测与初测高差之差为3.0 mm,小于规范所定的的二等水准限差。该次跨河水准测量精度无论内符合精度还是外符合精度均满足二等水准测量精度要求。

3 结论

采用测距三角高程法进行宽水域跨河水准测量时,往往对测量现场条件要求较高,且观测过程相对复杂。本文选用高精度测量机器人并对其加以改装,实现了两台全站仪之间跨河视线的同时对向观测,削弱了大气折光的影响。采用设定的测量方法,避免仪器高和觇标高的量取。从而简化了作业过程,提高了作业效率。同时针对某跨河段测量实施进行介绍,分析了二等水准精度下该方法实施的技术指标,并取得了理想的测量结果。

摘要：参照《国家一、二等水准测量规范》,在二等跨河水准的测量(测距三角高程法)中,采用两台全站仪同时对向观测,大大削弱了大气折光的影响,简化了作业过程,提高了作业效率。为保证测量精度,对每次对向观测的测量精度进行了分析。

关键词：精密三角高程测量,跨河水准,测量机器人

参考文献

[1]GB 12897—2006.国家一、二等水准测量规范[S].

[2]武汉大学,铁道第四勘察设计院.精密三角高程测量方法研究(鉴定材料)[R].2007.

[3]王知章,潘正风等.三角高程测量在高铁特大桥无碴轨道施工测量中的应用[J].工程勘察,2009,(9):66～68.