精密跨河水准测量方法与数据处理_刘忠林
第32卷第4期2009年8月
测绘与空间地理信息
GEOMATICS&SPATIALINFORMATIONTECHNOLOGY
Vo.l32,No.4
Aug.,2009
精密跨河水准测量方法与数据处理
刘忠林,薛维刚
1
2
(1.黑龙江第一测绘工程院,黑龙江哈尔滨150086;2.新疆维吾尔自治区第一测绘院,新疆昌吉831100)
摘要:跨河水准测量的方法与通常情况有较大区别,且精度不易把握,本文综合介绍跨河水准测量的基本方法
及数据处理。
关键词:跨河水准;测距三角高程;数据处理
中图分类号:P224.1 文献标识码:B 文章编号:1672-5867(2009)04-0204-03
PreciseMethodofRiver-crossingLevelingandDataProcessing
LIUZhong-lin,XUEWei-gang
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2
(1.TheFirstEngineeringInstituteofHeilongjiangBureauofSurveyingandMapping,Harbin150086,China;2.TheFirstSurveyingandMappingInstituteofXinjiangUygurAutonomousRegion,Changji831100,China)
Abstract:Themethodofriver-crossinglevelingismuchdifferentwiththegenerallevelingmethodandtheaccuracyisdifficulttoreach.Thispaperintroducesthebasicmethodanddataprocessingofriver-crossingleveling.Keywords:river-crossingleveling;trigonometricleveling;dataprocessing
0 引 言
通常在进行水准测量时,以其短视线和前后视线等
距以及时空对称的测量方式,来排除或者削弱以折光差为主的多项干扰,得到较高精度的观测结果。但是在需要通过一些障碍物如江河、湖塘、宽沟、洼地山谷等时,其视线长度比一般情况长得多,并且前后视距不能保持相等,在观测过程中也不能保持时空对称,由于这样的观测条件使得各种干扰项的误差很大,严重影响精密水准观测结果以及相应的精度。为使得高程传递精度和常规水准测量基本一致,需要采用特殊的方法和设备,完成跨越障碍物的测量。
目前我国采用以下几种方法来进行跨河观测:直接法、光学测微法、倾斜螺旋法、经纬仪倾角法、测距三角高程法等。其中直接法用于宽度不大的障碍物,而GPS水准目前刚刚得以运用,精度不是很高,需要进一步发展与运用。其他三种方法是使用比较多,技术比较成熟的方法,经常运用于各种跨越障碍物观测。
数字水准仪,经检验发现其测量中误差随视线长度的增长而迅速增大,所以不适宜进行跨河水准测量。
1 基本要求
1)观测前半小时将仪器置于露天阴影下,使仪器温
收稿日期:2009-05-30
度与外界温度趋于一致。两岸间转移测站时,应保持视轴位置不变。尤其在使用水准仪时,要确保调焦透镜和平行玻璃板测微器的位置不变。
2)2台仪器作对向观测,要确保同步进行,尤其是两岸间跨河视线的观测,应使用话机或其他约定信号联络,做到同时开始和同时结束。一方提前完成规定读数次数后,仍应急需进行,直至对方完成为止,再均匀舍去多余观测结果。
3)跨河水准观测数量以测回为单位。1台仪器在一岸读定同岸标尺(近标尺)和对岸标尺(远标尺)的观测构成半测回,两岸完成构成1个单测回。2台水准仪作对向观测,每完成一岸的观测须迁移到对岸再作对向观测。两岸仪器同时对测的2测回,构成1个双测回。由于仪器的i角不能在单向观测值中消除,测回以同一仪器的上、下半测回的观测组成。这样在测回间的比较中只剩折光差的影响。使用经纬仪观测时,i角影响能在单向观测值中消除。2套经纬仪对向观测时,以同步观测的两岸各半测回组成1测回,测回间的比较中只剩下折光差的残余影响,对观测的组织安排也有利,可以连续地在一个岸上进行多组、多测回跨河水准观测,充分利用有利的观测时间,也不作组成双测回的要求。
每半测回中对近标尺只读2次,对远标尺的观测则按视线长度读数若干次,以提高观测精度。每读数4~5次
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构成1组读数。为了减弱折光差的影响,采用多时段测量。
以上1),2)两项操作组成1台仪器的半测回。两岸仪器同时对测组成1个测回。两岸对测时可以只在上、下午间调岸1次。同一时段可连续观测下、依测回其间应间歇15min左右,以使得各测回的观测环境多样化,保持观测值的独立性。
每测回间应核对觇板指标线在标尺上的读数。
2 各种方法的观测程序
2.1 光学测微法
1)在测站整平水准仪,照准近标尺(本岸标尺)的基本分划线进行2次读数。
2)照准远标尺(对岸标尺),待精密整平仪器后,使测微器读数居于全程靠近中央的位置,指挥对岸的扶尺员移动觇板,待觇板移到水准仪十字丝中央时,扶尺员将觇板指标线精密对准标尺最近的基本分划线中心,固定觇板。观测员岸光学测微的方法精确照准觇板分划线,并读记测微器格值,重复照准5次读数,组成1组观测值。完成1组的测微器读数后,记录员再要求扶尺员报告觇板在标尺的位置读数,记入手簿。
以后每组的观测,都应重新对准标尺基本分划线按相同的程序完成。
以上1),2)两项操作,组成1测回的上半测回,应立即将仪器迁往对岸进行下半测回。下半测回的观测顺序是先观测对岸远标尺,再观测本岸近标尺。
3 成果的验算
跨河水准测量是以每个测回为高差的计算单元,只检验高差间不符值和图形闭合差两项差值,各项中误差只作资料留用,不设限差。
3.1 测回间的高差不符值
采用的各项测回高差间的互差dH,不应大于下式计算的限差:
dH限=4#M$#S(1)
式中:M$)))每千米水准测量的偶然中误差限值,单位为mm;
N)))2台水准仪对向观测时组成的双测回数。若不能组成双测回时,以单测回数计;
S)))跨河水准视线长度,单位为km。任意2测回高差之差的极限误差应为:
dH限=3@2@M$
#SU4#M$
#S(2)
2.2 倾斜螺旋法
1)整平水准仪后,观测近标尺,按光学测微器法对基
本分划线进行2次读数。
2)使测微器居于量程中央位置并固定(在对远标尺的观测过程中保持不变)。照准远标尺,旋转倾斜螺旋自上而下依次照准觇板上的2条分划线。读取倾斜螺旋分划鼓或符合水准器两端的数值(对于只能读倾斜螺旋分划鼓的水准仪,还应同时读取2次气泡水平时分划鼓的数值),再自上而下按相反方向和顺序照准2条分划线读数。如此往返1次构成1组观测。每组观测中,同一标志的读数差,不应大于2d,用倾斜螺旋分划鼓测得的4次水平位置读数互差,不应大于0.8d。若超过限差,须立即重测全组观测值。
以上1),2)两项操作,组成1测回的上半测回,应立即将仪器迁往对岸进行下半测回。下半测回的观测顺序是先观测对岸远标尺,再观测本岸近标尺。2台水准仪同时对测的2个测回,构成1个双测回。
3.2 图形闭合差
采用大地四边形布设跨河水准测量时,各边的观测高差构成3个独立闭合环。同一时段观测的各环线闭合差不应大于下式计算的限差。
W限=6#MW(3)
式中:MW)))每千米水准测量的全中误差,单位为mm;
S)))跨河水准视线长度,单位为km。
每个观测时段结束后,应计算独立环线闭合差,以便及时发现粗差和误差过大的观测值。
每个时段的观测由若干个测回组成,每个边的各测回均可构成闭合环线,按下式求得每个时段的全中误差。M时=MH/n=MWL(4)
式中:M时)))每时段高差的全中误差,单位为mm;
MH)))1测回的高差的全中误差,单位为mm;n)))每时段测回数,平均为4个单测回;
MW)))相应等级水准测量的全中误差,单位为mm;L)))闭合环线长度,即跨河视线的2倍,单位为km。
按每测回高差中数计算的闭合差极限为:W限=2@MW2n#S(5)
上述限差是基于几何水准测量的误差传播规律导出的,而跨河水准测量方法的基础是观测垂直角,角度测量误差和折光差对高差的影响与视线长度或其1.5~2.0次幂成正比。实验数据得知,用T3光学经纬仪进行跨河水准测量的高差与水准测量测得的相同点间高差之差约为
-6
2@10@S。上面所规定的测回间高差不符值或闭合差,km2.3 经纬仪倾角法
1)整平经纬仪,先在盘左位置照准近标尺,读取水平视线上、下2标尺分划线的垂直角(或天顶距)2次,再在望远镜盘右位置,对上、下分划线观测2次。每次照准后,精密调平垂直度盘指标气泡。同一位置的2次读数差不应大于3d。2)观测远标尺,先在盘左位置用中丝照准对岸上、下标尺线各4次,每次照准后,重新置平竖盘指标水准器,读取垂直角。再在盘右位置,按相反顺序照准下、上标志线各4次并读数,构成1组观测值。依同法相继进行其余各组的观测。各组算得的同一标志的垂直角互差不应大于
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测绘与空间地理信息
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如何制定合乎实际的限差,不舍弃真的观测值又能保证不漏检粗差,仍待实验研究。
2)测距三角高程法跨河水准测量的主要误差源是测角误差和球气差,测角误差对测量结果影响尤为明显,因此要尽可能的采用高精度的测角仪器,并采用相应观测步骤提高测角精度,减弱球气误差的影响。
3)从测距精度估算公式可知,边长越短测边精度越高,但测距误差对测量结果的影响很小,并且实际中由于受地形的影响,跨河视线长度往往是一定的。同岸点的距离以5~10m为宜。
4 结束语4.1 各种方法总结
现在常用的跨河水准方法,各有优缺点,总结如下:1)光学测微法只适合宽度在500m以下得窄小河段。其优点是施测方法简单、精度高、测回数少;缺点是每半测回就需要调岸,要求比较便利的渡河条件。
2)倾斜螺旋法适合宽度在1500m以下的中宽河段,需要两台精密水准仪对向观测。优缺点同光学测微法。
3)经纬仪倾角法适用于宽度在3500m甚至更宽的河段,需要两台精密光学经纬仪或者高精度全站仪进行对向观测。其优点在于目标成像清晰,可只在上下午间调岸一次,能连续多测回观测。缺点在于观测组数和测回数比较多。
4)测距三角高程法适用于宽度在3500m甚至更宽的河段,需要两台精密光学经纬仪或者高精度全站仪进行对向观测,有与经纬仪倾角法同样的优越之处,其缺点在于测回数比较多,需要配合使用水准仪或测距仪(使用全站仪时不需要),本岸仪器至立尺点需要进行精密水准联测,观测与计算程序较复杂。
实际作业中可根据技术要求、场地条件、仪器情况及渡河条件适当选择观测方案,对于宽度在3500m以上的河段应在精度估算的前提下进行专项技术设计。
4.3 关于误差的总结
在进行一、二等跨河水准测量的观测时,为了减少大气垂直折光等各项误差的影响,应注意如下事项:
1)在进行一双测回的观测时,要做到同时开始,同时结束,观测速度基本一致。
2)在温度变化较大,气流较强时,河面的大气垂直折光变化较快,应停止观测。应选择在阴天、微风的情况下进行观测,其观测的成果比较稳定。
3)折光系数与视线离地面的高度有关,视线越高其K的变化越小,因此应尽可能地提高视线的高度。
4)条件允许的话可以采用中间站点法测距三角高程法,这样可以使得各项外部条件趋于平均,同时不用丈量仪器高度,减少其误差对高差精度的影响。
参考文献:
[1] 庄震坤,黄鹤年.跨河水准测量精度探讨[J].江苏测绘,
1996,(1):17-19.[2] 周西振,张铎强.精密跨河水准测量中大气垂直折光问
题的探讨[J].地矿测绘,2004,(1):18-20.[3]
国家测绘局标准化研究所.国家一、二等水准测量规范(GB12897)911)[S].北京:中国标准出版社,2001.
4.2 实例中关于测距三角高程法的总结
1)跨河视线虽然应该保持一定的高度,但两岸跨河点的高差不应相差太大,否则造成垂直角过大,使测角误差增大。因此,同岸点和对岸点之间及相互之间的高差都应尽可能的小。(上接第203页)
2.从第三次观测各点沉降量,计算第四次观测日期。
T==110d
0.127
由此可推算第四次观测日期为2007年01月16日,其余依此类推,直到建筑物沉降稳定为止。
当沉降后续观测第一次出现沉降速率趋近于沉降稳定控制值时,尚不能代表建筑物已处于稳定阶段,而需要按上一次确定的观测周期,连续几次观测,其沉降速率均在沉降稳定控制值允许范围内变动,才能判别建筑物处于稳定阶段。
[责任编辑:李 颖]
计算方法确定观测周期,可以减少工作中的盲目性,节省人力物力。但是,在特殊情况下,如左邻右舍新建大楼,周围环境变化等,很难掌握沉降变化因素,则必须适当地缩短观测周期,以利监视建筑物所受的影响,从而探索沉降量的变化规律。
参考文献:
[1] 陶正骐.沉降观测周期的确定[J].测绘通报,1985,
(4):19-20.[2] 中华人民共和国建设部.建筑变形测量规范(JGJ8-2007)[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家
标准化管理委员会.国家一、二等水准测量规范(GB/T
12897-2006)[S].北京:中国标准出版社,2006.
5 结束语
观测周期的确定应以能系统地反映所测建筑变形的
变化过程、且不遗漏其变化时刻为原则。应用上述公式
[责任编辑:李 颖]