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        水準(zhǔn)測量試驗實例剖析

        2014-07-05 12:27:14荊大威
        黑龍江水利科技 2014年3期
        關(guān)鍵詞:后視水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)測量

        荊大威

        (黑龍江省大興安嶺水文局,黑龍江加格達(dá)奇 165000)

        0 引言

        水準(zhǔn)測量是測量水準(zhǔn)點或某位置點海拔高程的一項測量工作,且應(yīng)用范圍也十分廣泛?!端疁?zhǔn)測量規(guī)范》規(guī)定不同等級測量標(biāo)準(zhǔn)不同,但是一些指標(biāo)要求苛刻。

        例如三等水準(zhǔn)測量,其中主要幾項標(biāo)準(zhǔn):儀器使用S3或其以上精度系列的水準(zhǔn)儀。要求視距單站最大視距不得超過75 m,單站前、后視距差≤2 m,累積各站視距差≤5 m。測段總高差等等[1]。

        本文就其中單站前、后視距差≤2 m,累積各站視距差≤5 m這項指標(biāo),看能否通過改正方法使成果達(dá)到與規(guī)范規(guī)定測得成果精度一樣。

        在實際水準(zhǔn)測量中,如果其中某站視距差算錯并隨之導(dǎo)致相應(yīng)累積視距差也出現(xiàn)錯誤值,當(dāng)發(fā)現(xiàn)時這段必須進(jìn)行返工測量。

        一般來講,發(fā)現(xiàn)時這一段水準(zhǔn)測量可能已經(jīng)完成,所以就產(chǎn)生能否不返工測量并能利用這段資料進(jìn)行訂正計算,使成果同樣達(dá)到同等精度值,這是第一個想法[2-3]。

        不按等視距進(jìn)行水準(zhǔn)測量(相對于等視距或正中水準(zhǔn)測量就是指完全按照三等水準(zhǔn)測量要求進(jìn)行的),即視距差或累積視距差超出三等水準(zhǔn)測量要求范圍,但是視距長度要保證≤75 m范圍,這樣做是為了滿足估讀末位數(shù)需要,或者說在測量過程中等視距就等視距測,不能等視距就不等視距測,也可稱為自由式水準(zhǔn)測量方法,這給野外測量簡化了很多,方便很多。但需要增加內(nèi)業(yè)計算,而使用計算機計算也很簡便。

        能否成為可能實現(xiàn)最終目標(biāo),即達(dá)到等視距水準(zhǔn)測量精度標(biāo)準(zhǔn),這是第二個想法[4-6]。

        1 試驗操作

        已知某水位站的兩個水準(zhǔn)點BM4和BM2—1高程分別是178.942 m、176.161 m,兩水準(zhǔn)點距離約650 m。

        用8站進(jìn)行水準(zhǔn)測量,其中每站測量3次,3次具體是這樣進(jìn)行的:先把水準(zhǔn)儀放在偏中靠向后視尺的適當(dāng)位置上實施前后視測量(如右圖的i-1站),測完后,接著把水準(zhǔn)儀放到正中(等視距)位置上,進(jìn)行下一輪前后視測量(如右圖的i-2站),測完后,再接著把水準(zhǔn)儀放到偏中靠向前視尺的適當(dāng)位置上繼續(xù)測量(如右圖的i-3站),也就是在一站需要測3組數(shù)據(jù),每站測完這3組數(shù)據(jù)接著進(jìn)行下站3組數(shù)據(jù)測量,以此類推,直到最終完成從水準(zhǔn)點BM4~BM2—1水準(zhǔn)測量的全過程。

        如圖1所示,編號i-1、i-2、i-3分別代表第i儀器偏中靠近后視尺站所測數(shù)據(jù)對應(yīng)標(biāo)號、第i等視距正中儀器站所測數(shù)據(jù)對應(yīng)標(biāo)號、第i站偏中靠近前視尺儀器站所測數(shù)據(jù)對應(yīng)標(biāo)號。如i-1、i-2、i-3的i代表站,-1代表靠近后視尺位置1組,-2代表等視距位置1組,-3代表靠近前視尺位置1組。

        圖1 儀器布設(shè)圖

        2 求改正系數(shù)

        2.1 公式

        等視距測量這組數(shù)據(jù)不考慮,只對1-1、1-3,2-1、2-3,……,8-1、8-3進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,先分出兩路線,一條是1-1,2 -1,……,8 -1;另一是1 -3,2-3,……,8-3。也就是選靠近后視尺和靠近前視尺兩條線路分別計算,包括各自線路逐站計算視距差、累積視距差,視距和、累積視距和,高差、累積高差[7-8]。

        如同求水準(zhǔn)儀的視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)軸之間夾角一樣,取1-1和1-3,2-1和2-3,……,8-1和8-3對應(yīng)站逐級計算,根據(jù)儀器布設(shè)圖,A點是后視尺位置、B 點是前視尺位置 ai-1、ai-1分別是儀器站位于i-1時兩尺讀數(shù)。圖中兩條虛線是真正的水平線,由于水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)軸之間夾角通常很小,前后視距通??山普J(rèn)為是水平距離,所以導(dǎo)出公式為:

        式中:μi為改正系數(shù);hi-3、hi-1為第 i站第三組和第一組的兩個高差值,m;di-3、di-1為第 i站第三組和第一組的兩個視距差,m;Li-3、Li-1為第 i站第三組和第一組的兩個視距和,m。

        改正系數(shù)計算見表1。

        表1 改正系數(shù)計算表

        2.2 求改正系數(shù)

        表1中各項說明:(1)~(9)列是第一線路;而(10)~(16)列是第二線路。

        這些數(shù)據(jù)是利用公式(1)、(2)、(3)由原始資料計算得到的。(17)列改正系數(shù)是利用公式(4)計算而得。

        通過逐站計算改正系數(shù)發(fā)現(xiàn),一站兩站計算差距較大,而隨著站數(shù)逐漸增加改正系數(shù)趨于穩(wěn)定,也就是說改正系數(shù)是一個常數(shù),這就為計算改正量提供可能[9-11]。

        值得一提的改正系數(shù),它是水準(zhǔn)儀i角的一個相對表示法,只不過角度值的分母用占視距和相對值表示,即進(jìn)行歸一化處理而已,這一點由儀器布設(shè)圖可以直觀得到說明。

        另外還隱含一個水平面代替水準(zhǔn)面由于前后視距不等而帶來的影響因素,但只要達(dá)到等視距就可消除影響。水準(zhǔn)儀近或遠(yuǎn)后尺實測成果見表2。

        表2 水準(zhǔn)儀近或遠(yuǎn)后尺實測成果表

        3 高差計算

        3.1 線路

        線路就是水準(zhǔn)測量的路線。

        當(dāng)改正系數(shù)確定以后,就要把試驗資料分成幾種可能線路進(jìn)行計算,這里分為4條線路:

        1)第1線路是1-1,2-1,……,8-1,即每一水準(zhǔn)儀站點位置都偏于后視尺。

        2)第2線路是1-3,2-3,……,8-3,即每一水準(zhǔn)儀站點位置都偏于前視尺。

        3)第3線路是1-1,2-3,3-1,4-3,5-1,6-3,7-1,8-3,即一站水準(zhǔn)儀偏于后尺而下一站偏于前尺交替進(jìn)行,或者一站水準(zhǔn)儀偏于前尺而下一站偏于后尺交替進(jìn)行。

        4)第4線路是選前面幾個站在后面再選幾個站使得終點累積視距差為0或不超出三等水準(zhǔn)測量規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)范圍。

        4條線路各自特點:

        1)第一條視距差及累積視距差是負(fù)值,其累積視距差絕對值隨著站數(shù)增加逐漸增大。

        2)第二條視距差及累積視距差是正值,其累積視距差值隨著站數(shù)增加逐漸增大。

        3)第三、四線路累積視距差時大時小不確定。

        4)而第四線路最終累積視距差為0或不超出三等水準(zhǔn)測量規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)范圍。

        3.2 線路計算

        計算采用通過前三站算得的改正系數(shù)成果μ=0.0171,因為一臺水準(zhǔn)儀器改正系數(shù)是一個常數(shù),不同水準(zhǔn)儀,改正系數(shù)也不同,所以測量前要測出該儀器這一參數(shù),為滿足以后水準(zhǔn)測量計算時需要。四條線路計算見表2,表中主要環(huán)節(jié)是計算改正值,公式為:

        式中:△i為改正值,其他符號同前。

        表2中各項的意義:

        1)(1)、(2)項分別代表四條線路及每條線路共8站。

        2)(3)~(6)和(9)、(10)項代表四條路線水準(zhǔn)測量計算成果。

        3)(12)、(13)兩項是完全滿足三等水準(zhǔn)要求的此次測量成果。

        4)(7)項是采用的改正系數(shù)。

        5)(8)項是利用公式(5)計算值。

        6)(11)項等于對應(yīng)(10)項減去(8)項。

        7)(14)項等于對應(yīng)(11)項減去(13)的結(jié)果。3.3 與允許限差比較

        包括逐站累積高差比較和總高差比較兩方面(具體見表2的最后一項),可以看出第一站第一組數(shù)據(jù)誤差較大些,其余都很小。

        三等水準(zhǔn)要求不足1 km按1 km計算允許誤差,即±12 mm誤差限。四條線路都沒有超限,所以符合三等水準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。

        根據(jù)原水準(zhǔn)點 BM4與 BM2—1間高差-2.781 m,此 次 標(biāo) 準(zhǔn) 成 果 是 -2.783 m,相差-2 mm。

        而四條線路與原高差比相差分別是 -7 mm、-5 mm、-6 mm和-1 mm,同樣符合三等水準(zhǔn)要求。

        4 結(jié)論

        從實際問題招手,面對野外水準(zhǔn)測量過程中存在的一些實際條件和困難,簡化野外測量工作方式,減小野外工作量,解決實際困難,這也是需要研究的課題。

        盡管不同程度增加了計算量,可是有計算機的使用亦會十分方便。突破視距差的標(biāo)準(zhǔn)限制,對于轉(zhuǎn)變測量方式提高測量效率也算是一個進(jìn)步。該試驗主要適用長距離水準(zhǔn)測量。試驗、分析、計算所得到的結(jié)果證明完全可以達(dá)到對應(yīng)等級水準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)。

        [1]中華人民共和國水利部.SL58—93水文普通測量規(guī)范[S].北京:水利電力出版社,1994.

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