方紅軍 方源

(1.浙江省第一測繪院,浙江杭州 310012;2.金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江金華 321017)

靜水面高程傳遞精度分析

方紅軍1方源2

(1.浙江省第一測繪院,浙江杭州 310012;2.金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江金華 321017)

本文通過實例對四等水準(zhǔn)測量遇到線路無法通行的特殊地段時如何進行線路布設(shè)和測量方法的選擇等進行了探討,并重點對長距離平靜水面高程傳遞的精度進行了分析。

四等水準(zhǔn)測量 靜水面 高程傳遞

1 引言

水準(zhǔn)測量有時會遇到線路無法通行的特殊地段,如我們在某高速公路四等水準(zhǔn)測量作業(yè)就遇到這一特殊情況,我們測量至常山縣新橋鄉(xiāng)時,原本在1:1萬老圖上設(shè)計的四等水準(zhǔn)路線是沿新橋鄉(xiāng)芙蓉鎮(zhèn)半源村的公路前進,路線是從新橋鄉(xiāng)至芙蓉鎮(zhèn)、半源村的一條唯一的公路,四周均為高山。但實地線路踏勘時,整個芙蓉鎮(zhèn)范圍已經(jīng)搬遷并建成水庫了,而新公路剛剛開始施工。因為在高速公路四等水準(zhǔn)測量路線設(shè)計中規(guī)定高速公路隧道進出口必須要布設(shè)四等以上水準(zhǔn)點,如圖1中的ⅣHXJ133、ⅣHXJ134均布設(shè)在隧道口,其中ⅣHXJ133因老公路被水庫淹沒,水準(zhǔn)路線只能從高山頂部沿山間小路進行聯(lián)測。而這條水準(zhǔn)路線唯一的前進路線需要翻越高差達(dá)600多米的陡峭高山(施測過程中統(tǒng)計測站前后視距平均僅為3.4米),這給水準(zhǔn)測量工作帶來了很大的困難。設(shè)計測量路線見圖1。

圖1 測量路線方案設(shè)計圖

2 水準(zhǔn)聯(lián)測路線設(shè)計

測量之前我們經(jīng)過對設(shè)想線路附近地形的考察,并再三對可能進行的一條高山地路線通行情況踏勘,選擇了一條當(dāng)?shù)厝朔礁呱降男÷纷鳛闇y量的線路,將四等水準(zhǔn)聯(lián)測路線設(shè)計為:從起算點ⅢCS09～BM52～ⅣHXJ133～BM52～ⅣHXJ134……(正常水準(zhǔn)路線前進方向)。同時,分別從三個水準(zhǔn)點(ⅢC S 0 9、ⅣH X J 1 3 3、ⅣHXJ134),將高程聯(lián)測到接近于靜水面的三個相對應(yīng)的固定的靜水面高程傳遞點J1、J2、J3上。目的是利用水庫水面比較平靜、無風(fēng)浪等有利條件對該特殊地段開展靜水面高程傳遞試驗,對靜水面高程傳遞精度進行分析,并利用正常水準(zhǔn)路線所測得高差對靜水面?zhèn)鬟f高程進行檢驗。

表1 外業(yè)測段高差統(tǒng)計表

表2 三個固定點頂部至靜水面的高度差統(tǒng)計表(單位:米)

3 靜水面高程傳遞點設(shè)置

傳遞點的設(shè)置對高程傳遞的精度起到很大的影響。為此我們在實地經(jīng)過多次反復(fù)仔細(xì)的選擇,找到了圖1中J1、J2、J3三個固定的靜水面高程傳遞點點位,這三個點分別位于水庫的三個角落,都是水庫的一些小淺灣部位,水面近似于靜止?fàn)顟B(tài),離山上河流注入水庫部位較遠(yuǎn),對靜水面高程傳遞較為有利。J1和J3點是利用水庫碼頭臺階上的固定鐵環(huán)樁頭,J1點的固定鐵環(huán)樁頭露出在水面以上,J3點的固定鐵環(huán)樁頭在水面以下,J1和J3點分別選在水面上和水面下,主要是依據(jù)實地選擇的固定鐵環(huán)樁頭位置是否便于直接量測至水面垂直高度和是否有利于觀測時放置標(biāo)尺;J2點采用大木樁打入水庫邊底部泥土中,木樁頂部釘入鐵釘,木樁頂部的鐵釘稍露出靜水面,木樁周圍用泥土堆砌成不封閉的環(huán)形區(qū)域,目的是讓環(huán)形區(qū)域內(nèi)部的水面不受水庫水面波浪的影響,使木樁周圍的水面更接近于靜止水面。

4 四等水準(zhǔn)測量

水準(zhǔn)閉合環(huán)的施測包括兩個部分:第一部分是陸地上常規(guī)四等水準(zhǔn)的測量。為了提高精度和實驗需要,使用高精度數(shù)字水準(zhǔn)儀和專用銦瓦標(biāo)尺按三等水準(zhǔn)測量的要求施測。第二部分靜水面?zhèn)鬟f部分,是采用鋼卷尺分別量取J1、J2、J3三個固定點頂部至靜水面的高差。

4.1 測段數(shù)據(jù)統(tǒng)計

陸地上的常規(guī)四等水準(zhǔn)測量,儀器使用高精度數(shù)字水準(zhǔn)儀和專用銦瓦標(biāo)尺進行觀測。觀測之前都按照國家三四等水準(zhǔn)測量規(guī)范進行了嚴(yán)格的檢校。測量路線根據(jù)水準(zhǔn)路線前進方向和多節(jié)點環(huán)的具體情況,將整個測量工程布設(shè)為四個閉合環(huán),共七個測段,第一測段是從J1到ⅢCS09,第二測段是從ⅢCS09到BM52,第三測段是從BM52到ⅣHXJ133,第四測段是從ⅣHXJ133到J2,第五測段是從ⅣHXJ133到BM52,第六測段是從BM52到ⅣHXJ134,第七測段是從ⅣHXJ134到J3。測段路線如圖1所示。四個閉合環(huán)內(nèi)四等水準(zhǔn)測量七個測段的外業(yè)測段高差觀測值,經(jīng)過統(tǒng)計、概算,具體高差數(shù)據(jù)情況見下表1。

4.2 固定點頂部至靜水面高度量取

由于芙蓉水庫上每天有四趟輪渡航班,時間分別是上午的7:00、11:00和下午的14:00、17:00。渡輪航行引起的湖水波浪對固定點頂部至靜水面高差的量取精度有較大的影響,為此我們選擇渡輪航行波浪對固定點頂部至靜水面高差影響最小的時段,再選擇氣溫和天氣都比較好的日子進行測量。測量當(dāng)天分別派出3組人員,在固定點J1、J2、J3處按約定的同一時刻(分別是上午9:00、9:10和下午16:00、16:10)量取固定點頂部至靜水面的高度,每個點共量取了4組數(shù)據(jù),該4組數(shù)據(jù)較差不超過5mm,取4組數(shù)據(jù)的平均值作為固定點頂部至靜水面高差。3個固定點至靜水面高差數(shù)據(jù)統(tǒng)計如下表2。從表中我們得到J1、J2、J3這3個固定點至靜水面高差數(shù)據(jù)為:J1至水面:+0.164米;J2至水面:+0.034米;J3至水面:-0.352米。

5 環(huán)閉合差計算

水準(zhǔn)測量路線結(jié)合靜水面高程傳遞共組成四個閉合環(huán),環(huán)閉合統(tǒng)計見表3,四等水準(zhǔn)路線聯(lián)測和計算略圖見圖2。

表3 環(huán)閉合統(tǒng)計表

圖2 四等水準(zhǔn)路線聯(lián)測和計算略圖

6 精度分析

圖2所示的三個節(jié)點四個閉合環(huán)的四等水準(zhǔn)閉合環(huán)是一組虛擬的閉合環(huán),實際的水準(zhǔn)路線在ⅣHXJ134水準(zhǔn)點處繼續(xù)往西聯(lián)測,即圖2中前進方向,組成虛擬閉合水準(zhǔn)環(huán)的目的是為了對靜水面高程傳遞的精度進行分析和驗證。從表3和圖2中可以看出:三個四等水準(zhǔn)閉合環(huán)及大環(huán)的環(huán)閉合差均符合四等水準(zhǔn)限差,L為環(huán)線公里數(shù))要求,而且即使按三等水準(zhǔn)計算限差也完全符合要求,并且精度都良好。由于四等水準(zhǔn)測量使用的儀器為高精度數(shù)字水準(zhǔn)儀和專用銦瓦標(biāo)尺,數(shù)據(jù)觀測、記錄、黑紅面數(shù)據(jù)限差、前后視距差、測站數(shù)據(jù)計算與統(tǒng)計及測段數(shù)據(jù)累積均由儀器和專用軟件自動完成,只要有任何一項指標(biāo)超限,就必須從前一個水準(zhǔn)點或固定點開始重新觀測,具有很高的觀測精度。因此,所有七個測段的四等水準(zhǔn)觀測數(shù)據(jù)都是可靠的。而且水準(zhǔn)線路累積差也很小。如在圖2四等水準(zhǔn)路線聯(lián)測和計算略圖中:閉合環(huán)BM52～ⅣHXJ133～BM52的環(huán)線距離為4.8公里,但其聯(lián)測路線的總高差近1000米(BM52并非最高點,BM52至ⅣHXJ133水準(zhǔn)點之間還需要翻越一座山峰),但整個閉合環(huán)的閉合差僅為7mm,觀測精度非常高。

另外,按照水平面代替水準(zhǔn)面引起的距離誤差公式計算可知,在10km范圍內(nèi)可以不必考慮地球曲率的影響,而本靜水面高程傳遞中最遠(yuǎn)兩點J1至J3的水面間距也只有6.7km。

因此,在本三個節(jié)點四個閉合環(huán)的虛擬水準(zhǔn)閉合路線中,各虛擬閉合環(huán)的環(huán)閉合差主要來自水面波動誤差。水面波動的原因主要是水庫渡輪在航行中產(chǎn)生的波浪傳遞到各固定點的不同影響和風(fēng)浪的影響。但計算結(jié)果證明還是完全滿足三、四等水準(zhǔn)測量精度要求。

并且,從后續(xù)水準(zhǔn)路線平差結(jié)果來看,使用虛擬水準(zhǔn)閉合路線數(shù)據(jù)平差計算得到的三座點:BM52固定點、ⅣHXJ133水準(zhǔn)點、ⅣHXJ134水準(zhǔn)點的高程與采用正常水準(zhǔn)路線觀測數(shù)據(jù)平差計算后的高程成果較差均小于5mm。

7 結(jié)語

在特殊地段進行三、四等水準(zhǔn)測量時,如遇到高山、水庫等線路無法通行的情況,可以利用水面靜止條件較好的山塘水庫,采用靜水面高程傳遞方法進行高程測量,來代替局部或個別高程測量測段路線,其高程測量精度完全可以達(dá)到三、四等水準(zhǔn)的精度。但在采用該方法作業(yè)時,宜設(shè)法設(shè)置聯(lián)測其它點作為檢核條件,以保證成果的可靠性。