高振斌,劉夙睿,王 偉,畢 博

(1.黃河口水文水資源勘測局,山東 東營 257091;2.黃委濟南勘測局,山東 濟南 205100)

三角高程測量在跨水域高程傳遞中的應用

高振斌1,劉夙睿1,王 偉1,畢 博2

(1.黃河口水文水資源勘測局,山東 東營 257091;2.黃委濟南勘測局,山東 濟南 205100)

跨水域高程傳遞是黃河口及沿海觀測研究中的重要基礎性工作,文中依據國家相關規(guī)范的要求,提出了利用改進的三角高程法進行跨水域高程傳遞.經過在實際工作中驗證,測量精度能夠滿足國家二等水準所規(guī)定的精度,工作流程也得到了簡化,作業(yè)效率得以提高.

三角高程;跨水域高程傳遞;對向觀測;黃河口

1 概述

在黃河河口測量工作中,因黃河河口工農漁業(yè)發(fā)展的因素,特別是受石油工業(yè)的影響,使黃河兩岸高等級水準點產生不均勻沉陷,使得黃河兩岸的高程成果發(fā)生變化,影響高程傳遞工作的精度;加之黃河河口河面寬淺、汊溝遍布、蘆葦叢生、淤泥松軟,無法使用常規(guī)水準測量方法進行左右岸高等級水準點的聯測,應用精密三角高程測量方法進行跨水域高程傳遞,解決了上述難題,成為黃河口地區(qū)高程傳遞的一個有效手段.

2 精密三角高程測量原理

眾所周知,三角高程測量法是跨海高程傳遞中相對普遍采用的方法,其核心原理是憑借已知高程點利用全站儀對目標點進行觀測,得到目標點的豎直角和水平距離,并據此推算兩點間的高差,以實現高程傳遞.

在起始觀測站和終了觀測站上的觀測高差,計算公式應為:

3 測量方案

3.1 點位布設

試驗選取黃河口附近需推算高程的汊河設置觀測點,布設如下圖所示.在測站S1和S2之間選擇1點、2點、3點等三個臨時點(見圖1),作為全站儀設站點的具體要求為:

1點至S1點之間的距離及3點至S2點之間的距離范圍為5～20 m;1點至2點之間作為對向觀測邊,為了讓對向觀測邊成為偶數,故確定2點至3點作為過渡的對向觀測邊;特別是1,2點之間應通視良好,儀器架設在地勢較高的地方,視線應高于水面10m以上.

圖1 點位布設圖

3.2 儀器選擇及安裝

根據(2)、(3)式可知,該方法高程測量的精度取決于對向觀測的平距值SAB及豎直角觀測值的觀測精度,由于跨水域高程傳遞中豎直角微小,SAB的精度易控制在1 cm以內,故豎直角的觀測精度成為影響該方法高程傳遞測量的精度的主要因素.測角精度為±0.5"的高精度智能全站儀作為這次試驗的觀測儀器,能夠滿足測角精度要求.

3.3 觀測方案

這次測量方案采用TM30的ATR功能,自動照準測量方式.為滿足觀測精度,根據不同的氣象條件制訂對應的對向觀測方法,當天氣晴朗,能見度高,水汽較少,氣象條件穩(wěn)定時,上午一個觀測時段觀測,每個時段設置8個組對向觀測,每組4個測回,共觀測9組(最先觀測多觀測1組),全天共觀測18組.當天氣陰沉,能見度一般,水汽較重,氣象條件不穩(wěn)定時,分上下午兩個觀測時段觀測,每個時段設置4個組對向觀測,每組4個測回,共觀測9組(最先觀測多觀測1組),全天觀測17組.

此外,為了減小測角中誤差,一般采用多測回的方向法,實際觀測中每組4測回,保證每組的測角中誤差都在0.5"以內.

起點觀測:全站儀架設在1點上,棱鏡架設在S1點上,每時段觀測并記錄一組平距及豎直角數據.注意,在測距前需觀測氣溫與氣壓.

跨水(河、溝)段測量:跨水(河、溝)段對向觀測時應采用距離與豎直角分測的方式進行.在每個測量時段開始前及結束后進行距離測量,采用正倒鏡測量方式,取前后8次測量的平均值.

過渡邊的對向觀測要求:將1點上的全站儀搬到3點架設,進行2點、3點之間的對向觀測,觀測4個測回,共觀測8個測回.變換儀器高后,再進行2、3點的返測.

末點觀測:將立于S1上的棱鏡桿移到S2上立好,且需保持棱鏡高度不變,在3點上對S2進行數據采集.之后在進行3點到2點的過渡邊對向觀測,完成后變化儀器高,進行3點、S2點的返測.

4 試驗數據的處理與觀測精度統計

4.1 限差分析

查閱GB/T12897-2006《國家一、二等水準測量規(guī)范》的有關規(guī)定,二等水準測量的每千米中誤差Mω為2 mm,跨水(河、溝)距離總長為L,其高差中誤差需不大于:

用8組測量數據的平均值,控制各組測量中誤差不大于:

每兩組之間允許中誤差為:

4.2 數據分析

試驗得到的兩組跨水(河、溝)段高程傳遞觀測數據,將測段一和測段二的觀測數據列于表1.其中測段一的觀測模式為一個時段數據,測段二的數據為分一天中上、下午兩個時段觀測模式統計所得.

表1 高差觀測數據

測段一的長度為2.469 km,8組高差平均值為-3.449 0 m;測段二的長度為1.818 km,8組高差平均值為5.251 1 m,根據(4)式--(6)式計算各項限差與實際值比較,如表2所示.

表2 限差與實際比較mm

5 結語

文中針對黃河三角洲地區(qū)寬水域河溝較多、常規(guī)水準測量不能滿足高精度高程傳遞的實際,引進精密三角高程測量并加以改進.其實質是對精密三角高程測量考慮運用一種線性觀測結構,同時選用高精度自動觀測儀器進行相對嚴格的對向觀測,減弱了大氣折光的影響,采用偶數站測量方式,避免了量取儀器高和站標高的環(huán)節(jié),減小了工作量,作業(yè)效率得到提升.該方法經多次試驗分析后,可滿足二等水準測量規(guī)范的精度要求,解決了實際生產需要.

[1]李建成,姜衛(wèi)平.長距離跨海高程基準傳遞方法的研究[J].武漢大學學報(信息科學版),2001,26(6):514-517.

[2]劉冠蘭,李東宇,丁文宏.精密三角高程測量在寬水域跨河水準中的應用[J].工程勘察,2010,38(10):71-74.

[3]徐亞明,施斌,王代雄,等.一種改進的三角高程法在跨海高程傳遞中的應用[J].測繪通報,2014(4):65-67,78.

[4]林明華,蘇志堅,侯飛.精密三角高程測量用于跨河高程傳遞的實驗研究[J].測繪科學,2012,37(5):209-211.

[5]王炳南.遠距離跨海水準測量-平潭海峽大橋兩岸高程傳遞[J].測繪科技通訊,1996,1 9(68):8-12.

[6]方明,武威.跨海高程傳遞三角高程數據處理及質量分析[J].海洋測繪,2012,32(5):53-55,62.

[7]譚冬華,劉賽龍.精密跨海三角高程測量代替二等水準測量的可行性嘗試[J].交通建設與管理,2014,No.391,14,267-270.

[8]李蒙,冉艷.精密三角高程測量代替二等水準測量的嘗試[J].江蘇科技信息,2014,No.423,06,53-55.

[9]張正祿,鄧勇,羅長林,胡緒清.精密三角高程代替一等水準測量的研究[J].武漢大學學報(信息科學版),2006,01,9-12.

[10]周水渠.精密三角高程測量代替二等水準測量的嘗試[J].測繪信息與工程,1999,03,27-31.

TV221.1 < class="emphasis_bold">[文獻標識碼]B

B

1002-0624(2017)11-0059-03

2017-07-26