劉明波，何為聰，鹿恩鋒

(1.中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,西安 710065;2.中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，昆明 650041)

0 前 言

邊角網(wǎng)是測(cè)量全部或部分邊、水平角的一種平面控制網(wǎng)，是水利水電樞紐施工平面控制網(wǎng)、水平位移變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)最主要的布網(wǎng)方式之一。

TM30全站儀的標(biāo)稱測(cè)角精度為0.5″，EDM精密、標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)稱測(cè)距精度為±(0.6+10-6D) mm、±(1+10-6D) mm。為得到高精度的測(cè)量成果，不僅需要高精度的邊角原始測(cè)量數(shù)據(jù)，更需要嚴(yán)密的數(shù)據(jù)處理，比如實(shí)測(cè)斜距的各項(xiàng)修正、起算數(shù)據(jù)的科學(xué)選定、邊角權(quán)的匹配。本文以TM30全站儀測(cè)量斜距為例，結(jié)合工程實(shí)例探討相對(duì)濕度修正對(duì)精密測(cè)距和整個(gè)控制網(wǎng)的影響。

1 精密測(cè)距的相對(duì)濕度修正

相對(duì)濕度(Relative Humidity)，指空氣中水汽壓與飽和水汽壓的百分比。TM30全站儀測(cè)量斜距的相對(duì)濕度修正值計(jì)算公式為[1]：

(1)

由式(1)可知，相對(duì)濕度修正值與干溫、相對(duì)濕度有關(guān)，干溫越高、相對(duì)濕度越大， 且數(shù)值恒為正值。取代表性的干溫和相對(duì)濕度計(jì)算的ΔS1見表1。

下面探討用測(cè)區(qū)代表性相對(duì)濕度值代替實(shí)測(cè)值對(duì)距離修正值的影響。文獻(xiàn)[1]指出，若60%相對(duì)濕度的基本值一直被EDM使用，則在計(jì)算大氣改正時(shí)可能產(chǎn)生的最大誤差為2×10-6。濕潤(rùn)地區(qū)，取相對(duì)濕度75%計(jì)算的距離修正值為代表值，和相對(duì)濕度60%～90%計(jì)算的距離修正值進(jìn)行了比較，數(shù)值見表2。

表1 精密測(cè)距的相對(duì)濕度修正值表

表2 距離修正值的較差表

一等水平位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)的測(cè)距中誤差限差為±(1+10-6D) mm[2]，表2中采用相對(duì)濕度75%計(jì)算距離修正值引起的最大誤差為0.24×10-6Dmm，故在小區(qū)域內(nèi)大致相同的氣象條件下(同為晴天或陰天等，及時(shí)間跨度不長(zhǎng))計(jì)算距離的相對(duì)濕度修正值時(shí)可采用1個(gè)測(cè)站的相對(duì)濕度值來代表所有測(cè)站的相對(duì)濕度值進(jìn)行計(jì)算。

2 高精度邊角網(wǎng)數(shù)據(jù)處理過程

(1) 實(shí)測(cè)斜距的氣象、頻率、周期誤差、加乘常數(shù)修正。

(2) 計(jì)算各控制點(diǎn)的水準(zhǔn)高程或三角高程。

(3) 斜距化算為水平距離。

(4) 水平距離歸算到指定高程面和邊長(zhǎng)往返測(cè)不符值檢驗(yàn)。

(5) 點(diǎn)位穩(wěn)定性分析和起算數(shù)據(jù)選取。

(6) 邊角權(quán)的匹配。

(7) 平差計(jì)算。

(8) 結(jié)果分析。

3 工程應(yīng)用

利用TM30全站儀自動(dòng)測(cè)量時(shí)，測(cè)回?cái)?shù)和邊角觀測(cè)限差可在“三維變形監(jiān)測(cè)軟件”中預(yù)置。一等邊角網(wǎng)的測(cè)回?cái)?shù)為12，邊角限差為：水平角2次讀數(shù)差1″、半測(cè)回歸零差5″、一測(cè)回2C互差9″、同一方向值各測(cè)回較差5″；距離的一測(cè)回較差1.0 mm、各測(cè)回讀數(shù)間較差1.0 mm；垂直角互差5″、測(cè)回間指標(biāo)差7″。觀測(cè)始末讀取儀器高、棱鏡高、干溫、濕溫、氣壓，儀器高和棱鏡高讀至0.5 mm，溫度讀至0.2 ℃，氣壓讀至0.5 mbar。

紅河某水電站樞紐區(qū)水平位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)為一等邊角網(wǎng)，有TN1～TN6共6個(gè)控制點(diǎn)，邊長(zhǎng)投影面高程為270.00 m。數(shù)據(jù)采集時(shí)的干溫為20～30 ℃、相對(duì)濕度為76%～92%、全站儀為TM30(No.362 544)。此儀器檢定證書在有效期內(nèi)，加常數(shù)K=0.44 mm，乘常數(shù)R=1.53 mm/km，周期誤差的振幅A=0.13 mm，初相角φ0=284.21°。數(shù)據(jù)處理過程如前所述，邊長(zhǎng)未施加頻率修正和周期誤差修正。

現(xiàn)用無相對(duì)濕度、75%相對(duì)濕度、實(shí)測(cè)所有斜距相對(duì)濕度3種方式修正測(cè)量斜距，并對(duì)修正后的斜距、平差后的測(cè)距中誤差、平差結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)論如下：

(1) 無相對(duì)濕度修正與實(shí)測(cè)相對(duì)濕度修正后的斜距較差在0.8×10-6～1.2×10-6之間，采用75%代表值與實(shí)測(cè)相對(duì)濕度修正后的斜距較差不大于0.1 mm或0.2×10-6～0.4×10-6；

(2) 平差后的測(cè)距中誤差依次為±0.63 ×(1+10-6D) mm、±0.63 ×(1+10-6D) mm、±0.66 ×(1+10-6D) mm，無顯著區(qū)別；

(3) 無相對(duì)濕度修正與實(shí)測(cè)相對(duì)濕度修正后的平差結(jié)果較差最大值為0.6 mm，

采用75%代表值與實(shí)測(cè)相對(duì)濕度修正后的平差結(jié)果較差最大值為0.1 mm。

一等水平位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)的測(cè)距中誤差限差為±(1+10-6D) mm，點(diǎn)位中誤差限差為±1.5 mm，一等邊角網(wǎng)數(shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)考慮斜距的相對(duì)濕度修正。

瀾滄江某水電站樞紐區(qū)變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)復(fù)測(cè)中未考慮斜距相對(duì)濕度修正時(shí)，采用擬穩(wěn)平差方法確定的穩(wěn)定點(diǎn)為TN03、TN05、TN07、TN12，考慮斜距相對(duì)濕度修正后確定的穩(wěn)定點(diǎn)為TN01、TN03、TN04、TN05、TN07、TN10、TN12等7點(diǎn)為穩(wěn)定點(diǎn)。由此可見斜距的相對(duì)濕度修正也可能影響點(diǎn)位的穩(wěn)定性判斷。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過分析與實(shí)例，可以得出結(jié)論：① 斜距的相對(duì)濕度修正對(duì)邊角網(wǎng)的邊長(zhǎng)精度有系統(tǒng)性的影響，對(duì)控制網(wǎng)點(diǎn)的穩(wěn)定性分析、平差結(jié)果有影響。當(dāng)達(dá)到一定精度的邊角網(wǎng)數(shù)據(jù)處理必須加以考慮。② 在一個(gè)不高于一等的小型控制網(wǎng)(平均邊長(zhǎng)小于600 m)測(cè)量中，當(dāng)測(cè)量時(shí)間跨度不長(zhǎng)(如半個(gè)月內(nèi))，并在大致相同的氣象條件下進(jìn)行時(shí)，可采用相對(duì)濕度代表值或某點(diǎn)實(shí)測(cè)相對(duì)濕度值對(duì)所有斜距進(jìn)行修正。

參考文獻(xiàn):

[1] Leica TS30/TM30用戶手冊(cè)(1.1版)[S].

[2] 中國(guó)人民共和國(guó)水利部.水利水電工程測(cè)量規(guī)范:SL 197-2013[S].北京:中國(guó)水利水電出版社,2013.

[3] 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).中、短程光電測(cè)距規(guī)范:GB/T 16818-2008[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.