跨河精密水准测量研究

王语

（贵州开磷设计研究院，贵州　贵阳　550000）

跨河精密水准测量研究

王语

（贵州开磷设计研究院，贵州贵阳550000）

当进行水准测量时，水准路线可能会跨越江河、峡谷、湖泊、洼地等远距离障碍物时候，我们无法采用传统的方法进行测量，这个时候我们就需要对这种远距离无法跨越的障碍物采用比较独特的方法进行测量，本论文介绍了跨河水准测量的方法，并通过举例说明了GPS跨河水准错了的应用。

跨河水准；精密测量；研究

水准测量又名“几何水准测量”，是用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。在地面两点间安置水准仪，观测竖立在两点上的水准标尺，按尺上读数推算两点间的高差。通常由水准原点或任一已知高程点出发，沿选定的水准路线逐站测定各点的高程。由于不同高程的水准面不平行，沿不同路线测得的两点间高差将有差异，所以在整理国家水准测量成果时，须按所采用的正常高系统加以必要的改正，以求得正确的高程。我国国家水准测量依精度不同分为一、二、三、四等。一、二等水准测量称为“精密水准测量”，是国家高程控制的全面基础，可为研究地壳形变等提供数据。三、四等水准测量直接为地形测图和各种工程建设提供所必需的高程控制。

1　跨河精密水准测量的方法

跨河水准测量是大地测量和控制测量中跨越江河水域进行精密高程传递的主要手段。跨河水准测量的方法主要有光学测微法、倾斜螺旋法、经纬仪倾角法以及测距三角高程法、GPS法等。在国家一、二等水准测量规范中，对长距离跨河水准测量场地的选择、技术要求、作业措施以及觇牌制作均有相应的规定，这些规定可以保证跨河水准测量的实施精度。在工程测量中使用跨河水准测量方法也较为普遍，如水电工程和桥梁隧道工程建设等。特别是特大跨径桥梁建设中，跨河水准测量技术是保证桥梁工程质量的关键技术之一，必须对跨河水准测量技术进行相应的改进和提高，以保证水准测量的数据质量和精度。

1.1倾斜螺旋法

所谓倾斜螺旋法，就是用水准仪的倾斜螺旋使视线倾斜地照准对岸水准标尺（一般叫远尺）上特制觇板的标志线（用于倾斜螺旋法的觇板上有4条标志线），利用视线的倾角和标志线之间的已知距离来间接求出水平视线在对岸水准标尺上的精确读数。视线的倾角可用倾斜螺旋分划鼓的转动格数（指倾斜螺旋有分划鼓的仪器，如N3精密水准仪）或用水准器气泡偏离中央位置的格数（指水准器管面上有分划的仪器，如Ni 004精密水准仪）来确定。

1.2GPS水准法

GPS是伴随着现代科技的发展而兴起的以卫星为基础的无线电导航、定位技术，它被广泛应用于测绘行业各个领域。CPS在高程控制测量方面还处于探索阶段，生产实践中又急需此项技术以解决CPS高程应用问题。施测GPS大地高高差与水准高差进行了比较，对GPS大地高高差代替水准高差进行了有益的探索。

1.2.1GPS高程测量的精度。影响GPS定位精度的因素较多，差分GPS技术可消除很多物理因素的影响，但不能有效地消除对流层折射地影响，因此，如何正确模拟对流层折射影响是提高GPS高程测量精度的关键。

1.2.2GPS高程成果的转换。GPS高程成果是相对于WGS-84椭球的大地高，而我国工程上采用的是正常高高程系统，因此，GPS高程成果需要进行转换。

1.2.3GPS高程测量的平差方法。地壳形变监测工作是一项长期性的工作，多期观侧数据宜采用动态平差方法，另外，地壳垂直形变监测工作早期多采用精密水准测量方法，而近期是采用GPS测量方法，因此，需要建立水准网与GPS网的联合动态平差模型。

2　精密水准测量的测前场地选择

2.1在河流最窄处布设场地，可以使得跨越视线减至最短，有利于保证足够的测量精度，资料统计表明，跨河水准测量的高差中误差与视线的长度的三分之二次幂成正比，此外，测量的测回数是随视线长度而增加，缩短视线也是为了减少工作量。

2.2跨河视线不要通过草地、沙滩的上方、两岸由仪器至水边的距离应大致相等，地貌、植被也应相似，仪器位置尽量选在开阔通风之处，不应靠近墙壁及土、石、砖堆等、每一端的折光差，取决于最接近仪器的那一段距离上的大气垂直温度梯度，如果视线一段时在干沙地的上方通过，另外一端是在水面上通过，两端测量时的折光差不但数值不同，很可能出现不同的符号，会对测量结果带来系统性误差。

2.3两岸设置仪器、标尺处的高度应大致相等，高差一般不要超过2m.最低视线距离水面的高度不应低于2m。视线长大于500m时，应不低于m（距离S以km单位的跨河视线长度、水位受潮汐影响时，按最高潮位计算），当视线高度不能满足要求时，应埋设牢固的标尺桩，并建造稳固的观测台或标架。

3　工程实例

现以2009GPS跨河水准在南水北调穿黄工程中的应用研究为例，4.31 场地特点南水北调中线工程穿黄工程处的跨河条件十分特殊，具有以下特点：

①河滩宽阔且平坦，河流边线离大堤距离及两岸河堤相距均达5km。

②水位变化较大，尤其是汛期河流湍急。短时间内出现河水暴涨，时常将跨河处淹没。

③ 由于该处黄河河段处于弯道处，河道变化较频繁。跨河水准点容易经河道变化后毁坏，难于重复利用已经布埋的跨河水准点。

④汛期水面宽广，滩涂及岸边地势较低，河面离岸边视线高度不足两米，较难满足视线高。鉴于以上地形条件，应用传统的跨河方法布点难，视线高度离河面近，且需经过长距离河滩的直接水准测量，在汛期时实施需要大量的辅助布点及特制设备，不利于提高整个高程施工控制网的精度。

3.1场地布置

其中跨河点、非跨河点的位置同时满足一元线性方程。2009年穿黄工程跨河水准采用GPS观测，跨河场地的选择如上图：

B001、C001为第一条跨河水准过江点，间距为1.33㎞；

A001、A002、D001、D002为B001C001方向的沿长点，A001～B001，A002～B001，

C001～ D001，C001～D002间 距 为1.5㎞ 左 右，A001～A002，D001～D002间距为0.1㎞左右，A001、A002、D001、D002距B001C001连线沿长线的垂直距离互差均在5m以内。

B002、C002为第二条跨河水准过江点，间距为1.44㎞；A003、A004、D003、D004为B002C002方向的沿长点，A003～B002，A004～B002，C002～D003，C002～D004间距为1.4㎞左右，A003～A004，D003～D004间距为0.1㎞左右，A003、A004、D003、D004距B002C002连线沿长线的垂直距离互差均在5m以内。

跨河水准场地布置在地势较为平坦的黄河两岸，所有点间高差均不大于5m。

3.2技术要点

3.2.1仪器安置及复位。

GPS接收机天线安置的稳定及对中整平的精确，以及不同时段天线安置复位的准确性，是GPS跨河高差误差来源的一个重要因素。尤其是不同天线在观测过程中的不均匀沉降直接影响跨河高差的精度。本项目是采用脚架安置的接收机天线，在作业前严格检校了基座和量高尺。

3.2.2天线高的量测。

接收机天线高的量测误差直接带入正常高差。通常采用专用量高尺来测量天线高，量高尺使用前必须通过鉴定合格。每时段观测前后应按规范要求准确量测。由于此项误差影响直接，本项目中以高于规范要求的量测限差和观测次数量测的天线高，尽量提高天线高的量测精度。

3.2.3观测

a陆地水准

陆地水准观测使用仪器为：Leica NA2自动安平水准仪；

标尺为：三米线条式铟瓦水准标尺；

尺承为：6.6㎏铸铁尺台；

观测方法：跨河水准观测前后进行往返观测；跨河连测按国家二等水准精度要求控制，跨河点之间的高差观测按国家一等水准精度要求控制。

b跨河水准

跨河水准观测使用仪器为：Leica 1230GPS按收机4台及Trimble 5700GPS接收机2台；

观测方法：使用GPS静态观测，每时段观测时间为两小时，每条跨河水准观测8个时段（规范规定须6个时段）；

数据处理：GPS数据处理采用Trimble Geomatics Office 1.63。

3.2.4埋标

3.4跨河水准高差计算

3.5环闭合差检验

B001～B002，C001～C002为直接水准高差，B001～ C001，B002～ C002为 GPS高差，由B001～C001～C002～B002～B001组成闭合环，环闭合差为：

H=0.3904+2.5881-3.1061+0.1286=0.001m

环线长为3.87㎞ 限差为±7.86㎜，环闭合差满足规范要求。

4　结语

跨河水准测量时实际工程中运用比较少的，但是也是必不可少的，必须掌握其方法，通过文章的介绍可以得知，在一定的范围，一定的条件下，我们可以用GPS水准来代替精密水准测量。未来的测量技术将越来越先进，越来越科技化，所以，现在我们应该把目光看长远点，GPS，RS等技术已经成为不可替代的潮流，在我们学习先进技术的同时，我们也要把握我们最为基础的基本知识，掌握最基本的方法。

［1］ 徐绍铨，张华海，杨志强，等.GPS测量原理及应用 ，武汉：武汉大学出版社，2010.

［2］ 陆国胜，测量学第三版，测绘出版社，2009

［3］ 孔祥元，郭际明，刘宗泉，大地测量学基础，武汉大学出版社，2010年第二版

［4］ 第32卷第四期测绘与空间地理信息2009年8月《精密跨河水准测量方法与数据处理》

［5］ 146第二期地理空间信息《测距三角高程跨河水准测量的应用》李世良 （武汉大学 测绘学院，湖北武汉 430079；中铁大桥勘测设计院有限公司，湖北武汉 430050）

［6］《GPS 跨河水准测量应用探讨》浙江省测绘大队浙江杭州浙江省第二测绘院浙江杭州

王语（1986.01-）男，大学本科，助理工程师，研究方向：工程测量。

P224.1

A

1003-5168（2015）11-140-02