精密跨河水准测量误差分析及改进措施

白怀明，王军

（山东黄河勘测设计研究院，山东济南 250013）

精密跨河水准测量误差分析及改进措施

白怀明，王军

（山东黄河勘测设计研究院，山东济南 250013）

阐述了在一定的条件下，用全站仪三角高程方法进行跨河二等水准测量，并通过在工程中的实践应用，探讨精密三角高程测量实现精密跨河水准的可行性和便利性，提出了影响跨河水准测量精度的因素，减弱或消除措施。

跨河水准；精密三角高程；中误差

受山东黄河供水局委托，山东黄河勘测设计研究院承担和完成了山东黄河涵闸沉陷基准点普测工作，并为涵闸监测提供统一高程基准。由于引水涵闸分布于黄河两岸，要满足所有涵闸使用统一的高程基准，需对所有涵闸的基准点进行水准联测。

1 跨河水准误差来源及分析

当跨河距离超过100 m时，应根据跨越距离和测量设备选择跨河水准测量方法，本文主要阐述三角高程在跨河二等水准测量中的应用。

三角高程测量单向观测的高差计算公式为：

式中，D为平距，m；α为垂直角；i为仪器高，m；υ为目标高；k为大气垂直折光系数；R为地球半径，m。

误差关系式为：

由此可以看出，三角高程测量的精度mh除受测距中误差mD、垂直角中误差mα、仪器mi和觇标mυ量高误差外，还受大气垂直折光mk的影响。

跨河距离D<

表1 不同α和D mα和mD对高差的影响

2 工程实践及应用效果

在山东引黄水闸闸基点普测项目中，选择两处进行三角高程跨河水准测量，两处跨河视线长度约为300 m，使用徕卡TS50全站仪进行施测。

跨河点位于黄河两岸，布设为平行四边形，两岸选择稳定、可靠处埋设水准标石，同岸两标石间距约为20～30 m。点位布设如图1、图2所示：

图1 闸基点普测（惠青浮桥处）跨河二等水准点位布设示意图

使用一台测角精度为0.5″、测距精度为0.6 mm+1ppm的徕卡TS50全站仪配合与之配套的徕卡棱镜进行三角高程测量，以惠清浮桥为例简述作业流程。

图2 闸基点普测（建林浮桥处）跨河二等水准点位布设示意图

将仪器架设至某一个点上（F）,两个棱镜分别安置于北岸的E和南岸的G点处，用三角高程测量方法对E-G段高差进行测量，竖直角和平距每一站分别进行4个测回的测量，每站测量完成后应计算竖盘指标差和视距差是否超限，若无超限，则进行下一站观测。移动对岸的棱镜至H点，按同样的方法观测E-H段高差。以此类推，进行相关段落的高差测量。

同岸两点（E-F、G-H）的高差采用DNA03数字水准仪进行二等水准测量。

每一段的高差分别安排上午和下午2个时段的观测，每段高差均进行同时段（不同时段）的对向观测，外业观测结束后进行数据处理，计算环闭合差。数据处理及精度分析，详见表2。

表2 环闭合差计算及精度统计

表2中跨河水准路线闭合差均符合限差要求，经计算全中误差为1.48 mm，小于二等水准每公里全中误差Mw=2.0 mm。

式中：Mw为每千米水准测量全中误差限值，mm；S为跨河视线长度，km。

从该项目观测数据及计算成果可知，使用三角高程进行跨河二等水准测量的精度稳定、可靠，能够满足国家一、二等水准测量精度要求。

3 影响因素的减弱和消除

4 结语

三角高程跨河水准测量的影响因素主要包含：测距中误差mD、测角中误差mα、仪器高量取中误差mi、棱镜高量取中误差mυ、大气垂直折光mk。

减弱或消除三角高程跨河水准测量影响因素的措施：

1）减弱测距中误差mD，可采取缩短视线长度，减小垂直角来减弱该误差，测距中误差相对较小，可忽略不计。

2）测角中误差mα，是三角高程测量的主要误差来源之一，可采用高精度测角仪器、在河道狭窄处进行观测、视线尽可能保持水平（减弱垂直误差）、增加测回数。

3）消除仪器和棱镜高的量取误差，可采用双棱镜求高差无需量取仪器高、作业前对棱镜高的高差进行观测、计算以此来消除此误差。

4）大气折光的影响，可采取以下措施来减弱：①严格按照规范规定的时间（上午应自日出后1 h起至中午前2 h止；下午自中午后2 h起至日落前1 h止）；②跨河水准在气温变化较小、风力微和的阴天进行，观测时应对仪器打伞，避免阳光直射；③同一测段的高差应在同一时段进行对向观测，取均值；④同一测段的测回数，上下午各占一半；⑤跨河视线不得通过草丛、干丘、沙滩的上方；⑥视线的高度应满足不低于2 m，当大

本文对精密三角高程测量实现跨河二等水准测量从理论上进行了分析，并通过工程实践进行了验证。在网形适当、观测合理、处理方法得当的情况下，精密三角高程测量可以达到国家二等水准测量的精度，使用全自动、高精度全站仪进行观测除了使操作更加简单外，还可提高三角高程测量的精度和实现长距离的跨河水准测量。

[1]GB/T 12897-2006国家一、二等水准测量规范.北京：中国标准出版社出版，2006.

[2]张艳，高飞，李晓莉.应用精密三角高程测量实现跨河水准的研究.合肥工业大学学报[J]，2007，（3）.

（责任编辑 迟明春）

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1009-6159（2016）-12-0031-02

2016-02-24

白怀明（1988—），男，助理工程师