三角高程测量在跨水域高程传递中的应用

高振斌,刘夙睿,王 伟,毕 博

(1.黄河口水文水资源勘测局,山东 东营 257091;2.黄委济南勘测局,山东 济南 205100)

三角高程测量在跨水域高程传递中的应用

高振斌1,刘夙睿1,王 伟1,毕 博2

(1.黄河口水文水资源勘测局,山东 东营 257091;2.黄委济南勘测局,山东 济南 205100)

跨水域高程传递是黄河口及沿海观测研究中的重要基础性工作,文中依据国家相关规范的要求,提出了利用改进的三角高程法进行跨水域高程传递.经过在实际工作中验证,测量精度能够满足国家二等水准所规定的精度,工作流程也得到了简化,作业效率得以提高.

三角高程;跨水域高程传递;对向观测;黄河口

1 概述

在黄河河口测量工作中,因黄河河口工农渔业发展的因素,特别是受石油工业的影响,使黄河两岸高等级水准点产生不均匀沉陷,使得黄河两岸的高程成果发生变化,影响高程传递工作的精度;加之黄河河口河面宽浅、汊沟遍布、芦苇丛生、淤泥松软,无法使用常规水准测量方法进行左右岸高等级水准点的联测,应用精密三角高程测量方法进行跨水域高程传递,解决了上述难题,成为黄河口地区高程传递的一个有效手段.

2 精密三角高程测量原理

众所周知,三角高程测量法是跨海高程传递中相对普遍采用的方法,其核心原理是凭借已知高程点利用全站仪对目标点进行观测,得到目标点的竖直角和水平距离,并据此推算两点间的高差,以实现高程传递.

在起始观测站和终了观测站上的观测高差,计算公式应为:

3 测量方案

3.1 点位布设

试验选取黄河口附近需推算高程的汊河设置观测点,布设如下图所示.在测站S1和S2之间选择1点、2点、3点等三个临时点(见图1),作为全站仪设站点的具体要求为:

1点至S1点之间的距离及3点至S2点之间的距离范围为5～20 m;1点至2点之间作为对向观测边,为了让对向观测边成为偶数,故确定2点至3点作为过渡的对向观测边;特别是1,2点之间应通视良好,仪器架设在地势较高的地方,视线应高于水面10m以上.

图1 点位布设图

3.2 仪器选择及安装

根据(2)、(3)式可知,该方法高程测量的精度取决于对向观测的平距值SAB及竖直角观测值的观测精度,由于跨水域高程传递中竖直角微小,SAB的精度易控制在1 cm以内,故竖直角的观测精度成为影响该方法高程传递测量的精度的主要因素.测角精度为±0.5"的高精度智能全站仪作为这次试验的观测仪器,能够满足测角精度要求.

3.3 观测方案

这次测量方案采用TM30的ATR功能,自动照准测量方式.为满足观测精度,根据不同的气象条件制订对应的对向观测方法,当天气晴朗,能见度高,水汽较少,气象条件稳定时,上午一个观测时段观测,每个时段设置8个组对向观测,每组4个测回,共观测9组(最先观测多观测1组),全天共观测18组.当天气阴沉,能见度一般,水汽较重,气象条件不稳定时,分上下午两个观测时段观测,每个时段设置4个组对向观测,每组4个测回,共观测9组(最先观测多观测1组),全天观测17组.

此外,为了减小测角中误差,一般采用多测回的方向法,实际观测中每组4测回,保证每组的测角中误差都在0.5"以内.

起点观测:全站仪架设在1点上,棱镜架设在S1点上,每时段观测并记录一组平距及竖直角数据.注意,在测距前需观测气温与气压.

跨水(河、沟)段测量:跨水(河、沟)段对向观测时应采用距离与竖直角分测的方式进行.在每个测量时段开始前及结束后进行距离测量,采用正倒镜测量方式,取前后8次测量的平均值.

过渡边的对向观测要求:将1点上的全站仪搬到3点架设,进行2点、3点之间的对向观测,观测4个测回,共观测8个测回.变换仪器高后,再进行2、3点的返测.

末点观测:将立于S1上的棱镜杆移到S2上立好,且需保持棱镜高度不变,在3点上对S2进行数据采集.之后在进行3点到2点的过渡边对向观测,完成后变化仪器高,进行3点、S2点的返测.

4 试验数据的处理与观测精度统计

4.1 限差分析

查阅GB/T12897-2006《国家一、二等水准测量规范》的有关规定,二等水准测量的每千米中误差Mω为2 mm,跨水(河、沟)距离总长为L,其高差中误差需不大于:

用8组测量数据的平均值,控制各组测量中误差不大于:

每两组之间允许中误差为:

4.2 数据分析

试验得到的两组跨水(河、沟)段高程传递观测数据,将测段一和测段二的观测数据列于表1.其中测段一的观测模式为一个时段数据,测段二的数据为分一天中上、下午两个时段观测模式统计所得.

表1 高差观测数据

测段一的长度为2.469 km,8组高差平均值为-3.449 0 m;测段二的长度为1.818 km,8组高差平均值为5.251 1 m,根据(4)式--(6)式计算各项限差与实际值比较,如表2所示.

表2 限差与实际比较mm

5 结语

文中针对黄河三角洲地区宽水域河沟较多、常规水准测量不能满足高精度高程传递的实际,引进精密三角高程测量并加以改进.其实质是对精密三角高程测量考虑运用一种线性观测结构,同时选用高精度自动观测仪器进行相对严格的对向观测,减弱了大气折光的影响,采用偶数站测量方式,避免了量取仪器高和站标高的环节,减小了工作量,作业效率得到提升.该方法经多次试验分析后,可满足二等水准测量规范的精度要求,解决了实际生产需要.

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TV221.1 < class="emphasis_bold">[文献标识码]B

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1002-0624(2017)11-0059-03

2017-07-26