区域精密水准路线路面情况对观测精度的影响分析

王伟超

摘 要：区域精密水准观测路线一般沿道路布设，这是工作观测测量中不可避免的问题。实验数据可以表明，观测路线的地面情况有一定的影响，本课题就研究于地面情况水泥以及柏油情况进行分析比对，选取了2017年从甘肃，陕西关中环，宁夏等多个地方水准数据进行综合分析，分析不同路面情况对研究成果的影响程度，并提出了相应的改进意见。

关键词：地震监测；精密水准测量；路面情况；分析处理

中图分类号：P209 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）32-0049-03

Abstract： The regional precise leveling observation route is generally laid along the road， which is an inevitable problem in the work observation and survey. Experimental data show that the observation line of the ground conditions have a certain impact. This paper studies the situations with cement ground and tar ground， makes an contrastive analysis， and the data selected from Gansu， central Shaanxi， Ningxia and other places in 2017 are analyzed synthetically. Then， the influence degree of different pavement conditions on the research results is analyzed， and the corresponding improvement suggestions are put forward.

Keywords： seismic monitoring； precise leveling； pavement condition； analysis and processing

引言

在目前的地震監测中，获得测量数据的手段多种多样，其中包括精密水准测量，GPS测量，InSAR测量等。精密水准测量作为传统的测绘手段，目前在工程测量、变形监测、地震监测等各个行业中发挥着重要的作用。尤其对于精密水准测量，影响精度的原因多种多样，比如说仪器误差、观测误差、人为误差还有外部环境误差，而外部环境误差其中就包括了地面情况等多种因素导致。

区域水准是地震监测、地壳形变研究的重要手段之一。区域精密水准具有涉及测区范围广、观测周期长、测线情况复杂等特点。这么多特点里面，测线的路面情况在一定程度上会影响观测成果，在日常的精密水准测量工作中不可避免的就是测量处于柏油路面以及水泥路面的情况。本文利用多年区域精密水准观测数据，在统计分析的基础上分析路面情况对观测成果的影响，为精密水准观测及数据分析科研提供参考。

在自动安平水准仪为基础上，电子水准仪在望远镜光路中增加了分光镜和探测器（CCD），并采用条码式因瓦标尺和图象处理电子系统二构成的光机电测一体化的高科技产品。自动安平水准仪使用时，也可以用普通标尺。它与传统水准仪器相比有以下特点：（1）读数相对客观。不存在误差、误记等问题，没有人为读数误差。（2）精度高。视线高和视距读数都是采用大量条码分划图象经处理后取几次数据平均得出来的，因此削弱了标尺分划误差的影响。多数水准仪器都有进行多次读数取平均的功能，可以削弱外界条件影响。不熟练的作业人员也相对比较容易进行高精度测量。（3）速度快。由于省去了报数、听记、现场计算的时间以及人为出错的重测数量，测量时间与传统仪器相比可以节省1/3左右，大大减少了工作时间。（4）效率高。只需调焦和按键就可以自动读数，减轻了劳动强度。视距还能自动记录，检核，处理并能输入电子计算机进行后处理，可实线内外业一体化，这样会使工作效率提升不少。

1 区域精密水准测量概况

本文数据主要来自中国地震局第二监测中心区域精密水准观测结果，以“地震行业科研专项”作为依托，选取2017年一期数据进行分析。研究区域包括了甘肃、陕西关中、宁夏等地，地震监测任务中区域水准测量严格按照《国家一、二等水准测量规范》等要求测量，采用1985国家高程基准，主要使用用于一等精密水准测量的电子数字水准仪（DINI03）以及条码式因瓦标尺。数据记录采用地震科技星火公关项目研发的水准测量外业手簿以及软件，有效保证了工作以及成果的质量。

在外业出测前，会有一项必不可少的便是仪器以及尺子的检查，对以后的测量成果有着很重要的影响，那么仪器检查有以下几项：（1）水准仪的检视；（2）水准仪上概略水准器的检校；（3）水准仪视线观测中误差的测定；（4）自

动安平水准仪补偿误差的测定；（5）十字丝的检校；（6）i角的检验与校正；（7）数字水准仪视线距离测量误差的检验；（8）水准标尺的检视；（9）水准标尺上圆水准器安置正确性的检验与校正；（10）水准标尺分划面弯曲差（失距）的测定；（11）一对水准标尺零点不等差的测定；（12）水准标尺中轴线与标尺底面垂直性的测定；（13）水准标尺名义米长及分划偶然中误差的测定；（14）水准仪调焦透镜运行误差的测定；（15）测站高差观测中误差和竖轴误差的测定。

水准观测采用特制的铁质锥型尺桩作为转点尺承，重约0.5公斤或采用特制的铁质圆型尺台作为转点尺承，重约5公斤。

注意事项：

精密水准测量外业测量、记录、检核和计算时，应注意以下几点：

（1）在水准点（包括已知点或待定点）上立尺时，不得放置尺垫；水准尺应立直，不能左右倾斜，更不能前后俯仰。

（2）在一测站完成后，观测员未迁站之前，后视点尺垫不能移动；栽转站过程中，上一站前视立尺的尺垫应严格保持不动。

（3）每个测站前视距离和后视距离应尽量相等。当前视、后视的累计视距相差较大时，可在下个一测站适当调整前视、后视距，以缩小累计视距差。

（4）外业观测数据应当用铅笔记录在手簿中，数字应端正、整洁、清晰。在记录计算时应带上正负号。对于中丝读数，要求读记四位数，前后的零都要读记；记录手簿中的各项内容，包括观测值、记录者、测量日期、时间、天气及仪器型号都要写得清清楚楚。

2 区域精密水准资料处理

常规情况来看，统计的区域精准水准资料数据量较大，为了有效剔除数据处理过程中出现的错误，把原始数据经过解密用软件形成观测手簿，接下来会对数据进行纠正，主要包括尺长改正、正高改正和重力改正，并且生产水准高差表。最后通过观测条件对样本筛选可以得到对应的高差表统计并且运用数学统计学的方法分析结果。

但是因为精密水准数据量太大，中间会出现很多偶然误差，比如人为因素等影响结果，所以为了减少这种偶然误差，从而让结果更加精准，会从不同角度去分析观测成果数据进行分析。

由于精密水准测量误差的存在，水准测量的实际高差和理论值往往不一样，其差值统称为水准路线的高差闭合差，通常用fh表示。

式中L的为水准路线总长度，以千米为单位。

除此以外，（1）检测已测测段高差之差的限差，对单程检测或往返检测均适用，检测测段长度小于1km时，按1km计算。检测测段两点间距离不宜小于1km。（2）水准环线由不同等级路线构成时，环线闭合差的限差，应按各等级路线长度及其限差分别计算，然后取其平方和的平方根为限差。（3）当连续若干测段的往返测高差不符值保持同一符號，且大于不符值限差的20%时，则在以后各测段的观测中，除酌量缩短视线外，还应加强仪器隔热和防止尺台位移等措施。（4）在一等水准测量中，仪器距离每边尺子不得大于30米不得小于4米距离。

3 关于地面情况影响分析

水准路线的布设方向一般有国道、省道、乡道等一系列情况，地形也不完全相同，其中就有2大类为主。第一是水泥路面，第二就是柏油路面，影响这些因素的有温度高低，利用测段测线形成网状结构，从从事多年工作的经验以及各种数据表明，可以看出，分析的地方覆盖了很多地方。

由于天气温度的影响，类似当天艳阳高照温度达到很高的情况下，水泥路面不会因为温度高而改成水泥路面的变化，不管下雨不下雨，这个水泥路面因为硬化，所以尺台放上去必然会上弹，所以一段测量下来，不符值肯定会受到影响。而柏油更加不同，当温度升高的情况下，柏油路面会软化，尺台放下去的时候，会造成不同程度的下沉，遇到这样的情况，测量出来的数值肯定也会受影响。其次，当柏油路面测量到一半的情况下，如果遇到突发情况比如降雨，这样会终止测量，第二天再去测量的话，可能会对最后的测量结果产生巨大的影响。

水泥路面因为偶然的这些因素，尺台放到地面上去会上弹，所以可能出来的不符值很有可能是偏小，所以出负值的情况居多。但是柏油路面因为温度的影响，尺台放上去可能会下沉，所以数值会偏大，就是说数值偏大，所以出正直情况居多。

从上而说，这只是影响的一种因素，还有一些偶然因素会影响着观测质量，也就是说尺子气泡的对中情况还有扶尺人扶尺的用力大小以及观测员观测期间是不是气泡稳定居中。尺子气泡的居中和观测员仪器气泡对中情况会影响观测成果，可能会让本来成果偏小的变大，让本来成果偏大的变小。扶持人的用力大小可能会造成对尺子的压力，因而会转化成对地方的压力，就用柏油路面来说，本来柏油路面，很有可能造成本来可能下沉的路面再一次下沉，本来偏大的数值更加偏大。

4 结论

通过对测线布设观测数据分析，得出以下几个结论：

（1）多种因素考虑后，实际分析可以得到，在电子水准仪观测的情况下，从数据统计结果来看，柏油路面不符值数值都是偏大，而水泥路面不符值数值都是偏小。

（2）在温度不高的情况下，柏油路面对观测结果不符值影响不大并且观测成果更趋于稳定，而水泥路面不管什么情况，观测成果依然偏小。

（3）我们在测量过程中，如果不可避免遇到柏油路面的话，在温度比较高，柏油比较软的路面，我们为了提高精度，可以把尺台放在柏油路面，等尺子放好一段时间后稳定再测量，这样测量出来的不符值就可以减小尺台下沉对测量精度的影响。

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