室外长度基线场的建设思路

张超，郝宗泽，郭赞峰，孙林

(1.自然资源部第一大地测量队，陕西 西安 710054； 2.山东科技大学测绘科学与技术学院，山东 青岛 266590)

1 引 言

目前国内外对各种电子测距仪的加乘常数的检定/校准的通常做法，是基于野外基线完成的。根据国家计量检定规程JJG100―2003《全站型电子速测仪》的要求，野外标准长度基线场由排列成一条直线的多个观测墩(地面点)组成，观测墩标志点之间的距离溯源到长度基准，用以评价各种测距仪距离测量的准确性[1～6]。

标准长度基线场首尾2个观测墩之间的总距离需在 600 m以上，以 1 000 m～2 000 m为宜。建造场地还须满足以下条件：全程通视，地势基本平坦(首尾高差最大不能超过 3 m)，植被良好；交通便捷利于使用，同时避免繁杂车流；建造场地规划稳定，可供较长时间使用；地质结构稳定，没有断层[7]。本文从大量工程实践出发，对我国野外标准长度基线场的数理基础与应用予以介绍，为野外标准长度基线场从更大维度进行创新和改良提供借鉴。

2 设计基础

目前，国际上的通用做法是，野外标准基线场均采用哥隆尺(Golomb尺)分段理论，而哥隆尺对每一个(整数)长度来说，都只有一个方法量度方式，避免了通常尺子标点之间的距离是均匀的而造成的对于同一长度由多种量测方式获得的可能性[8]。

2.1 哥隆尺

哥隆尺是由Sidon and Babcock独立发现，并且以数学家Solomon W. Golomb的名字命名。在一处固定整数长度的尺上，不等长地划分最少的刻度，并能用此尺度量由1到该整数的每一个单位的距离。哥隆尺上的分段点是整数，且具有能使两点间的距离唯一。如距离为n的哥隆尺上有不重复的m(m-1)/2段距离，则这个尺子就是完美哥隆尺(perfect Golombrulers)。需要说明的是，生成哥隆尺是简单的，但是找到一个指定刻度的最优哥隆尺是一个有挑战性的计算项目[8]。以目前经典的最优化哥隆尺(OGR-6)作为例证，它是基于 6 cm的尺上按0、1、4、6划分刻度，即可连续量度 1 cm、2 cm、3 cm、4 cm、5 cm、6 cm的任一距离[9]，如图1所示。

图1 OGR-6的完美哥隆尺

2.2 方案设计

我国目前的野外标准基线场设计利用了Aarau模型。基于这个方法的前提是，先行条件下，对测距仪周期误差的测定是基于室内的多功能监测平台完成的[10]。所以对测距长度的尾数分配不做过多的关注，一般要求为正数即可。

设计前需要确定几项参数：A为野外标准长度基线场的单位长度，B为野外标准长度基线场的哥隆尺刻度，C为野外长度基线场的设计总长。由于不再考虑野外标准长度基线场的距离尾差，对野外标准长度基线场目前的现行分类如表1所示。

Aarau模型的野外标准长度基线场设计基础 表1

野外基线场7分段距离排列(表格有改动核实正确性) 表2

野外标准长度基线场其校准溯源来自法国赛科来当因瓦基线尺，其标准长度为 24 m，所以刻度量是基于 24 m设计的。本文以某处7测站的分段设计实例进行介绍[11～19]，如表2所示。

3 实践应用

拟建场地选定位于我国东南某大型城市机场外围，现场条件是场地直线长度仅能保证在 1 km左右。设计思路是初步设计基线全长为 1 008 m，以 24 m为基数，分为8段，建9个观测墩，任意两点间相互通视。按照相关的要求和场地条件，观测墩分布一端密，逐渐稀疏，各观测墩之间距离设计分配如图2所示。

根据笔者部门多年的建设经验，对于场地建设中需要关注到此5个方面：

(1)交通方便、地质构造稳定、没有断层，便于管理和长期使用；

(2)场地远离干扰物和反射物，如高压输电线、微波发射塔、无线电发射塔、雷达站以及其他强电磁波辐射装置地段；

(3)场地地势平坦、植被良好、总坡度小于1°；

(4)基线离金属网栅栏的距离不小于3 m，离建筑物不小于 2 m，测线上无干线公路横穿；

(5)在基线延长方向上无高大的建筑物。

图2 东南某处野外标准长度基线场

初步设计的0号～10号点组成的各段距离及现场设计方案组合如图3所示。

图3 东南某处野外标准长度基线场设计

现场确认首点位置和方向后，结合设计的各段距离要求，放样各点到实地。每个点打木桩，并在木桩中心钉入铁钉，铁钉中心即为点位中心，木桩高度和地坪一致。每个点的准确位置确定后，以本点为基准点，在本点周围(20 m左右，不易破坏的地方)精确测定2个～4个临时控制点，并打入木桩。临时控制点主要用于下面各个工序精确放样，以恢复本点的位置(因为开挖后本点的位置会被破坏)。标准长度基线场9个点逐个用相同的方法测定出临时控制点。

除在个点周围精确测定临时控制点外，在基线方向线上，在基线两端和大略中间位置，避开施工区域，还要建立足够数量(通常5个～8个)的临时控制点。在这些测量控制点上架设全站仪，测定放样完的比长基线场各点的距离和角度，做好记录以供后工序使用。

4 结 语

对基线的丈量是对长度基线场赋值和校准的一种主要手段，在室外长度量值传递中具有重要的作用。基线丈量成果可以对各在营基线场的运行状态、管理现状进行有效的监督检查，更重要的是，基线丈量成果的精度直接影响着全站仪、测距仪及GNSS接收机等测量仪器的检定(或校准)精度。东南某处野外标准长度基线场是依据现场情况进行改良设计的，具有一定的科学性与实用性，通过东南某处野外标准长度基线场的建设对我国野外标准长度基线场建设实践经验进行了总结，今后还需要重点从以下两个方面进行完善：

(1)随着城市化进程的深化，对于场地的选择要适度提高其灵活性，在能保证距离的前提下，需要有效地利用新的数学模型优化相关要求。

(2)建设实践中具体分段及各分段设计距离在建造时应视地形、地貌和地下管线情况确定，有必要变更时需要通过沟通，得到确认后实施。