跨河精密水準測量研究

王語

（貴州開磷設計研究院，貴州　貴陽　550000）

跨河精密水準測量研究

王語

（貴州開磷設計研究院，貴州貴陽550000）

當進行水準測量時，水準路線可能會跨越江河、峽谷、湖泊、洼地等遠距離障礙物時候，我們無法采用傳統的方法進行測量，這個時候我們就需要對這種遠距離無法跨越的障礙物采用比較獨特的方法進行測量，本論文介紹了跨河水準測量的方法，并通過舉例說明了GPS跨河水準錯了的應用。

跨河水準；精密測量；研究

水準測量又名“幾何水準測量”，是用水準儀和水準尺測定地面上兩點間高差的方法。在地面兩點間安置水準儀，觀測豎立在兩點上的水準標尺，按尺上讀數推算兩點間的高差。通常由水準原點或任一已知高程點出發，沿選定的水準路線逐站測定各點的高程。由于不同高程的水準面不平行，沿不同路線測得的兩點間高差將有差異，所以在整理國家水準測量成果時，須按所采用的正常高系統加以必要的改正，以求得正確的高程。我國國家水準測量依精度不同分為一、二、三、四等。一、二等水準測量稱為“精密水準測量”，是國家高程控制的全面基礎，可為研究地殼形變等提供數據。三、四等水準測量直接為地形測圖和各種工程建設提供所必需的高程控制。

1　跨河精密水準測量的方法

跨河水準測量是大地測量和控制測量中跨越江河水域進行精密高程傳遞的主要手段。跨河水準測量的方法主要有光學測微法、傾斜螺旋法、經緯儀傾角法以及測距三角高程法、GPS法等。在國家一、二等水準測量規范中，對長距離跨河水準測量場地的選擇、技術要求、作業措施以及覘牌制作均有相應的規定，這些規定可以保證跨河水準測量的實施精度。在工程測量中使用跨河水準測量方法也較為普遍，如水電工程和橋梁隧道工程建設等。特別是特大跨徑橋梁建設中，跨河水準測量技術是保證橋梁工程質量的關鍵技術之一，必須對跨河水準測量技術進行相應的改進和提高，以保證水準測量的數據質量和精度。

1.1傾斜螺旋法

所謂傾斜螺旋法，就是用水準儀的傾斜螺旋使視線傾斜地照準對岸水準標尺（一般叫遠尺）上特制覘板的標志線（用于傾斜螺旋法的覘板上有4條標志線），利用視線的傾角和標志線之間的已知距離來間接求出水平視線在對岸水準標尺上的精確讀數。視線的傾角可用傾斜螺旋分劃鼓的轉動格數（指傾斜螺旋有分劃鼓的儀器，如N3精密水準儀）或用水準器氣泡偏離中央位置的格數（指水準器管面上有分劃的儀器，如Ni 004精密水準儀）來確定。

1.2GPS水準法

GPS是伴隨著現代科技的發展而興起的以衛星為基礎的無線電導航、定位技術，它被廣泛應用于測繪行業各個領域。CPS在高程控制測量方面還處于探索階段，生產實踐中又急需此項技術以解決CPS高程應用問題。施測GPS大地高高差與水準高差進行了比較，對GPS大地高高差代替水準高差進行了有益的探索。

1.2.1GPS高程測量的精度。影響GPS定位精度的因素較多，差分GPS技術可消除很多物理因素的影響，但不能有效地消除對流層折射地影響，因此，如何正確模擬對流層折射影響是提高GPS高程測量精度的關鍵。

1.2.2GPS高程成果的轉換。GPS高程成果是相對于WGS-84橢球的大地高，而我國工程上采用的是正常高高程系統，因此，GPS高程成果需要進行轉換。

1.2.3GPS高程測量的平差方法。地殼形變監測工作是一項長期性的工作，多期觀側數據宜采用動態平差方法，另外，地殼垂直形變監測工作早期多采用精密水準測量方法，而近期是采用GPS測量方法，因此，需要建立水準網與GPS網的聯合動態平差模型。

2　精密水準測量的測前場地選擇

2.1在河流最窄處布設場地，可以使得跨越視線減至最短，有利于保證足夠的測量精度，資料統計表明，跨河水準測量的高差中誤差與視線的長度的三分之二次冪成正比，此外，測量的測回數是隨視線長度而增加，縮短視線也是為了減少工作量。

2.2跨河視線不要通過草地、沙灘的上方、兩岸由儀器至水邊的距離應大致相等，地貌、植被也應相似，儀器位置盡量選在開闊通風之處，不應靠近墻壁及土、石、磚堆等、每一端的折光差，取決于最接近儀器的那一段距離上的大氣垂直溫度梯度，如果視線一段時在干沙地的上方通過，另外一端是在水面上通過，兩端測量時的折光差不但數值不同，很可能出現不同的符號，會對測量結果帶來系統性誤差。

2.3兩岸設置儀器、標尺處的高度應大致相等，高差一般不要超過2m.最低視線距離水面的高度不應低于2m。視線長大于500m時，應不低于m（距離S以km單位的跨河視線長度、水位受潮汐影響時，按最高潮位計算），當視線高度不能滿足要求時，應埋設牢固的標尺樁，并建造穩固的觀測臺或標架。

3　工程實例

現以2009GPS跨河水準在南水北調穿黃工程中的應用研究為例，4.31 場地特點南水北調中線工程穿黃工程處的跨河條件十分特殊，具有以下特點：

①河灘寬闊且平坦，河流邊線離大堤距離及兩岸河堤相距均達5km。

②水位變化較大，尤其是汛期河流湍急。短時間內出現河水暴漲，時常將跨河處淹沒。

③ 由于該處黃河河段處于彎道處，河道變化較頻繁。跨河水準點容易經河道變化后毀壞，難于重復利用已經布埋的跨河水準點。

④汛期水面寬廣，灘涂及岸邊地勢較低，河面離岸邊視線高度不足兩米，較難滿足視線高。鑒于以上地形條件，應用傳統的跨河方法布點難，視線高度離河面近，且需經過長距離河灘的直接水準測量，在汛期時實施需要大量的輔助布點及特制設備，不利于提高整個高程施工控制網的精度。

3.1場地布置

其中跨河點、非跨河點的位置同時滿足一元線性方程。2009年穿黃工程跨河水準采用GPS觀測，跨河場地的選擇如上圖：

B001、C001為第一條跨河水準過江點，間距為1.33㎞；

A001、A002、D001、D002為B001C001方向的沿長點，A001～B001，A002～B001，

C001～ D001，C001～D002間 距 為1.5㎞ 左 右，A001～A002，D001～D002間距為0.1㎞左右，A001、A002、D001、D002距B001C001連線沿長線的垂直距離互差均在5m以內。

B002、C002為第二條跨河水準過江點，間距為1.44㎞；A003、A004、D003、D004為B002C002方向的沿長點，A003～B002，A004～B002，C002～D003，C002～D004間距為1.4㎞左右，A003～A004，D003～D004間距為0.1㎞左右，A003、A004、D003、D004距B002C002連線沿長線的垂直距離互差均在5m以內。

跨河水準場地布置在地勢較為平坦的黃河兩岸，所有點間高差均不大于5m。

3.2技術要點

3.2.1儀器安置及復位。

GPS接收機天線安置的穩定及對中整平的精確，以及不同時段天線安置復位的準確性，是GPS跨河高差誤差來源的一個重要因素。尤其是不同天線在觀測過程中的不均勻沉降直接影響跨河高差的精度。本項目是采用腳架安置的接收機天線，在作業前嚴格檢校了基座和量高尺。

3.2.2天線高的量測。

接收機天線高的量測誤差直接帶入正常高差。通常采用專用量高尺來測量天線高，量高尺使用前必須通過鑒定合格。每時段觀測前后應按規范要求準確量測。由于此項誤差影響直接，本項目中以高于規范要求的量測限差和觀測次數量測的天線高，盡量提高天線高的量測精度。

3.2.3觀測

a陸地水準

陸地水準觀測使用儀器為：Leica NA2自動安平水準儀；

標尺為：三米線條式銦瓦水準標尺；

尺承為：6.6㎏鑄鐵尺臺；

觀測方法：跨河水準觀測前后進行往返觀測；跨河連測按國家二等水準精度要求控制，跨河點之間的高差觀測按國家一等水準精度要求控制。

b跨河水準

跨河水準觀測使用儀器為：Leica 1230GPS按收機4臺及Trimble 5700GPS接收機2臺；

觀測方法：使用GPS靜態觀測，每時段觀測時間為兩小時，每條跨河水準觀測8個時段（規范規定須6個時段）；

數據處理：GPS數據處理采用Trimble Geomatics Office 1.63。

3.2.4埋標

3.4跨河水準高差計算

3.5環閉合差檢驗

B001～B002，C001～C002為直接水準高差，B001～ C001，B002～ C002為 GPS高差，由B001～C001～C002～B002～B001組成閉合環，環閉合差為：

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

環線長為3.87㎞ 限差為±7.86㎜，環閉合差滿足規范要求。

4　結語

跨河水準測量時實際工程中運用比較少的，但是也是必不可少的，必須掌握其方法，通過文章的介紹可以得知，在一定的范圍，一定的條件下，我們可以用GPS水準來代替精密水準測量。未來的測量技術將越來越先進，越來越科技化，所以，現在我們應該把目光看長遠點，GPS，RS等技術已經成為不可替代的潮流，在我們學習先進技術的同時，我們也要把握我們最為基礎的基本知識，掌握最基本的方法。

［1］ 徐紹銓，張華海，楊志強，等.GPS測量原理及應用 ，武漢：武漢大學出版社，2010.

［2］ 陸國勝，測量學第三版，測繪出版社，2009

［3］ 孔祥元，郭際明，劉宗泉，大地測量學基礎，武漢大學出版社，2010年第二版

［4］ 第32卷第四期測繪與空間地理信息2009年8月《精密跨河水準測量方法與數據處理》

［5］ 146第二期地理空間信息《測距三角高程跨河水準測量的應用》李世良 （武漢大學 測繪學院，湖北武漢 430079；中鐵大橋勘測設計院有限公司，湖北武漢 430050）

［6］《GPS 跨河水準測量應用探討》浙江省測繪大隊浙江杭州浙江省第二測繪院浙江杭州

王語（1986.01-）男，大學本科，助理工程師，研究方向：工程測量。

P224.1

A

1003-5168（2015）11-140-02