在喀斯特地形實施首級控制網水準測量的方法探討

孫小鵬　魯勇奇

1 引言

地球表面是高低起伏很不規則，要確定地面點的空間位置，除了確定其平面位置外，還要確定其高程。測定地面點的高程方法主要有，水準測量、三角高程測量和物理高程測量三種。

在喀斯特地區實施高程測量，受地形地貌條件的限制，三角高程測量和物理高程測量這兩種方法簡單易于實施，但精度偏低，通常只能達到三、四等水準精度；水準測量雖然在喀斯特地形條件下難以實施，但其精度高，為給類任務高程控制網可以提供準確高精度的數據。本文主要介紹在喀斯特地區實施水準測量的方法。

2 水準測量基本原理

水準測量的基本原理是利用水準儀提供的水平視線，觀測垂直豎立在兩點上的水準標尺，以測定兩點間的高差，進而求得待定高程的方法。如圖1所示。

通過圖1可以看出，若要測定A、B兩點之間的高差，則須在A、B兩點上分別垂直豎立水準標尺，在A、B兩點中間安置水準儀，用儀器的水平視線分別在A、B兩點的標尺上讀得分劃數a和b，則A、B兩點間的高差為：

（2-1）

若水準測量時沿著A到B得方向前進，則A點稱為后視點，其豎立的標尺為后視標尺，讀數值a稱為后視讀數；B點稱為前視點，其豎立的標尺稱為前視標尺，讀數值b稱為前視讀數。因此，公式（2-1）若用文字表達，即為：兩點間的高差等于后視讀數減去前視讀數。如果A點的高程為HA為已知，則B點的高程為：

（2-2）

同樣，在B，C，D，E等點豎立標尺，讀數標尺讀數為b，c，d，e，可以計算出B，C，D，E各點的高程。

3 水準測量的實施方法

在喀斯特地區建立首級控制網，要考慮地形地貌的影響和精度等因素，所以實施水準測量比較困難。為達到高精度的要求，可以采用靈活多變的水準測量方法來實施。

3.1水準路線

受地形條件的限制，假如A1、A2兩個控制點水準路線間高差特別大，高差與路線長幾乎達到了1：1的比例，A3、A4整體相對平緩，個別路段情況與A1、A2完全相同，四個控制點無法直接布設成閉合環并同時進行往、返觀測。為便于減少可能因數據質量引起的重測工作，可以采取分段測量的手段：

①在至A1點方向水準路線上增加兩個間歇點；

②在至A2點方向水準路線上增加一個間歇點；

③在至A4點方向水準路線上增加三個間歇點；

④各控制點通過建立A臨公共點聯接。

在測量過程中，所有間歇點應建在穩固牢靠的基巖上，各控制點通過上述間歇點分為若干測段，各測段均進行往、返觀測。在計算時，既可以按支水準路線直接計算任意兩控制點間的高差。

3.2 水準儀的選用

目前我國所使用的水準儀主要分為光學水準儀和電子水準儀兩大類，隨著測繪技術的發展和用于測量的儀器不斷更新，電子水準儀成為市場上主流儀器（水準儀的分類詳見表1）。

由于首級控制網對精度的要求高，所以本文選用適宜一、二等水準測量的高精度自動安平數字水準儀拓普康DL-101C，配合3m銦瓦鋼尺進行。

3.3 水準觀測

由于喀斯特地貌屬于亞熱帶地區，陰雨天氣較多，所以日間氣溫變化較小，成像清晰有利于水準作業，各測段往、返測可別在上午和下午進行；水準路線均為喀斯特地質，標尺大部分可架設于穩固的巖石尖，土質較軟時全部可采用重1.5Kg、0.25m長實心鋼質尺樁，有利于提高測量精度。

按《國家一、二等水準測量規范》（GB/T12897-2006）要求：在設站時，視線長度可設為1.9m～25m，前后視距差≤1.0m，任一測站上前后視距差累積≤2.0m，視線高度一般為0.5m～2.8m，前、后視讀數均為2次，且全部讀數限差≤0.1mm。間歇點全部采用牢固的基巖石尖頂。

DL-101C電子水準儀的讀數方法為相位法，標尺為條碼銦瓦標尺，它提供了三種線路水準測量模式：后-前-前-后、后-后-前-前、后-前，在測量時可采用 “后-前-前-后”測量模式。

3.4 水準觀測值

通過測量小組分別于對測區A1、A2、A3、A4四個控制點的觀測，以A臨點為聯接點進行了支線水準測量。

4 結論

通過對上述測區首級控制網的觀測，我們可以得出，在地形條件復雜的喀斯特地區實施高精度的水準測量是可行的，其水準測量數據往、返測高差不符值最大值為1.27mm（平差后<1mm），因此，水準測量數據具備較高的可信度。