室外長度基線場的建設思路

張超，郝宗澤，郭贊峰，孫林

(1.自然資源部第一大地測量隊，陜西 西安 710054； 2.山東科技大學測繪科學與技術學院，山東 青島 266590)

1 引 言

目前國內外對各種電子測距儀的加乘常數的檢定/校準的通常做法，是基于野外基線完成的。根據國家計量檢定規程JJG100―2003《全站型電子速測儀》的要求，野外標準長度基線場由排列成一條直線的多個觀測墩(地面點)組成，觀測墩標志點之間的距離溯源到長度基準，用以評價各種測距儀距離測量的準確性[1～6]。

標準長度基線場首尾2個觀測墩之間的總距離需在 600 m以上，以 1 000 m～2 000 m為宜。建造場地還須滿足以下條件：全程通視，地勢基本平坦(首尾高差最大不能超過 3 m)，植被良好；交通便捷利于使用，同時避免繁雜車流；建造場地規劃穩定，可供較長時間使用；地質結構穩定，沒有斷層[7]。本文從大量工程實踐出發，對我國野外標準長度基線場的數理基礎與應用予以介紹，為野外標準長度基線場從更大維度進行創新和改良提供借鑒。

2 設計基礎

目前，國際上的通用做法是，野外標準基線場均采用哥隆尺(Golomb尺)分段理論，而哥隆尺對每一個(整數)長度來說，都只有一個方法量度方式，避免了通常尺子標點之間的距離是均勻的而造成的對于同一長度由多種量測方式獲得的可能性[8]。

2.1 哥隆尺

哥隆尺是由Sidon and Babcock獨立發現，并且以數學家Solomon W. Golomb的名字命名。在一處固定整數長度的尺上，不等長地劃分最少的刻度，并能用此尺度量由1到該整數的每一個單位的距離。哥隆尺上的分段點是整數，且具有能使兩點間的距離唯一。如距離為n的哥隆尺上有不重復的m(m-1)/2段距離，則這個尺子就是完美哥隆尺(perfect Golombrulers)。需要說明的是，生成哥隆尺是簡單的，但是找到一個指定刻度的最優哥隆尺是一個有挑戰性的計算項目[8]。以目前經典的最優化哥隆尺(OGR-6)作為例證，它是基于 6 cm的尺上按0、1、4、6劃分刻度，即可連續量度 1 cm、2 cm、3 cm、4 cm、5 cm、6 cm的任一距離[9]，如圖1所示。

圖1 OGR-6的完美哥隆尺

2.2 方案設計

我國目前的野外標準基線場設計利用了Aarau模型。基于這個方法的前提是，先行條件下，對測距儀周期誤差的測定是基于室內的多功能監測平臺完成的[10]。所以對測距長度的尾數分配不做過多的關注，一般要求為正數即可。

設計前需要確定幾項參數：A為野外標準長度基線場的單位長度，B為野外標準長度基線場的哥隆尺刻度，C為野外長度基線場的設計總長。由于不再考慮野外標準長度基線場的距離尾差，對野外標準長度基線場目前的現行分類如表1所示。

Aarau模型的野外標準長度基線場設計基礎 表1

野外基線場7分段距離排列(表格有改動核實正確性) 表2

野外標準長度基線場其校準溯源來自法國賽科來當因瓦基線尺，其標準長度為 24 m，所以刻度量是基于 24 m設計的。本文以某處7測站的分段設計實例進行介紹[11～19]，如表2所示。

3 實踐應用

擬建場地選定位于我國東南某大型城市機場外圍，現場條件是場地直線長度僅能保證在 1 km左右。設計思路是初步設計基線全長為 1 008 m，以 24 m為基數，分為8段，建9個觀測墩，任意兩點間相互通視。按照相關的要求和場地條件，觀測墩分布一端密，逐漸稀疏，各觀測墩之間距離設計分配如圖2所示。

根據筆者部門多年的建設經驗，對于場地建設中需要關注到此5個方面：

(1)交通方便、地質構造穩定、沒有斷層，便于管理和長期使用；

(2)場地遠離干擾物和反射物，如高壓輸電線、微波發射塔、無線電發射塔、雷達站以及其他強電磁波輻射裝置地段；

(3)場地地勢平坦、植被良好、總坡度小于1°；

(4)基線離金屬網柵欄的距離不小于3 m，離建筑物不小于 2 m，測線上無干線公路橫穿；

(5)在基線延長方向上無高大的建筑物。

圖2 東南某處野外標準長度基線場

初步設計的0號～10號點組成的各段距離及現場設計方案組合如圖3所示。

圖3 東南某處野外標準長度基線場設計

現場確認首點位置和方向后，結合設計的各段距離要求，放樣各點到實地。每個點打木樁，并在木樁中心釘入鐵釘，鐵釘中心即為點位中心，木樁高度和地坪一致。每個點的準確位置確定后，以本點為基準點，在本點周圍(20 m左右，不易破壞的地方)精確測定2個～4個臨時控制點，并打入木樁。臨時控制點主要用于下面各個工序精確放樣，以恢復本點的位置(因為開挖后本點的位置會被破壞)。標準長度基線場9個點逐個用相同的方法測定出臨時控制點。

除在個點周圍精確測定臨時控制點外，在基線方向線上，在基線兩端和大略中間位置，避開施工區域，還要建立足夠數量(通常5個～8個)的臨時控制點。在這些測量控制點上架設全站儀，測定放樣完的比長基線場各點的距離和角度，做好記錄以供后工序使用。

4 結 語

對基線的丈量是對長度基線場賦值和校準的一種主要手段，在室外長度量值傳遞中具有重要的作用。基線丈量成果可以對各在營基線場的運行狀態、管理現狀進行有效的監督檢查，更重要的是，基線丈量成果的精度直接影響著全站儀、測距儀及GNSS接收機等測量儀器的檢定(或校準)精度。東南某處野外標準長度基線場是依據現場情況進行改良設計的，具有一定的科學性與實用性，通過東南某處野外標準長度基線場的建設對我國野外標準長度基線場建設實踐經驗進行了總結，今后還需要重點從以下兩個方面進行完善：

(1)隨著城市化進程的深化，對于場地的選擇要適度提高其靈活性，在能保證距離的前提下，需要有效地利用新的數學模型優化相關要求。

(2)建設實踐中具體分段及各分段設計距離在建造時應視地形、地貌和地下管線情況確定，有必要變更時需要通過溝通，得到確認后實施。