孫小鵬 魯勇奇
1 引言
地球表面是高低起伏很不規(guī)則,要確定地面點(diǎn)的空間位置,除了確定其平面位置外,還要確定其高程。測(cè)定地面點(diǎn)的高程方法主要有,水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量和物理高程測(cè)量三種。
在喀斯特地區(qū)實(shí)施高程測(cè)量,受地形地貌條件的限制,三角高程測(cè)量和物理高程測(cè)量這兩種方法簡(jiǎn)單易于實(shí)施,但精度偏低,通常只能達(dá)到三、四等水準(zhǔn)精度;水準(zhǔn)測(cè)量雖然在喀斯特地形條件下難以實(shí)施,但其精度高,為給類(lèi)任務(wù)高程控制網(wǎng)可以提供準(zhǔn)確高精度的數(shù)據(jù)。本文主要介紹在喀斯特地區(qū)實(shí)施水準(zhǔn)測(cè)量的方法。
2 水準(zhǔn)測(cè)量基本原理
水準(zhǔn)測(cè)量的基本原理是利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線,觀測(cè)垂直豎立在兩點(diǎn)上的水準(zhǔn)標(biāo)尺,以測(cè)定兩點(diǎn)間的高差,進(jìn)而求得待定高程的方法。如圖1所示。
通過(guò)圖1可以看出,若要測(cè)定A、B兩點(diǎn)之間的高差,則須在A、B兩點(diǎn)上分別垂直豎立水準(zhǔn)標(biāo)尺,在A、B兩點(diǎn)中間安置水準(zhǔn)儀,用儀器的水平視線分別在A、B兩點(diǎn)的標(biāo)尺上讀得分劃數(shù)a和b,則A、B兩點(diǎn)間的高差為:
(2-1)
若水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)沿著A到B得方向前進(jìn),則A點(diǎn)稱(chēng)為后視點(diǎn),其豎立的標(biāo)尺為后視標(biāo)尺,讀數(shù)值a稱(chēng)為后視讀數(shù);B點(diǎn)稱(chēng)為前視點(diǎn),其豎立的標(biāo)尺稱(chēng)為前視標(biāo)尺,讀數(shù)值b稱(chēng)為前視讀數(shù)。因此,公式(2-1)若用文字表達(dá),即為:兩點(diǎn)間的高差等于后視讀數(shù)減去前視讀數(shù)。如果A點(diǎn)的高程為HA為已知,則B點(diǎn)的高程為:
(2-2)
同樣,在B,C,D,E等點(diǎn)豎立標(biāo)尺,讀數(shù)標(biāo)尺讀數(shù)為b,c,d,e,可以計(jì)算出B,C,D,E各點(diǎn)的高程。
3 水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施方法
在喀斯特地區(qū)建立首級(jí)控制網(wǎng),要考慮地形地貌的影響和精度等因素,所以實(shí)施水準(zhǔn)測(cè)量比較困難。為達(dá)到高精度的要求,可以采用靈活多變的水準(zhǔn)測(cè)量方法來(lái)實(shí)施。
3.1水準(zhǔn)路線
受地形條件的限制,假如A1、A2兩個(gè)控制點(diǎn)水準(zhǔn)路線間高差特別大,高差與路線長(zhǎng)幾乎達(dá)到了1:1的比例,A3、A4整體相對(duì)平緩,個(gè)別路段情況與A1、A2完全相同,四個(gè)控制點(diǎn)無(wú)法直接布設(shè)成閉合環(huán)并同時(shí)進(jìn)行往、返觀測(cè)。為便于減少可能因數(shù)據(jù)質(zhì)量引起的重測(cè)工作,可以采取分段測(cè)量的手段:
①在至A1點(diǎn)方向水準(zhǔn)路線上增加兩個(gè)間歇點(diǎn);
②在至A2點(diǎn)方向水準(zhǔn)路線上增加一個(gè)間歇點(diǎn);
③在至A4點(diǎn)方向水準(zhǔn)路線上增加三個(gè)間歇點(diǎn);
④各控制點(diǎn)通過(guò)建立A臨公共點(diǎn)聯(lián)接。
在測(cè)量過(guò)程中,所有間歇點(diǎn)應(yīng)建在穩(wěn)固牢靠的基巖上,各控制點(diǎn)通過(guò)上述間歇點(diǎn)分為若干測(cè)段,各測(cè)段均進(jìn)行往、返觀測(cè)。在計(jì)算時(shí),既可以按支水準(zhǔn)路線直接計(jì)算任意兩控制點(diǎn)間的高差。
3.2 水準(zhǔn)儀的選用
目前我國(guó)所使用的水準(zhǔn)儀主要分為光學(xué)水準(zhǔn)儀和電子水準(zhǔn)儀兩大類(lèi),隨著測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展和用于測(cè)量的儀器不斷更新,電子水準(zhǔn)儀成為市場(chǎng)上主流儀器(水準(zhǔn)儀的分類(lèi)詳見(jiàn)表1)。
由于首級(jí)控制網(wǎng)對(duì)精度的要求高,所以本文選用適宜一、二等水準(zhǔn)測(cè)量的高精度自動(dòng)安平數(shù)字水準(zhǔn)儀拓普康DL-101C,配合3m銦瓦鋼尺進(jìn)行。
3.3 水準(zhǔn)觀測(cè)
由于喀斯特地貌屬于亞熱帶地區(qū),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(zhǔn)作業(yè),各測(cè)段往、返測(cè)可別在上午和下午進(jìn)行;水準(zhǔn)路線均為喀斯特地質(zhì),標(biāo)尺大部分可架設(shè)于穩(wěn)固的巖石尖,土質(zhì)較軟時(shí)全部可采用重1.5Kg、0.25m長(zhǎng)實(shí)心鋼質(zhì)尺樁,有利于提高測(cè)量精度。
按《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》(GB/T12897-2006)要求:在設(shè)站時(shí),視線長(zhǎng)度可設(shè)為1.9m~25m,前后視距差≤1.0m,任一測(cè)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(shù)均為2次,且全部讀數(shù)限差≤0.1mm。間歇點(diǎn)全部采用牢固的基巖石尖頂。
DL-101C電子水準(zhǔn)儀的讀數(shù)方法為相位法,標(biāo)尺為條碼銦瓦標(biāo)尺,它提供了三種線路水準(zhǔn)測(cè)量模式:后-前-前-后、后-后-前-前、后-前,在測(cè)量時(shí)可采用 “后-前-前-后”測(cè)量模式。
3.4 水準(zhǔn)觀測(cè)值
通過(guò)測(cè)量小組分別于對(duì)測(cè)區(qū)A1、A2、A3、A4四個(gè)控制點(diǎn)的觀測(cè),以A臨點(diǎn)為聯(lián)接點(diǎn)進(jìn)行了支線水準(zhǔn)測(cè)量。
4 結(jié)論
通過(guò)對(duì)上述測(cè)區(qū)首級(jí)控制網(wǎng)的觀測(cè),我們可以得出,在地形條件復(fù)雜的喀斯特地區(qū)實(shí)施高精度的水準(zhǔn)測(cè)量是可行的,其水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)往、返測(cè)高差不符值最大值為1.27mm(平差后<1mm),因此,水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)具備較高的可信度。