高程传递精度分析

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NO.2 2011 (Total 109
水准仪联合钢尺高程传递方法精度分析
杨昊
(韶关乐昌市国土资源局测绘队,广东韶关
512200
摘要:水准仪联合钢尺进行高程传递,实验结果表明这种方法精度高、可靠性好,具有很好的应用价值。

关键词 :高程测量 ; 建筑工程测量
1. 引言
目前,高程测量的方法很多,常见的方法包括水准测量、三角高程测量,以及目前日益广泛应用的 GPS 高程测量。

以上方法中,水准测量施测及数据处理简单, 且其精度最高、可靠性最好,是目前最常用的方法。

其不足之处是在待定点与已知点较远的情况下, 采用水准测量方法耗时耗力,效率低下。

三角高程测量方法较水准测量方法速度较快,效率较高,但由于其精度受到外界因素影响较大,精度和稳定性难以保证 [1-4],一般认为可以代替三、四等水准测量 , 在特定情况下甚至可代替一等、二等水准测量 [5-6]。

GPS 高程测量获得的直接观测值是待定点的大地高, 只有获得了其高程异常值后才可转换为正常高。

获得高精度的高程异常值常见的方法包括高程拟合和内插已有的高精度似大地水准面。

其中高程拟合受到拟合点高程精度、拟合点点数、拟合点距离待定点距离等因素的影响 [7-10],在现行的工程测量规范中认为其只可代替五等水准测量 [11],且需满足一定条件要求; 内插高精度水准面的方法的前提是施测区域已有高精度的似大地水准面产品, 且待定点需获得高精度的大地高,在全国的大部分地区,由于受到经济条件的影响而没有施测高精度的似
大地水准面,因此难以采用这种方法。

总而言之 GPS 高程测量的方法受到很多条件的制约有待进一步发展。

在一些特殊的场合,如基坑、建筑场地矿井等施工过程中,经常需要将高精度高程引测到基坑底部、建筑物顶上或矿井下,此时高差较大,常常无法进行水准测量或者进行水准测量方法十分困难, 甚至有时无法采用三角高程和 GPS 测量方法进行施测, 此唯一的选择是采用水准仪联合钢尺法进行高程传递。

由于对于该方法精度的研究或文献极为少见, 采用该方法施测的精度究竟如何, 针对此问题本文通过实验的方法进行了深入的研究。

2. 水准仪联合钢尺高程传递方法原理
如图所示 , A 为建筑物附近的地面水准点, B 为建筑物顶部的待定水准点。

在房顶悬吊一把钢尺,尺端朝下,底端挂一垂球 ,以拉直钢尺,为防止悬吊的钢尺受风力影响晃动而影响观测读数, 将尺下端的重锤置于一盛满水的水桶(如图 1 。

分别在 A 、 B 竖立水准标尺,在钢尺与房顶上、下的标尺之间各安置一台水准仪, 读数 a1、 b1。

然后,地面和房顶的水准仪同时照准钢尺, 读数 m 、n (同时读数可避免钢尺移动所产生的误差 , 并测定地面和房顶的气温 ;最后再次照准 A 、 B 处的水准标尺, 读数 a2、 b2。

两次标尺读数的平均值为a 、 b 。

则 A 、 B 两点的高差为 [12]:
h AB =a-b+(n-m+⊿ l
(1
式中⊿ l 为钢尺改正数,包括尺长改正⊿ l d 、温度
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图 1
改正数⊿ l t 、张力误差改正数⊿ l N 及因尺带重力引起误差改正数⊿ l RN ,可表示为:
⊿ l=⊿ l d +⊿ l t +⊿ l N +⊿ l RN
(2
其中,温度改正:⊿ l t =(n-m×α×(t-20,式中:t 为观测时刻实测温度, α为钢尺的线膨胀系数,若观测采用的是标准拉力 (即重锤重力扣除其在水中的浮力后正好等于
钢尺的标准拉力时, 此项改正数为 0,尺带重力引起的误差⊿ l RN 极小可略去, 此时A 、 B 两点间的高差公式为
h AB =a-b+(n-m+⊿ l d +⊿ l t
(3
移动钢尺吊架,以房顶的 B 点作为后视,重复上述观测,得返测高差 hBA 。

若hAB 与 hBA 之和即较差满足特定要求时,取其平均值作为最终结果。

3. 试验精度分析
本次试验采用的仪器包括:2台 Trimble DINI12型数字水准仪, 标称精度为每公里往返测高差中误差 0.3mm , 一把 50米规格精密钢尺 , 膨胀系数为
0.0000115,标准拉力 100N ,标称精度为 0.1摄氏度的温度计 2只,特制重锤一个 (扣除其在水中的浮力后其重力正好为钢尺的标准拉力,钢支架一个,全部仪器在观测前都进行了鉴定,各项指标满足实验要求。

我们在三栋不同高度的建筑物楼下和楼顶分别设置两个水准标志,分别为 A1、A2、 A3和 B1、 B2、 B3,分别对于建筑物上下两个点间首先按照三等水准测量要求进行了水准观测,观测结果见表 1。

从表 1中可以看出, 观测的结果满足三等水准测量的要求,由此获得建筑物上下两点间的水准高差,再
按照水准仪联合钢尺进行高程传递方法的原理进行高程测量,观测中若往测高差与返测高差较差小于 0.5mm 时取均值作为最终观测结果,否则应重新测量,对观测
结果进行尺长、温度改正后获得最终结果 (由于采用标准拉力以及因尺带重引起的误差较小, 此两项改正略去,实验结果见表 2。

两种方法获得的结果的比较见表 3 从表中我们可以看出, 两种方法获得的高差非常接近, 水准仪联合钢尺进行高程传递的方法与水准测量方法获得结果的精度相当,且可靠性好。

4. 结论
总结水准法和水准仪联合钢尺法两种方法实施的过程,我们不难看出:
(1前者观测方法简单,计算方便,后者观测时过程复杂,且需要观测温度甚至拉力测量, 并进行相应改正,观测方法复杂, 计算过程繁琐。

(2前者观测需要沿楼梯一站站进行观测, 在狭窄的楼梯间进行观测非常困难, 有时甚至难以实现 ,后者一般可一次传递观测完成 ,特殊情况时还可分段传递完成。

(3前者在楼层较高时观测误差累计较大 , 后者在楼层较高时受到钢
表 3
两种方法获得结果比较
表 1
水准测量结果
表 2
水准仪联合钢尺高程传递方法结果
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上接第 34页
4.4 航摄受天气影响较大,数据处理仍需改进
运用 DMCⅡ数码相机进行航空摄影,受天气影响较大,如遇天气不理想,所摄影像雾气较大,图面较模糊, 效果不理想,另外影像图面噪点较多 , 所摄影像的数据处理还需改进。

5. 结语
本次采用 DMCⅡ数码影像制作溧阳市大比例尺正射影像图,属于首次尝试,经过摸索与总结,取得了一些成绩,如测区内模型连接稳定,缩短了空三加密的时间,提高了空三加密精度等。

但由于是首次接触 DMCⅡ数码影像,并进行大比例尺正射影像图的制作,国内可以借鉴的例子较少, 因此作业过程中也发现了一些不
足和有待改进的地方。

相信随着计算机和 CCD 技术的
发展,航空数码相机将成为高分辨率、高精度航空遥感以及无控制航测的主要技术手段, 航空数字影像也将成为大比例尺地理空间信息获取的重要数据源, 在信息化测绘中发挥的作用也将越来越重要。

参考文献
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社 ,1996.
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[3] 唐宏辉 , 刘颖炯 . 浅谈长沙市 1∶2000彩色数字正射影像图制作技术 [
J ]. 地矿测绘 .2006(4.尺长度的限制。

且楼层较高时受到风力温度影响也较大,观测精度较差。

(4一般情况下,后者的效率较前者高。

以上实验表明, 水准仪联合钢尺进行高程传递的方法精度高、可靠性好,与水准测量、三角高程测量和 GPS 高程测量相比,在基坑矿井等类似特殊高精度应用现场,它具有很高的应用价值。

参考文献
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作者简介
杨昊 (1973.2-,男,苗族,助理工程师,乐昌市国土资源局测绘队副队长,主要从事工程测量、测绘工程管理及测绘新技术开发应用研究工作。

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