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跨越障碍物的精密水准测量论文 摘要：水准路线布设过程中难免会遇到江河、湖塘、宽沟、山谷等障碍物，有时必须通过这些障碍物，通常的水准测量方法无法实现，这时需要采用特殊的方法和设备，来完成障碍物的跨越测量。本文对直接法、水准仪法、经纬仪法和GPS水准四种方法进行了论述，并以朝天门跨江（长江）观测数据为例，对测距三角高程法整个计算过程作了详细的讲述。 关键词：跨河水准、倾斜螺旋法、经纬仪倾角法、测距三角高程法 第一章 前 言 水准测量以其短视线和前、后视线等距以及时空对称的测量方式，排除或削弱了以折光差为主的多项干扰因素，使得测高精度明显优于其他测量方法。布设水准路线时，应尽量避免通过江河、湖塘、宽沟、山谷等障碍物。当不得已而必须通过上述障碍物时，水准测量的优势将无法保持。为了使高程传递精度与通常水准测量基本一致，需要采取特殊的方法和设备，完成跨越障碍物的测量。 第二章 跨越障碍物的方法 2.1 直接法 当一、二等水准路线上的障碍物宽度不超过100m时，前、后视均以障碍物宽为视线长，等距设站。在测站上变换仪器高度观测两次，两次测量的高差之差不超过1.5mm时，取用两次观测结果的中数。 2.2 水准仪法 水准仪法又可分为光学测微法和倾斜螺旋法两种。 2.2.1 光学测微法 障碍物宽度超过100m，而不超过500m时，使用一台水准仪（若用两台水准仪对向观测，有利于提高观测精度），以水平视线照准觇板标志，读取测微器分划值，求得两岸高差。 2.2.2 倾斜螺旋法 障碍物超过500m或水准仪测微器的分辨能力不能有效识别远标尺的觇板移动，且障碍物宽度不超过1500m时，使用两台水准仪对向观测，用倾斜螺旋或气泡分划来测定水平视线上、下两标志的微小倾角，计算水平视线位置求出两岸高差。 2.3 经纬仪法 经纬仪法又可分为经纬仪倾角法和测距三角高程法。 2.3.1 经纬仪倾角法 障碍物的宽度超过1500m，或使用水准仪跨越测量有困难，且障碍物宽度不超过3500m时，使用两台经纬仪对向观测，用垂直角测定水平视线上、下两标志的微小倾角，计算水平视线位置，求出两岸高差。 2.3.2 测距三角高程法 障碍物两端设站的高度差超过2m，致使水平视线上、下两标志无法在水准标尺上设置时，使用两台经纬仪对向观测，测定偏离水平视线的标志倾角。用测距仪量测测站至标志的距离，计算两岸高差。 2.4 GPS水准测量法 障碍物宽度不超过3500m时，也可以使用GPS接收机和水准仪分别测定两岸点位的大地高差和同岸点位的水准高差，求出两岸的高程异常和两岸高差。 施测方法将直接影响跨越障碍物测量的精度，在条件允许的情况下，尽量选择对向观测方法。使用倾角法间接测量高差时，宜选用微小倾角，小于经纬仪测微器的量程较为有利。 第三章 跨越障碍物测量的场地选择与测前准备 这里仅以跨越江河为例叙述。 3.1 场地选定 （1）在河流最窄处布设场地，可以使得跨越视线减至最短，有利于保证足够的测量精度。统计资料表明，跨河水准测量的高差中误差与视线长度的3/2次幂成正比。此外，测量的测回数是随视线长度而增加，缩短视线也是为了减少工作量。 （2）跨河视线不要通过草地、沙滩的上方。两岸由仪器至水边的距离应大致相等，地貌、植被也应相似，仪器位置尽量选在开阔通风之处，不应靠近墙壁及土、石、砖堆等。每一端的折光差，取决于最接近仪器的那一段距离上的大气垂直温度梯度。如果视线一端是在干沙地的上方通过，另一端是在水面上通过，两端测量时的折光差不但数值不同，很可能出现不同的符号，会对测量结果带来系统性误差。 （3）两岸设置仪器、标尺处的高度应大致相等，高差一般不要超过2m。最低视线距水面的高度应不低于2m。视线长大于500m时，应不低于4·m（S是以km为单位的跨河视线长度。水位受潮汐影响时，按最高潮位计算），当视线高度不能满足要求时，应埋设牢固的标尺桩，并建造稳固的观测台或标架。实验得知，视线在水面上方的折光系数随视线高度减小。 3.2 场地布设 （1）在选定的场地上，两岸的仪器位置和立尺点应构成对称图形，例如狭长的平行四边形、等腰梯形及狭长的大地四边形等。使两岸的长视线和短视线两两相等，每岸短视线的长度为10m～20m。若跨河视线较短，只用一台水准仪观测时，也可以采用“之”字形布设，使两岸跨河视线重合，这种图形简便易行。这些图形保证了跨河视线的长度相等、环境一致和独立观测。在对向观测时，使望远镜的调焦位置相同，折光差和地球弯曲差相近，由两岸构成一测回高差中的误差得以最大限度地抵消。 跨河水准测量的仪器位置和立尺点构成的图形如下所示。 平行四边形 等腰梯形 之字形 大地四边形 图3.1 跨河水准测量的图形 图中I1，I2以及b1，b2分别为两岸仪器位置