廊坊市二等水准测量的实施及成果分析*
2010-12-23蔄茂金
蔄茂金
(河北省地质测绘院,河北廊坊 065000)
廊坊市二等水准测量的实施及成果分析*
蔄茂金
(河北省地质测绘院,河北廊坊 065000)
近年来由于地下水的过分开采,廊坊市规划区地面沉降严重,原水准点成果已失去现势性。为此,对廊坊市规划区首级高程控制网重新进行了建立,建成一个新的控制面积达 300多 km2的国家二等水准网。最后,通过对新的高程控制网和原有高程控制网的衔接问题进行探讨,提出了几点建议。
廊坊市;二等水准测量;实施;成果分析
0 引言
近年来由于地下水的过分开采,廊坊市地面沉降严重,原有的水准点已失去了现势意义,因此对规划区的首级控制网进行了重新建立,形成了一个控制面积达 300 km2的国家二等水准网。二等水准测量属于国家精密水准测量范畴,实施有其精确性及严密性,因此科学地组织显得很重要。另外,新的水准网建立起来后怎样才能较好地和目前使用的成果进行衔接,必须有切实可行的思路。为此,笔者通过对廊坊市二等水准测量的实施方案及成果进行分析,提出了几点建议。
1 工程概述
本项目共埋设 15个普通混凝土水准标石,经两个冻、解期及一个雨季,经检查埋石情况良好后,进行了二等水准测量外业观测工作。本次水准测量工作完成国家二等水准测量147.5 km,水准网平差后共得到 20个国家二等水准精度的水准点成果。
1.1 水准标石埋设情况
本次新埋设的水准标石,基坑为 1 m见方,深 1.8 m左右,基坑底铺 20 cm厚的碎石,夯实后填埋标石。标石顶面一般在地面半米以下,项面固定不锈钢材料制成的半球形水准标志。标石顶部套有水泥圆管,能够起到保护水准点的作用。新水准点按流水顺序编号。
1.2 水准网情况
水准外业观测网共联测水准点 23个,由 7个水准闭合环和1条附合水准路线组成,平均环长 28.99 km,附合水准路线长16.64 km。水准网共包括 19条水准路线,形成 12个结点,两相邻结点最远距离为 17.38 km。
2 技术路线
2.1 作业技术依据
作业技术依据主要有:
1)《国家一、二等水准测量规范》GB12897-2006(以下简称《规范》);
2)《城市测量规范》CJJ8-99;
3)《廊坊市规划区首级高程控制网技术设计书》。
2.2 已有资料利用情况
2.2.1 已知点利用情况
北京测绘院 2005年在北京与廊坊交界地带进行的国家一等水准测量,现收集到Ⅰ西旧 11和Ⅰ西旧 16成果,高程系统为1985国家高程基准。经检测符合精度要求,做为此次水准测量的高程起算点。
2.2.2 水准点正常重力值和重力异常值的计算
利用测区 1∶5万地形图查出各水准点的纬度,并以之为参数计算各点正常重力值。利用测区1∶100万重力布格异常图查出各个水准点的布格异常值,推算出重力异常值。从而计算各段高差的水准面不平行改正数和重力异常改正数。
2.3 作业过程
2.3.1 水准测量所使用的仪器和标尺
本次测量作业使用 1台 Tr imble D IN I12 S05型电子水准仪及配套的铟钢条码尺,仪器和标尺均在有效检校期内,各项指标均附合《规范》规定。
2.3.2 水准观测作业方法
水准观测作业方法如下:
1)每日观测前进行 i角测定,并将其改正值加入仪器内。若开测为未结束测段,则在新测段开始前行进测定。
2)观测方式采用单路线往返观测,一条路线的往返测使用同一台仪器和转点尺承,沿同一道路进行。视距使用测绳丈量,视距最大48 m,最小5 m,平均40 m。记簿采用电子记录方式,直接存储于仪器内。考虑到仪器测量模式的设置,往返测观测顺序均选择为:奇数站为后 -前 -前 -后;偶数站为前 -后 -后-前。同一测段的往测 (返测)与返测 (往测)分别在上午和下午进行。
3)观测间歇不能结束在水准点上时,选择 3个坚稳可靠、光滑突出、便于放置标尺的固定点或打入 3个铁桩作为间歇点。再测时对间歇点间高差进行检测,比较任意两尺承点间歇前后所测高差,最大误差为0.67 mm,满足规范不大于1 mm的要求。检测单建测线,不参与最终计算。
4)每日观测结束后利用数据传输软件将数据从仪器中导入笔记本电脑,然后用随机软件生成观测手簿。
2.4 水准测量外业高差改正
根据《国家一二等水准测量规范》(以下简称规范)的规定,外业测量结束后,应摘取各测段高差、距离,编制高差改正表。各段高差作如下改正:
2.4.1 水准标尺长度误差改正
一测段高差改正数δ由下式计算:
式中:δ——标尺改正数,mm;h——高差,m;f——标尺改正系数,mm/m。
2.4.2 水准标尺温度改正
一测段高差改正数 C由下式计算:
式中:t——标尺温度;t0——标尺长度检定温度 ,℃;a——标尺因瓦带膨胀系数,mm/(m·℃);h——测温时段中的测站高差,m。
水准标尺的温度在每段高差的观测过程中在观测现场分为几段进行测量记录,最后取中使用。由于本次测量使用的标尺为铟钢条码尺因瓦带膨胀系数很小再加之测区温差和高差较小,此项改正值均小于 0.01 mm。因此在上述条件下这项改正可以考虑不做。
2.4.3 正常水准面不平行改正
由于测区海拔较低,水准点间高差不大,因此水准点都没有测定重力。一测段高差改正数ε由下式计算:
式中:ε——高差改正数,m;rm——两水准点正常重力平均值,mm/s2;ri、ri+1——分别为前后两点在椭球面上的正常重力值,mm/s2;Hm——两水准点概略高程平均值,m。
式中:φ——水准点纬度,在测区1∶5万地形图上量得;r值取至0.1 mm/s2。
2.4.4 重力异常改正
一测段高差的改正数λ由下式计算:
式中:λ——高差改正数,m;rm——两水准点正常重力平均值,mm/s2;(g-r)m——两水准点空间重力异常平均值,mm/s2;h——测段观测高差,m。
空间重力异常值用下列方法求得:
1)将水准点标绘在 1∶100万河北布格异常图上,内插求出该点的布格异常 (g-r)布,取至 0.1 mm/s2;
2)空间重力异常 (g-r)空由下式计算而得:
式中:H为水准点概略高程值。
2.4.5 固体潮改正
由于本次水准网联测范围仅限于廊坊市区及周边区域,范围较小,测段平均位置至月球、太阳方向的方位角及观测路线方向方位角基本上相等,故固体潮改正值忽略不计。
2.4.6 编算高差改正表
高差改正表均由两人各自独立完成一份,核对无误后再提交内业计算。
2.5 水准网的测量精度分析
2.5.1 往返测高差不符值
根据计算数据,按表 1的形式编制水准路线往返高差不符值统计表,按表 2的形式编制水准路线往返测高差不符值区间统计表。
表1 水准路线往返测高差不符值统计表Tab.1 Statistics of unequal value measured by going forth and back of height difference of leveling route
表2 水准路线往返测高差不符值区间统计表Tab.2 Section statistics of unequal value measured by going forth and back of height difference of leveling route
根据表 1中的统计数据计算,每公里水准测量偶然中误差为 ±0.46 mm,符合《规范》不大于 ±1.00 mm的要求。不符值大都位于 1/3限差内,说明往返测精度较好。
2.5.2 路线闭合差
根据计算数据,按表 3的形式编制水准路线闭合差统计表,按表 4的形式编制水准路线闭合差区间统计表。
表3 水准路线闭合差统计表Tab.3 Statistics of error of closure in leveling route
表4 水准路线闭合差区间统计表Tab.4 Section statistics of error of closure in leveling route
根据表 3中的统计数据计算,每公里水准测量的全中误差为 ±1.01 mm,符合《规范》不大于 ±2.00 mm的要求。路线闭合差大都位于 1/3限差内,说明水准路线测量精度较好。
2.6 水准网的平差计算
本项目平差计算采用清华山维公司开发的 Eps Nas 2008智能图文网平差软件,平差方式采用条件平差。将高差表上改正好的各段高差、距离依次输入计算机,检查无误后,进行计算。平差输出成果包括水准点高程成果、高程中误差、高差中误差、高差改正数等。
3 成果分析及应用建议
近年来,在开展廊坊市区基础测绘工作中,发现廊坊市区及其附近的既有国家水准点精度显著降低,多数水准点之间的高差附合精度已经达不到国家规范的要求。通过分析得出:这种状况是由于地下水开采严重造成各水准点点位所在地面不均匀沉降造成的,现在这些水准点已经失去了作为高程起算点的作用,这就给廊坊市开展各种测绘工作和城市建设带来了非常不利的影响。就本项目成果分析,原水准点都存在着较大的沉降,最大沉降量 (高程不符值)达 1.008 m。由于廊坊市的现有水准点成果均由该点起算,所以廊坊市区现有水准点资料名义上为1985国家高程基准,实际上已经变为了独立高程系统,两套系统之间的差值为 1.008 m,因而现有水准点高程成果已经失去了现势意义。总体来说,廊坊市区地面属于不均匀沉降。
为了与廊坊市区原有测绘资料的高程成果进行衔接,联测了廊坊一些具有四等水准成果的一级GPS点,通过分析比较,发现廊坊市区原有四等水准网点由于沉降的原因精度已显著降低。为使廊坊的测绘工作能有一个延续性,笔者建议以此成果为本次国家二等水准测量的最终正式成果,对廊坊市区地形图成果和高程控制点成果进行相应的改正。具体建议如下:
1)以本次新的国家二等水准点平差结果为起算点,对廊坊市区及周边所有一级以上的原有控制点进行四等水准联测,求出原来控制点的新高程,在这些新高程的基础上,在廊坊市区分区片求出新旧高程之间的常数差,然后以此常数差为参数对地形图进行整体改正,最后得到廊坊全市新的地形图成果。
2)对于城市建设项目的高程设计值以新的高程成果进行联测后进行修正,作为以后工程施工的依据。
3)鉴于廊坊市规划区地面沉降较为严重,应引起足够重视,建议进行地面沉降监测,设立永久性的测量标志 (基岩水准点),最终建立 1985国家高程基准的廊坊首级高程控制网。
4 结束语
现在由于测量仪器精度的提高及数字水准仪的使用,使得国家二等水准测量在操作上大为简单化,但在实际作业中还应严格按照规范进行,只有这样才能取得良好的观测精度,进而建立起合格的高程控制网。目前各城市都存在着不同程度的地面沉降,某些水准点已失去了现势意义。新的高程控制网建立起来后,怎样才能更好地与原有的高程控制网进行衔接,成为摆在人们面前的一个难题。因此,不能简单地以新的高程成果取代旧的高程成果,这会造成测绘成果使用上的的混乱,进而影响城市建设的进行。为此,本文提出了几点建议,以供同行们参考。
[1]GB12897-2006,国家一、二等水准测量规范[S].
[2]CJJ8-99,城市测量规范[S].
Implement and Result Analysis of the Second Order Leveling in Langfang
MAN Mao-jin
(Hebei Institute of Surveying and Mapping of Geology,Langfang Hebei065000,China)
Because of the exploitation of underground water excessively,and the ground subsidence being serious in Langfang city,the original benchmark results have lost theirpresent situation.Establishing of the chopped-off head leveling control network in Langfang planning area is needed,for med a second order national level net covering over 300km2.The new leveling control network has set up.Finally,this paper discussed the joining problem between new network result and original network result,and put forward some of proposals.
Langfang city;the second order leveling;implement;result analysis
P 224.1;P 217
B
1007-9394(2010)02-0038-03
2010-01-06
蔄茂金 (1967~),男,河北滦平人,工程师,现主要从事测绘工程方面的工作。