在水准测量中利用“差数法”来计算和检核
2012-05-31陆志瑶陆杰
陆志瑶,陆杰
(南宁市勘测院,广西 南宁 530022)
1 前言
水准尺常数k=4787(或4687)为同一标尺黑、红面分划的常数差。水准测量的每一个测站观测和记录完毕后,它作为同一标尺红、黑面读数之校核,主要是检查读数和计算是否出错或超限。这种方法我们且称为“传统法”。现在介绍一种简便、迅速、准确的计算和检核方法,这种方法称为“差数法”。它与“传统法”的计算与检核方法不一样,“传统法”是把尺常数k=4787(或4687)作为标准来校核。而“差数法”它是把常数213(或313)代替水准尺常数k来检核。这种方法缩短了野外作业时间,而且工作效率很大程度地得到提高。
2 水准测量“传统法”的计算与校核
2.1 “传统法”一个测站的观测顺序
以双面尺法为例,一个测站的观测顺序,传统方法如表1所示。
三(四)等水准测量记录手簿 表1
请看表1,(表1标尺No12之尺常数k=4 787,标尺No13之尺常数k=4 687)它是三,(四)等水准记录手簿的格式。各栏方格中括号内的号码表示每个测站读数与计算的顺序。
(1)安平仪器,瞄准后视尺黑面,用3根横线按下、上、中顺序读取读数,分别记入表1的(1)、(2)、(3)各栏;
(2)瞄准前视尺黑面,按中、下、上顺序读取读数,分别记入(4)、(5)、(6)各栏;
(3)用中横丝读取前视尺红面读数,记入(7);
(4)用中横丝读取后视尺红面读数,记入(8)。
上述的程序可简称为“后—前—前—后”,或者“黑—黑—红—红”。
对于等外水准或者说图根水准,可以不读(1)、(2)和(5)、(6)各栏的读数,而直接按视距丝读取尺间距分别记入(15)和(16)。其他记录可参照表1使用。每一个测站上的记录完毕后,随时进行手簿上的各项计算与校核。
2.2 “传统法”在一个测站的计算与检核
在一测站上“传统法”的计算与校核。如下所示:
这里k是该尺红、黑面的尺常数4787(或4687)。
3 水准测量“差数法”的计算与校核
3.1 “差数法”在一个测站的计算与检核
“差数法”与“传统法”不同之处,即在一测站同一标尺黑、红面读数的计算和检核的方法不相同。如下所示:
(注:等式右边括号内粗斜字体的水准读数应取后3位数)
“差数法”后视读数的检核计算是:当水准尺常数k=4787时,将表1方格括号(3)黑面读数的后3位数减去方格括号(8)同一视准红面读数的后3位数,所得的差与213比较。
若与213相等,在表1的方格括号(10)内填上“0”。
若大于213,在表1的方格括号(10)内填“+”号,大多少填多少。如:所得的差数是215,与213比较多2。为此在括号(10)填上“+2”。
若小于213,在表1的方格括号(10)内填上“-”号,小多少填多少。如:所得的差数是211,与213比较少2。为此在括号(10)填上“-2”。
注意:规范规定对四等水准其不符值不得大于3 mm,对等外水准不得大于4 mm,所以测四等水准时,“差数”的值域是210≤差数≥216。
同理:“差数法”前视读数的检核计算是:当水淮尺常数k=4687时,将表1方格括号(4)黑面读数的后3位数减去方格括号(7)同一视准红面读数的后3位数,所得的差与313来比较。不符值填到表1括号(9)内,“差数”域值是310≤差数≥316。具体操作同上。
3.2 “差数法”的计算原理
因为“红面读数-黑面读数=4787”,故“红面读数-黑面读数+213=4787+213=5000”,即“红面读数+213=黑面读数+5000”,或“黑面读数-213=红面读数-5000”。如果不考虑“米”的值,则“红面读数+213=黑面读数”,或“黑面读数-213=红面读数”,若“黑面读数-213”为负值,则加1000使之成为正值。对常数为4687的尺,则取313与读数相加减。
4 实例应用
以表1的第2站点数据为例来说明“差数法”的应用。方法如下:
(1):观测之前,首先心里要牢记“差数”是213或者313。
(2):(3)和(8)的读数是标尺No13,(k=4687)同一水准尺的黑、红面读数,取后3位数相减,有式:
934-623=311
311比标准“差数”313少2,为此直接就在括号(10)内填上“-2”。
(3):(4)和(7)的读数是标尺No12,(k=4787)同一水准尺的黑、红面读数,取后3位数相减,有式:
1008-793=215
215比标准数213多2,为此直接就在括号(9)内填上“+2”。
注意:008减793是一个“负”数,由式[8]知,要保证它的“差”是个“正”整数,故008可以向前一位数借位1,变为1008,然后再用1008-793即可。
(4):当(3)-(8)或者(4)-(7)等于213、313时,在(9)或(10)填上0,表示读数无误差。
如:表1的第1站点(3)-(8),即384-171=213,可在括号(10)填上0。
5 “传统法”与“差数法”比较
(1):“传统法”在一测站的运算步骤需要两步,一步是加法,一步是减法。如下所示:
(10)=(3)+k-(8)
(9)=(4)+k-(7)
“差数法”在一个测站的运算步骤只需要一步骤,黑面减红面。如下所示:
(3)-(8)
(4)-(7)
(2)“传统法”:运算和检核需要3个数,(黑面读数、红面读数及尺常数k)而且每一个数都是4位数。3个4位数相加减,测量人员往往要借助工具来帮助计算,如笔算、计算器等。用心算或者口算一般测量人员在野外作业很难做到的。如表1的第2站点的后视黑、红面读数及k,传统法运算为:
1934+4687-6623=-2
直接用心算或口算是比较困难。
“差数法”:运算和检核只需要2个数,黑面读数和红面读数,而且每个数都是3位数。2个3位数相减(即个位、十位、百位对应相减),是最基础的2位数算术减法运算。而标准答案就是313或者213。容易比较,容易心算,容易牢记。
如以表1的第2站点的后视黑、红面读数。记录读数分别是:1934和6623。取黑面读数后3位934和红面后3位623相减,有式:
934-623=311
然后与313相比,个位数少2。在括号(10)示意处填上-2即可。
6 结语
(1)20年多来,经过多次对比试验,在外业观测中,“差数法”确实比“传统法”优越得多,它简单、准确、速度快。测量员都知道:黑、红面读数的个位数相减的差,只要是在0~6之间,正确性就有把握了。第2位数相减的差一定是1,第3位数相减的差不是2就是3,否则读数有错。
特别是等外水准测量,由于可以不读(1)、(2)和(5)、(6)各栏的读数,而直接按视距丝读取尺间距分别记入(15)和(16)。而且,(17)=(15)-(16)=前、后视距之差,允许在10 m之内,测量速度更加显著。
(2)运用“差数法”时,因为第4位“米”数级没有检核,假如高程闭合出现粗差,范围必然在3个数“0、1、2”上:不是“0”就是“1”,不是“1”就是“2”。不会出现在“3”,因为黑面读数最大是3。有方向性的检查,容易发现问题。虽然读错“米”数级的概率很小,但在观测中尽量细心些。
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