电子水准仪在控制网观测中的应用

2015-05-01况态均刘瑞斌

水利水电快报 2015年6期

况态均刘瑞斌

(长江水利委员会水文局荆江水文水资源勘测局，湖北荆州 434020)

电子水准仪基于多种工作原理而开发，包括相关法、几何法、相位法和比列调制载码相码等，并以标尺的条形码作为参照信号存储在仪器内，测量时线译码器捕获仪器视场内的标尺影像为测量信号，与仪器的参考信号进行比较，以此获得视线高和水平距离。电子水准仪的最大优点是精度高、数据自动存储、人为视觉误差小等。本文通过两个水准线路测量实例，探讨了电子水准仪的应用，并分析了其优势及操作注意事项。

1 应用实例

1.1 荆州长江公路大桥变形监测控制网观测

长江水利委员会水文荆江局于2008年7月承担了荆州长江公路大桥变形监测控制网观测任务。任务要求在大桥的上下游长江南北两岸重新布设C级平面控制与三等高程控制监测点，构成大桥变形监测的永久性平面和高程监测网。此次水准控制网由新设的8个GPS控制点和4个水准监控点组成，共构成2个闭合水准路线和一个符合水准路线。其中，BK01、BM540为原大桥高程控制网的高程已知点，I+慈25为检校点。SZJK01、SZJK02、SZJK03、SZJK04为桥上主塔附近高程监控点，如图1所示。

图1 控制网示意

按照技术要求，此次作业采用DINI03电子水准仪，DNI03电子水准仪每公里往返测量中误差的标称精度为±0.3 mm，能满足所有等级的水准测量要求。水准测量采用单线路往返观测，沿设计水准网环线逐环进行观测，并采用aBFFB的测量模式。为保证测量精度并提高工作效率，按《GB/T12898—2009国家三、四等水准测量规范》［1］(以下简称《规范》)要求对电子水准仪设置了必要观测限差:视线长度≤75 m，2.8 m≥视线高度≥0.3 cm，前后视距差≤2.0m，前后视距累积差≤5.0m，同一标尺两次读数差设为≤0.5 mm，两次读数所测高差的差设为≤1.0mm。实际作业中还进行了i角误差检校，i角值分别为3.2″和2.8″。

外业施测结束并进行数据整理后，采用武汉大学测绘学院科傻系统系列软件COSA－CODAPS V6.0进行平差计算。软件可对水准测量及二、三维控制测量原始观测数据进行转换，实现从外业数据采集、质量检核、预处理到内业数据处理、成果输出的一体化和自动化作业流程。该系统灵活方便，适合外业环境。

1.2 洞庭湖区水准联测

为满足洞庭湖区高程控制的一致性，长江水利委员会水文荆江局于2012年2月承担了洞庭湖区水准联测中部分测量。此次测量共布设15个水准点，形成一个闭合环。采用的电子水准仪及任务精度要求与上个项目相同。

外业施测结束并进行数据整理后，采用武汉大学测绘学院科傻系统系列软件COSA－CODAPS V6.0进行平差计算。

2 精度分析

由于测区内地势平坦，上述1.1实例的测区范围很小，只对1.2实例进行了高差改正数分析。测段高差中数需加入的正常水准面不平行改正最大值仅为－0.964 mm，水准标尺长度误差改正最大值仅为－0.055 mm，重力异常改正及日月引力改正更是微乎其微，可忽略不计。

通过进行闭合差计算，环闭合差分别为－5.2 mm和15.4 mm，远小于规范规定的 ±12√L。PVV(加权改正数二乘)分别为1.015 mm和2.087 mm，最弱点高程中误差分别为2.02 mm和6.86 mm，单位权中误差分别为 0.712 mm 和1.445mm，成果资料满足《规范》要求。

水准测量作业结束后，每条水准路线以测段往返测高差不符值(真误差)计算每公里水准测量偶然中误差:

式中，M△表示往返测高差不符值，mm;R表示测段长度，km;n表示测段数。

按上式计算整网的每公里水准测量偶然中误差分别为 ±0.348 mm和 ±0.395 mm，小于《规范》中的限差要求，由于水准网只有2个环和1个符合条件，不计算每公里水准测量全中误差。

分析得出，无论从闭合差、单位权中误差，还是每公里水准测量偶然中误差看，这两次观测作业均具有较高的观测精度，各项指标远优于《规范》规定的三等精度指标。

3 与常规水准测量规范的对比分析

由于电子水准仪采用条码成像技术，明显优于传统的光学技术，测量稳定性得到技术保障。因测量原理及方式与常规水准测量存在差异，故与针对常规水准测量的现行规范间存在一些不符之处，具体体现在以下两个方面。

(1)两次调焦。现行规范规定:在同一测站上观测时，一般不得两次调焦，其主要目的是消除人为视差造成的影响;而电子水准仪是将编码水准尺进行一维图像处理，用传感器代替了人眼，水准尺上的读数和仪器至水准尺之间的水平距离由微处理机自动计算，并以数字形式存储和显示。因此，在满足规范前后视距差范围内进行电子水准仪测量时必须进行调焦，使之成像清晰，确保测量精度，若不进行调焦，数据则可能无法判读。

(2)视距差要求不同。现行规范规定:等级线路水准测量前后视距差最大的允许范围为三等(≤2.0m)，其目的是消除视准轴与水准轴之间存在i角误差和水准面曲率对高差测定的影响，而i角误差只能通过检校十字丝使其减小或消除。电子水准仪可通过输入仪器的i角误差值自动对每个标尺读数进行改正，同时采用地球曲率对每个标尺读数进行改正。因此，在满足前后视距累积差限定下，适当放宽三、四等水准测量前后视距差的限定，对复杂环境的水准测量既能满足精度要求，又能提高工作效率。