在喀斯特地形实施首级控制网水准测量的方法探讨

孙小鹏　鲁勇奇

1 引言

地球表面是高低起伏很不规则，要确定地面点的空间位置，除了确定其平面位置外，还要确定其高程。测定地面点的高程方法主要有，水准测量、三角高程测量和物理高程测量三种。

在喀斯特地区实施高程测量，受地形地貌条件的限制，三角高程测量和物理高程测量这两种方法简单易于实施，但精度偏低，通常只能达到三、四等水准精度；水准测量虽然在喀斯特地形条件下难以实施，但其精度高，为给类任务高程控制网可以提供准确高精度的数据。本文主要介绍在喀斯特地区实施水准测量的方法。

2 水准测量基本原理

水准测量的基本原理是利用水准仪提供的水平视线，观测垂直竖立在两点上的水准标尺，以测定两点间的高差，进而求得待定高程的方法。如图1所示。

通过图1可以看出，若要测定A、B两点之间的高差，则须在A、B两点上分别垂直竖立水准标尺，在A、B两点中间安置水准仪，用仪器的水平视线分别在A、B两点的标尺上读得分划数a和b，则A、B两点间的高差为：

（2-1）

若水准测量时沿着A到B得方向前进，则A点称为后视点，其竖立的标尺为后视标尺，读数值a称为后视读数；B点称为前视点，其竖立的标尺称为前視标尺，读数值b称为前视读数。因此，公式（2-1）若用文字表达，即为：两点间的高差等于后视读数减去前视读数。如果A点的高程为HA为已知，则B点的高程为：

（2-2）

同样，在B，C，D，E等点竖立标尺，读数标尺读数为b，c，d，e，可以计算出B，C，D，E各点的高程。

3 水准测量的实施方法

在喀斯特地区建立首级控制网，要考虑地形地貌的影响和精度等因素，所以实施水准测量比较困难。为达到高精度的要求，可以采用灵活多变的水准测量方法来实施。

3.1水准路线

受地形条件的限制，假如A1、A2两个控制点水准路线间高差特别大，高差与路线长几乎达到了1：1的比例，A3、A4整体相对平缓，个别路段情况与A1、A2完全相同，四个控制点无法直接布设成闭合环并同时进行往、返观测。为便于减少可能因数据质量引起的重测工作，可以采取分段测量的手段：

①在至A1点方向水准路线上增加两个间歇点；

②在至A2点方向水准路线上增加一个间歇点；

③在至A4点方向水准路线上增加三个间歇点；

④各控制点通过建立A临公共点联接。

在测量过程中，所有间歇点应建在稳固牢靠的基岩上，各控制点通过上述间歇点分为若干测段，各测段均进行往、返观测。在计算时，既可以按支水准路线直接计算任意两控制点间的高差。

3.2 水准仪的选用

目前我国所使用的水准仪主要分为光学水准仪和电子水准仪两大类，随着测绘技术的发展和用于测量的仪器不断更新，电子水准仪成为市场上主流仪器（水准仪的分类详见表1）。

由于首级控制网对精度的要求高，所以本文选用适宜一、二等水准测量的高精度自动安平数字水准仪拓普康DL-101C，配合3m铟瓦钢尺进行。

3.3 水准观测

由于喀斯特地貌属于亚热带地区，阴雨天气较多，所以日间气温变化较小，成像清晰有利于水准作业，各测段往、返测可别在上午和下午进行；水准路线均为喀斯特地质，标尺大部分可架设于稳固的岩石尖，土质较软时全部可采用重1.5Kg、0.25m长实心钢质尺桩，有利于提高测量精度。

按《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）要求：在设站时，视线长度可设为1.9m～25m，前后视距差≤1.0m，任一测站上前后视距差累积≤2.0m，视线高度一般为0.5m～2.8m，前、后视读数均为2次，且全部读数限差≤0.1mm。间歇点全部采用牢固的基岩石尖顶。

DL-101C电子水准仪的读数方法为相位法，标尺为条码铟瓦标尺，它提供了三种线路水准测量模式：后-前-前-后、后-后-前-前、后-前，在测量时可采用 “后-前-前-后”测量模式。

3.4 水准观测值

通过测量小组分别于对测区A1、A2、A3、A4四个控制点的观测，以A临点为联接点进行了支线水准测量。

4 结论

通过对上述测区首级控制网的观测，我们可以得出，在地形条件复杂的喀斯特地区实施高精度的水准测量是可行的，其水准测量数据往、返测高差不符值最大值为1.27mm（平差后<1mm），因此，水准测量数据具备较高的可信度。