一种采用搭建脚手架实现CORS观测墩水准高引测的方法

陈振防

（1.同济大学测绘与地理信息学院，上海200092；2.嘉兴市规划设计研究院有限公司，浙江 嘉兴314000）

1 引言

嘉兴市是中国共产党的诞生地，以建党百年为契机，近年来，嘉兴市启动实施“百年百项”重大项目工程，使嘉兴市的城市面貌日新月异。现有基础控制网的密度、分布、覆盖范围等已经无法满足嘉兴市城市规划建设和发展的需要。根据嘉兴市“十三五”基础测绘规划，明确要求于2018年实施嘉兴市现代基准体系复测项目，该项目对原控制网进行修复、拓展和更新，项目完成后可为全市域范围控制网加密提供高精度的起算基准，能进一步提升嘉兴市“百年百项”重点工程项目建设的测绘服务保障能力。

2 JXCORS观测墩水准高引测目的

JXCORS由12个连续运行基准站点组成，它作为城市首级动态控制网，维护着嘉兴市控制测量框架和基准，向测绘、规划、国土、水利、电力等领域的用户提供高精度、高时空分辨率、高效率的三维坐标定位服务。

由于JXCORS系统各基准站本身受到地壳板块运动和地面沉降影响，基准站观测墩稳定性直接影响着整个系统对外发布的精度，因此，有必要定期对观测墩的强制对中标志进行水准高引测，以更新基准站水准高，从而确保JXCORS系统对外发布高精度的定位服务。

本次二等水准观测包含JXCORS屋顶观测墩和地面观测墩的水准高引测。屋顶观测墩有嘉兴站观测墩和平湖站观测墩，其中比较典型的是嘉兴建委屋顶观测墩，它位于嘉兴市建委2号楼屋顶楼梯间顶部，墩体采用钢筋混凝土浇筑，墩顶面为强制对中三角盘，观测墩顶面距离地面有24m高。地面观测墩有乍浦站、桐乡站、嘉善站和海盐站，墩顶面距离地面高3m，墩顶面为强制对中标志。本次水准高引测的目的就是将地面水准高通过几何水准观测方法引测到墩顶面的强制对中标志。

3 观测墩水准高测量方法比较

目前，观测墩水准高测量有三角高程、几何水准、钢尺丈量、使用Z型辅助工具观测等方法，以下对这几种方法的观测精度和实用性进行分析：①三角高程测量方法误差主要来源测角误差、量取仪器高误差、大气折光影响以及测距误差等，其中后两者误差影响较小可忽略不计，因此，主要误差源为测角误差和量取仪器高误差，在全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T 18314—2009）中规定量取天线高互差不大于3mm，我们认为量取仪器高和通过角度测量计算的高差是等精度的，所以，三角高程测角误差和仪器高量取误差都不应大于1.5mm，对于嘉兴建委屋顶观测墩来说，要想满足测角误差小于1.5mm是难以实现的，假如距离观测墩200m的地方正好可以观测到屋顶观测墩，即使使用1秒级的全站仪也至少需观测6测回以上才有可能达到规范规定的精度。因此，采用三角高程测量方法在嘉兴建委观测墩中使用将难以保证精度。②几何水准测量是最可靠、精度最高的水准测量方法，在水准观测后，可加入水准标尺长度改正、水准标尺温度改正、正常水准面不平行的改正、重力异常改正值以提高观测数据的精度，并且可采用往返测的互差值进行检核，进一步确保数据的可靠性。③钢尺长量比较简单易操作，但是误差也较大，主要误差有读数误差、钢尺本身误差等。④使用Z型辅助工具观测精度较高，但是需在观测墩浇筑时加装不变形的辅助工具，在观测墩已经浇筑好后已不能再安装该辅助工具，因此，本项目不采用。

通过以上观测墩水准高4种测量方法的比较，认为采用几何水准引测水准高是最可靠、精度最有保证的。

4 地面观测墩二等水准观测

4.1 设备和人员配备

工具配备扶梯2把，高1m和2m铁质脚手架各2套，人员配备3～5人（多人配合防止观测时立尺人员意外跌落）。

4.2 水准观测

地面观测墩高度距离地面为3m，架设仪器高度1.7m，根据规范要求（视线高度为0.55～2.80m），利用高1m与高2m铁质脚手架引测观测墩。

首先将仪器架设在高1m铁质脚手架上，将地面A尺引测至B尺所在的较高脚手架上，再将仪器架设在高2m的脚手架上，仪器架设高度1.55m以上，将水准高由B尺传递到观测墩上的A尺，这样就完成了地面观测墩顶面强制对中面的水准引测。具体观测方法见图1。

图1 地面观测墩水准测量示意图

5 屋顶观测墩二等水准观测

5.1 沉降钩设计与埋设

根据水准规范要求（视线高度为0.55～2.80m），利用1m与2m铁质脚手架架站情况下，分别在高1m与高3m处埋设沉降钩（一般房屋埋设2处即可）。

沉降钩埋设时需注意：沉降钩本身长度约15cm，钻孔深度需达到10cm；需用胶水及钢钉进行固定，确保沉降钩不被旋转脱落；埋设完沉降钩后，经过一个雨季后，可开始观测。

5.2 屋顶观测墩观测方法

采用单路线往返观测。一条路线的往返，需使用同一类型仪器和铟钢条码水准尺，沿同一条路线进行。从已选起算点“建设局”观测将A尺引至屋顶楼面，分以下三站引至屋顶观测墩，具体观测方法见图2。

第一站：仪器架设于楼面，观测A尺、B尺，将A尺引至B尺处1m高沉降钩处。

第二站：仪器高度需在1.55～1.80m架设于高2m铁质脚手架上，观测B尺、C尺，将B尺引测至C尺处的3m高沉降钩处。观测人员必须与架设的仪器分开在不同的脚手架平台上，否则会出现由于观测人员晃动而降低观测精度。

第三站：观测墩高度为1.2m，架设脚架高度需高于1.75m，仪器架设于高1m的铁质脚手架上（观测人员必须与架设的仪器分开在不同的脚手架平台上），然后观测C尺和D尺，将水准高传递至D尺所在的观测墩顶面强制对中面，完成屋顶观测墩水准测量。

图2 屋顶观测墩水准测量示意图图

6 数据处理和精度检查

观测墩二等水准观测需进行往返高差不符值计算、外业高差和概略高程表的编算等，计算水准点概略高程时，所用到的高差应加入水准标尺长度误差改正、水准标尺温度改正、正常水准面不平行改正、重力异常改正。

以嘉兴建委屋顶观测墩为例，本次往返测中误差为-0.36mm，允许限差范围±1.40mm。经过精度检查，地面观测墩和屋顶观测墩的往返测中误差均在允许限差范围内，说明采用搭建脚手架的方法进行几何水准引测墩强制对中标志是能满足规范规定的精度要求的，相对于其他观测方式，本方法在精度上和可靠性方面优势更大。

7 结语

本文详细描述了采用搭建脚手架实现观测墩水准高引测的方法，既保证了二等水准观测精度，又使得二等水准观测顺利得以实施，其方法是可行的，可为将来在类似观测条件下的二等水准观测中起到借鉴作用。