廊坊市二等水準測量的實施及成果分析*

蔄茂金

(河北省地質測繪院,河北廊坊 065000)

廊坊市二等水準測量的實施及成果分析*

蔄茂金

(河北省地質測繪院,河北廊坊 065000)

近年來由于地下水的過分開采,廊坊市規劃區地面沉降嚴重,原水準點成果已失去現勢性。為此,對廊坊市規劃區首級高程控制網重新進行了建立,建成一個新的控制面積達 300多 km2的國家二等水準網。最后,通過對新的高程控制網和原有高程控制網的銜接問題進行探討,提出了幾點建議。

廊坊市;二等水準測量;實施;成果分析

0 引言

近年來由于地下水的過分開采,廊坊市地面沉降嚴重,原有的水準點已失去了現勢意義,因此對規劃區的首級控制網進行了重新建立,形成了一個控制面積達 300 km2的國家二等水準網。二等水準測量屬于國家精密水準測量范疇,實施有其精確性及嚴密性,因此科學地組織顯得很重要。另外,新的水準網建立起來后怎樣才能較好地和目前使用的成果進行銜接,必須有切實可行的思路。為此,筆者通過對廊坊市二等水準測量的實施方案及成果進行分析,提出了幾點建議。

1 工程概述

本項目共埋設 15個普通混凝土水準標石,經兩個凍、解期及一個雨季,經檢查埋石情況良好后,進行了二等水準測量外業觀測工作。本次水準測量工作完成國家二等水準測量147.5 km,水準網平差后共得到 20個國家二等水準精度的水準點成果。

1.1 水準標石埋設情況

本次新埋設的水準標石,基坑為 1 m見方,深 1.8 m左右,基坑底鋪 20 cm厚的碎石,夯實后填埋標石。標石頂面一般在地面半米以下,項面固定不銹鋼材料制成的半球形水準標志。標石頂部套有水泥圓管,能夠起到保護水準點的作用。新水準點按流水順序編號。

1.2 水準網情況

水準外業觀測網共聯測水準點 23個,由 7個水準閉合環和1條附合水準路線組成,平均環長 28.99 km,附合水準路線長16.64 km。水準網共包括 19條水準路線,形成 12個結點,兩相鄰結點最遠距離為 17.38 km。

2 技術路線

2.1 作業技術依據

作業技術依據主要有:

1)《國家一、二等水準測量規范》GB12897-2006(以下簡稱《規范》);

2)《城市測量規范》CJJ8-99;

3)《廊坊市規劃區首級高程控制網技術設計書》。

2.2 已有資料利用情況

2.2.1 已知點利用情況

北京測繪院 2005年在北京與廊坊交界地帶進行的國家一等水準測量,現收集到Ⅰ西舊 11和Ⅰ西舊 16成果,高程系統為1985國家高程基準。經檢測符合精度要求,做為此次水準測量的高程起算點。

2.2.2 水準點正常重力值和重力異常值的計算

利用測區 1∶5萬地形圖查出各水準點的緯度,并以之為參數計算各點正常重力值。利用測區1∶100萬重力布格異常圖查出各個水準點的布格異常值,推算出重力異常值。從而計算各段高差的水準面不平行改正數和重力異常改正數。

2.3 作業過程

2.3.1 水準測量所使用的儀器和標尺

本次測量作業使用 1臺 Tr imble D IN I12 S05型電子水準儀及配套的銦鋼條碼尺,儀器和標尺均在有效檢校期內,各項指標均附合《規范》規定。

2.3.2 水準觀測作業方法

水準觀測作業方法如下:

1)每日觀測前進行 i角測定,并將其改正值加入儀器內。若開測為未結束測段,則在新測段開始前行進測定。

2)觀測方式采用單路線往返觀測,一條路線的往返測使用同一臺儀器和轉點尺承,沿同一道路進行。視距使用測繩丈量,視距最大48 m,最小5 m,平均40 m。記簿采用電子記錄方式,直接存儲于儀器內?？紤]到儀器測量模式的設置,往返測觀測順序均選擇為:奇數站為后 -前 -前 -后;偶數站為前 -后 -后-前。同一測段的往測 (返測)與返測 (往測)分別在上午和下午進行。

3)觀測間歇不能結束在水準點上時,選擇 3個堅穩可靠、光滑突出、便于放置標尺的固定點或打入 3個鐵樁作為間歇點。再測時對間歇點間高差進行檢測,比較任意兩尺承點間歇前后所測高差,最大誤差為0.67 mm,滿足規范不大于1 mm的要求。檢測單建測線,不參與最終計算。

4)每日觀測結束后利用數據傳輸軟件將數據從儀器中導入筆記本電腦,然后用隨機軟件生成觀測手簿。

2.4 水準測量外業高差改正

根據《國家一二等水準測量規范》(以下簡稱規范)的規定,外業測量結束后,應摘取各測段高差、距離,編制高差改正表。各段高差作如下改正:

2.4.1 水準標尺長度誤差改正

一測段高差改正數δ由下式計算:

式中:δ——標尺改正數,mm;h——高差,m;f——標尺改正系數,mm/m。

2.4.2 水準標尺溫度改正

一測段高差改正數 C由下式計算:

式中:t——標尺溫度;t0——標尺長度檢定溫度 ,℃;a——標尺因瓦帶膨脹系數,mm/(m·℃);h——測溫時段中的測站高差,m。

水準標尺的溫度在每段高差的觀測過程中在觀測現場分為幾段進行測量記錄,最后取中使用。由于本次測量使用的標尺為銦鋼條碼尺因瓦帶膨脹系數很小再加之測區溫差和高差較小,此項改正值均小于 0.01 mm。因此在上述條件下這項改正可以考慮不做。

2.4.3 正常水準面不平行改正

由于測區海拔較低,水準點間高差不大,因此水準點都沒有測定重力。一測段高差改正數ε由下式計算:

式中:ε——高差改正數,m;rm——兩水準點正常重力平均值,mm/s2;ri、ri+1——分別為前后兩點在橢球面上的正常重力值,mm/s2;Hm——兩水準點概略高程平均值,m。

式中:φ——水準點緯度,在測區1∶5萬地形圖上量得;r值取至0.1 mm/s2。

2.4.4 重力異常改正

一測段高差的改正數λ由下式計算:

式中:λ——高差改正數,m;rm——兩水準點正常重力平均值,mm/s2;(g-r)m——兩水準點空間重力異常平均值,mm/s2;h——測段觀測高差,m。

空間重力異常值用下列方法求得:

1)將水準點標繪在 1∶100萬河北布格異常圖上,內插求出該點的布格異常 (g-r)布,取至 0.1 mm/s2;

2)空間重力異常 (g-r)空由下式計算而得:

式中:H為水準點概略高程值。

2.4.5 固體潮改正

由于本次水準網聯測范圍僅限于廊坊市區及周邊區域,范圍較小,測段平均位置至月球、太陽方向的方位角及觀測路線方向方位角基本上相等,故固體潮改正值忽略不計。

2.4.6 編算高差改正表

高差改正表均由兩人各自獨立完成一份,核對無誤后再提交內業計算。

2.5 水準網的測量精度分析

2.5.1 往返測高差不符值

根據計算數據,按表 1的形式編制水準路線往返高差不符值統計表,按表 2的形式編制水準路線往返測高差不符值區間統計表。

表1 水準路線往返測高差不符值統計表Tab.1 Statistics of unequal value measured by going forth and back of height difference of leveling route

表2 水準路線往返測高差不符值區間統計表Tab.2 Section statistics of unequal value measured by going forth and back of height difference of leveling route

根據表 1中的統計數據計算,每公里水準測量偶然中誤差為 ±0.46 mm,符合《規范》不大于 ±1.00 mm的要求。不符值大都位于 1/3限差內,說明往返測精度較好。

2.5.2 路線閉合差

根據計算數據,按表 3的形式編制水準路線閉合差統計表,按表 4的形式編制水準路線閉合差區間統計表。

表3 水準路線閉合差統計表Tab.3 Statistics of error of closure in leveling route

表4 水準路線閉合差區間統計表Tab.4 Section statistics of error of closure in leveling route

根據表 3中的統計數據計算,每公里水準測量的全中誤差為 ±1.01 mm,符合《規范》不大于 ±2.00 mm的要求。路線閉合差大都位于 1/3限差內,說明水準路線測量精度較好。

2.6 水準網的平差計算

本項目平差計算采用清華山維公司開發的 Eps Nas 2008智能圖文網平差軟件,平差方式采用條件平差。將高差表上改正好的各段高差、距離依次輸入計算機,檢查無誤后,進行計算。平差輸出成果包括水準點高程成果、高程中誤差、高差中誤差、高差改正數等。

3 成果分析及應用建議

近年來,在開展廊坊市區基礎測繪工作中,發現廊坊市區及其附近的既有國家水準點精度顯著降低,多數水準點之間的高差附合精度已經達不到國家規范的要求。通過分析得出:這種狀況是由于地下水開采嚴重造成各水準點點位所在地面不均勻沉降造成的,現在這些水準點已經失去了作為高程起算點的作用,這就給廊坊市開展各種測繪工作和城市建設帶來了非常不利的影響。就本項目成果分析,原水準點都存在著較大的沉降,最大沉降量 (高程不符值)達 1.008 m。由于廊坊市的現有水準點成果均由該點起算,所以廊坊市區現有水準點資料名義上為1985國家高程基準,實際上已經變為了獨立高程系統,兩套系統之間的差值為 1.008 m,因而現有水準點高程成果已經失去了現勢意義?？傮w來說,廊坊市區地面屬于不均勻沉降。

為了與廊坊市區原有測繪資料的高程成果進行銜接,聯測了廊坊一些具有四等水準成果的一級GPS點,通過分析比較,發現廊坊市區原有四等水準網點由于沉降的原因精度已顯著降低。為使廊坊的測繪工作能有一個延續性,筆者建議以此成果為本次國家二等水準測量的最終正式成果,對廊坊市區地形圖成果和高程控制點成果進行相應的改正。具體建議如下:

1)以本次新的國家二等水準點平差結果為起算點,對廊坊市區及周邊所有一級以上的原有控制點進行四等水準聯測,求出原來控制點的新高程,在這些新高程的基礎上,在廊坊市區分區片求出新舊高程之間的常數差,然后以此常數差為參數對地形圖進行整體改正,最后得到廊坊全市新的地形圖成果。

2)對于城市建設項目的高程設計值以新的高程成果進行聯測后進行修正,作為以后工程施工的依據。

3)鑒于廊坊市規劃區地面沉降較為嚴重,應引起足夠重視,建議進行地面沉降監測,設立永久性的測量標志 (基巖水準點),最終建立 1985國家高程基準的廊坊首級高程控制網。

4 結束語

現在由于測量儀器精度的提高及數字水準儀的使用,使得國家二等水準測量在操作上大為簡單化,但在實際作業中還應嚴格按照規范進行,只有這樣才能取得良好的觀測精度,進而建立起合格的高程控制網。目前各城市都存在著不同程度的地面沉降,某些水準點已失去了現勢意義。新的高程控制網建立起來后,怎樣才能更好地與原有的高程控制網進行銜接,成為擺在人們面前的一個難題。因此,不能簡單地以新的高程成果取代舊的高程成果,這會造成測繪成果使用上的的混亂,進而影響城市建設的進行。為此,本文提出了幾點建議,以供同行們參考。

[1]GB12897-2006,國家一、二等水準測量規范[S].

[2]CJJ8-99,城市測量規范[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,河北灤平人,工程師,現主要從事測繪工程方面的工作。