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全站仪在水文测站的应用

2018-03-16陈泉志陈艳王崇智

科学与财富 2018年2期
关键词:水文站全站仪应用

陈泉志+陈艳+王崇智

摘 要:根据全站仪测量三角高程测量的原理和方法,应用误差传播定律,对其进行系统的精度分析,得出应用全站仪三角高程测量完全可以替代水文三、四水准测量和进行大断面测量。根据误差分析结果及《水电水利工程施工测量规范》、《水文普通测量规范》结合中游测区实际情况,制订出用全站仪进行水准、大断面、水尺零点高程测量的方法,以及相关测量误差控制指标和误差的修正方法。

关键词:全站仪;水文站;应用

1 全站仪三角高程测量原理

用全站仪进行高程测量的方法有单向观测和对向观测法,下面分别给出其观测原理和高差的计算公式。

1.1 全站仪单向观测测定高差的计算公式

A为已知高程点,B为待测高程点。将全站仪安置于A点,量仪器高i;将棱镜置于B点,量棱镜高为l。则A、B两点的高差为:

式中:s为斜距,?琢为观测竖直角,k为大气折光系数,R为地球曲率半径,i为仪器高,l为棱镜高。

2 全站仪三角高程测量的误差分析

2.1 误差

全站仪测距中误差ms对高差的影响与竖直角?琢的大小有关。目前我局引进的全站仪为徕卡TC 1800,其测距精度一般在±(1mm+1ppm·D)~±(2mm+2ppm·D)之间。由于测距精度很高,因此对高程的影响很小。

误差指标采用《水文普通测量规范》、《水利水电工程测量规范》、《国家三、四等水准测量规范》中的相关规定。

根据《水利水电工程测量规范》,竖直角不宜大于25°,根据《水利水电工程测量规范》、《国家三、四等水准测量规范》综合考虑视线长度应不超1200m。

由表1可知,2种测量方法中对向观测的误差较低,精度较高;三角高程测量的误差随着边长的增大而增加;对于中游区来说,因视线长度较短,三角高程测量误差又随着竖直角的增大而增加。

从表中可以看出,三等水准测量用对向观测在视线长度大于200m,小于600m,竖直角小于25°时,观测精度可满足其要求;四等水準测量用对向观测在视线长度小于1200m,竖直角小于25°时,或用单向观测距离大于200m,小于800m,竖直角小于25°时,观测精度可满足其要求;五等水准测量用单向观测在视线长度小于1200m,竖直角小于25°时,测量精度可满足其要求。

4.4 分析结论

(1)用全站仪三角高程测量方法完全可以替代水准测量,且方法简单易行,测量速度较传统方法快的多,为今后快速、准确进行水准测量提供了又一新的途径。

(2)从表1可以看出,全站仪用对向观测视线长度在一定范围内,竖直角小于25°时,测量精度高于水准仪,否则测量精度低于水准仪。

(3)单向观测距离小于1200m,竖直角小于25°时,其测量精度可满足五等水准测量,就中游区来讲可进行大断面测量。

(4)对向观测距离小于1200m,竖直角小于25°时,或单向观测距离大于200m,小于800m,竖直角小于25°时,其观测精度可满足四等水准测量精度要求,就中游测区来讲可进行水尺校核。

(5)对向观测距离大于200m,小于600m,竖直角小于25°时,其观测精度可满足三等水准测量精度要求,就中游测区来讲可进行水准点校测。

4.5 实际操作中注意事项

(1)三角高程测量竖直角观测精度对其高程精度影响较大,因此,为提高测量精度,可适当增加测回数。能见度不好,中午光线太强时不要观测。

(2)在精度分析中,仪器高和棱镜高的量取误差假设为定值,但在实际量取中为非固定值,并直接影响着高差值,因此应认真量取至0.5毫米,使其控制在最小范围内。若前后棱镜用的是强制对中杆的应尽量取相同值,以便减少棱镜量取误差,进一步提高测量精度。

5 用全站仪进行水准、水尺零点、大断面测量的方法

5.1 一般规定

观测时距离和竖直角按分析结论掌握,视线高度和离开障碍物的距离不得小于1.5m;斜距和竖直角的观测应在成像清晰、信号稳定的情况下进行;测距的准备工作,观测方法和作业要求、气象元素测定及重测取舍,气象、加常数、乘常数修正值及边长修正等,均按GB/T 16818的相应规定执行;仪器高、棱镜高各独立量取2次,当较差小于2mm时取其平均值作为最终结果。各项观测读数和计算数值取位按表2(见《国家三、四等水准测量规范》)规定执行。

5.2 全站仪进行水准、校核水尺零点高程测量方法

根据《水利水电工程施工测量规范》,用全站仪进行水准、水尺零点高程测量时,特作如下规定。

(1)全站仪精度为±(2+2×106s)mm以上;最小读数为0.2℃的温度计;最小读数为1mb的气压表。

(2)天顶距观测用中丝法进行,盘左位置和盘右位置分别照准同一目标读数为一测回,每次照准目标时均精确照准两次,读数两次,且两次读数差不大于3″。

(3)全站仪进行水准、水尺零点校核具体要求见表3(见《水电水利工程施工测量规范》)。

(4)用全站仪进行水准、水尺零点校核时也可以直接测量斜距、平距、高差,其测量技术要求见表3和表4(见《水电水利工程施工测量规范》),但表3中斜距和天顶距测量要求应按表4中斜距和高差测量要求进行。打开仪器主菜单,在F6(测量模式)下输入气压、气温。全站仪在水文站具体应用时即可这样操作。

(5)对向观测应在短时间内完成。

(6)用全站仪校测水准点时,视线长度在200m至600m之间,竖直角不得大于25°,应采用三等三角高程测量方法观测,组成附合路线或闭合环,并进行往返测(类似水准测量的往返观测);若进行水尺零点校测时,视线长度在100m至1200m之间,竖直角不得大于25°,测站(转点)间应采用四等三角高程测量方法观测,组成附合路线或闭合环,并进行往返观测(类似水准测量的往返观测);水尺高程的测定可采用四等单向三角高程方法观测,并进行往返观测(类似水准仪测水尺点高程用的间视法),视线长度在200m至800m之间;对于水尺零点高程校测,如果不需要转点即可完成测量时,可采用一镜双高法进行观测。

6 用全站仪进行水准、水尺零点、大断面测量计算的软件开发

计算系统采用VB6.0语言编程,采用了表格控件fexlcell和界面控件Xpsuite以及Api函数编程等技术手段。各测量项目数据处理的算法严格按照有关规范规定的计算方法。

软件利用了已开发的“水文测验数据处理系统“作为统一平台,增加了支持全站仪测量方法的三种相应表格和计算程序模块。采取即时填表,自动计算。具有记录、计算、打印等功能,操作简便直观,界面友好,使用简单。

7 适用性

我局地处山区,水准、大断面测量比较困难,看似距离很短的两个待测点,测量路线变的较长,工作量也较大。本课题的成果可很好的适用我区实际地形情况,如水尺零点高程校测,将全站仪安置于某个合适控制点,可同时将上、下比降断面及基本断面水尺全部施测完毕,减轻了劳动强度,提高工了作效率,特别是在两岸之间的水准测量,大断面测量发挥了较大的作用,成为水文现代化的重要组成部分。同时使用本课题配套软件,可免去过去繁琐的内业计算、校核工作,减少了不少中间环节,避免了内业整理错误的出现。

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