工程测量规范GB50026-2007(高程控制)

《工程测量规范》GB50026-2007条文说明--高程控制测量4．1一般规定4．1．1高程控制测量精度等级的划分，仍然沿用《93规范》的等级系列。对于电磁波测距三角高程测量适用的精度等级，《93规范》是按四等设计的，但未明确表述它的地位。本次修订予以确定。本次修订初步引入GPS拟合高程测量的概念和方法，现说明如下：1从上世纪90年代以来，GPS拟合高程测量的理论、方法和应用均有很大的进展。2从工程测量的角度看，GPS高程测量应用的方法仍然比较单一，仅局限在拟合的方法上，实质上是GPS平面控制测量的一个副产品。就其方法本身而言，可归纳为插值和拟合两类，但本次修订不严格区分它的数学含义，统称为“GPS拟合高程测量”。3从统计资料看(表9)，GPS拟合高程测量所达到的精度有高有低，不尽相同，本次修订将其定位在五等精度，比较适中安全。4．1．2区域高程控制测量首级网等级的确定，一般根据工程规模或控制面积、测图比例尺或用途及高程网的布设层次等因素综合考虑，本规范不作具体规定。本次修订虽然在4．1．1条明确了电磁波测距三角高程测量和GPS拟合高程测量的地位，但在应用上还应注意：1四等电磁波测距三角高程网应由三等水准点起算(见条文4．3．2条注释)。2GPS拟合高程测量是基于区域水准测量成果，因此，其不能用于首级高程控制。4．1．3根据国测[1987]365号文规定采用“1985国家高程基准”，其高程起算点是位于青岛的“中华人民共和国水准原点”，高程值为72．2604m。1956年黄海平均海水面及相应的水准原点高程值为72．289m，两系统相差-0．0286m。对于一般地形测图来说可采用该差值直接换算。但对于高程控制测量，由于两种系统的差值并不是均匀的，其受施测路线所经过地区的重力、气候、路线长度、仪器及测量误差等不同因素的影响，须进行具体联测确定差值。本条“高程系统”的含义不是大地测量中正常高系统、正高系统等意思。假定高程系统宜慎用。4．1．4高程控制点数量及间距的规定，是根据历年来工程测量部门的实践经验总结出来的，便于使用且经济合理。4．2水准测量4．2．1关于水准测量的主要技术要求：1本规范水准测量采用每千米高差全中误差的精度系列与现行国家标准《国家一、二等水准测量规范》GB12897和《国家三、四等水准测量规范》GB12898相同。虽然这一系列对程测量来讲并不一定恰当适宜，但从水准测量基本精度指标的协调统一出发，本规范未予变动。五等水准是因工程需要而对水准测量精度系列的补充，其每千米高差全中误差仍沿用《93规范》的指标。2本条所规定的附合水准路线长度，在按级布设时，其最低等级的最弱点高程中误差为3cm左右(已考虑起始数据误差影响)。3本条中的附合或环线四等水准测量，工测部门都采用单程一次测量。实践证明是能达到规定精度的；因为四等水准与三等水准使用的仪器、视线长度、操作方法等基本相同，只有单程和往返的区别；按此估算，四等水准单程观测是能达到规定精度指标的。4关于山地水准测量的限差。在山地进行三、四等水准测量时，由于受客观条件的限制，其往返较差、附合或环线闭合差的限值可适当放宽，分别为±15√L和±√25L。但实测中，其限差常以测站数n来衡量，为此将上述限差转换为每站中误差的限差，通常每千米按16站计算，即5结点间或高级点间的路线长度，是基于以下两种图形进行推论的。图2中，“⊙”表示高级点，“．”表示最弱点(由于图形的对称性，图中未标出全部最弱点)。推论可知：附合水准路线的最弱点在路线的中部，结点网的最弱点位于每个环节的3／4处。欲使两种图形最弱点的高程中误差相等，结点网的各环节长度应为单一附合水准路线长度的2／3倍。故本规范表4．2．1的注1中，采用0．7倍的指标。4．2．2关于水准测量所使用的仪器及水准尺：1本次修订补充了，三等水准测量所使用补偿式自动安平水准仪的补偿误差△α不应超过0．5″，数字水准仪条形码尺米间隔平均长与名义长之差，不应超过0．10mm的要求。2对于水准仪的视准轴与水准管轴的夹角i，水准尺的米间隔平均长与名义长之差的限值，仍采用《93规范》的指标。以上两款中的相关检验指标是根据多年来实践经验得出的，也与仪器的等级相适应，同时也是作业中应当满足的。4．2．4水准观测的主要技术指标，是基于不同型号的水准仪和不同类型的水准尺，按水准观测的误差理论进行分析推算，并结合历年来工程测量单位的实践经验，补充、调整而成的。规范修订将数字水准仪归类于相应等级的光学水准仪中，并按相应等级的要求作业。4．2．6由于交通、水利等国家基础建设的快速发展，跨河水准在工程测量中的应用越来越多，故本次修订增加跨河水准测量内容。跨河水准测量的主要技术要求，是根据我国航务测量部门长期的经验总结制定的。对于工程测量单位较少涉及的大型跨越项目(跨越距离＞400m)，其技术要求，可参考相关国家标准或行业标准执行。必要时，在满足工程精度要求的前提下，也可单独制定跨河水准测量方案。4．2．7关于水准测量数据处理的精度评定公式：水准测量的精度评定，通常采用(42)、(43)两个公式计算。(42)式是利用测段的往返高差不符值来推求水准观测中误差，主要反映了测段间偶然误差的影响，因此称为水准测量每千米高差的偶然中误差。(43)式是利用环线的闭合差来推求水准观测中误差，反映了偶然误差和系统误差的综合影响，因此称为水准测量每千米高差的全中误差。4．3电磁波测距三角高程测量4．3．2电磁波测距三角高程测量的主要技术要求：1直返觇观测每千米高差中误差。1)直返觇观测每千米高差中误差的计算公式为：2)各项误差估算：测距误差：mS对高差的影响与垂直角α的大小有关，一般中、短程电磁波测距仪器的测距精度mS，为5+5ppm×D，由于测距精度高，因此它对高差精度的影响很小。测角误差：垂直角观测误差m0对高差的影响随边长S的增加而增大，这一影响比测边误差的影响要大得多。为了削减其影响，主要从两方面考虑，一是控制边长不要太长，本规范规定不要超过lkm。二是增加垂直角的测回数，提高测角精度。测角误差估算如下：根据本规范4．3．3条中指标差较差和垂直角较差的规定限差，即，四等为7″，五等为10″。则相应的m半测回值，四等为3．5″，五等为5″。四等3测回观测的测角中误差为1．43″，五等2测回观测的测角中误差为2．5″。该推算结果和1985年在广东珠海地区的实验结果是吻合的，多年来的工程实践证明，也是容易达到的。这里需要提出的是，2″级全站仪和电子经纬仪的垂直角观测精度通常为2″，2″级光学经纬仪的垂直角观测精度相对较低，且不同厂家的仪器差别较大，所以，当采用2″级光学经纬仪进行垂直角测量时，应根据仪器的垂直角检测精度适当增加测回数，以3～6测回为宜。大气折光影响的误差：垂直角采用对向观测，而且又在尽量短的时间内进行，大气折光系数的变化是较小的，因此，即刻进行的对向观测可以很好地抵消大气折光的影响。但实际上，无论采取何种措施，大气折光系数不可能完全一样，直觇和返觇时的K值总会有一定差值，所以，对向观测时m△k应是直返觇大气折光系数K值之差的影响。根据在河南信阳市郊区平坦地的电磁波测距三角高程测量试验研究资料，计算出1h、0．5h、15min折光系数变化的影响如表6所示。仪器和觇标的量高误差：作业时仪器高和觇标高各量两次并精确至lmm，其中误差按1～2mm计。顾及以上四种主要误差的影响，即测距中误差取5+5ppm×D；垂直角观测中误差，四等取2″，五等取3″；折光系数按1h变化估计；仪器和觇标的量高中误差取2mm，可推算出电磁波测距三角高程对向观测的每千米高差中误差(见表7)。从表7验算可看出，边长为1km时，每千米高差测量中误差四等可达7．6mm、五等可达11mm，若再顾及其他系统误差的影响，如垂线偏差等，则要满足四等10mm、五等15mm是不困难的。2电磁波测距三角高程测量的对向观测高差较差。1)一些试验和工程项目证明：用四等水准测量的往返较差20mm√L要求电磁波测距三角高程测量的对向观测较差是很难达到的。试验结果统计见表8，其较差取√30D。从表8可看出：对于±30√D的限差要求，也有相当比例的直返觇较差超限。2)大气折光对直返觇较差的影响比对高差平均值的影响大2～3倍(表6)。3)垂线偏差对直返觇较差也有一定影响。顾及以上三点，本规范将四等对向观测高差较差放宽至±√40D；五等相应调整为±√60D。3附合或环形闭合差。由于对向观测高差平均值能较好地抵消大气折光的影响，并顾及其他影响因素，本规范表4．3．2中附合或环形闭合差规定为：四等±20√ΣD，五等±30√ΣD，即和四、五等水准测量的限差相一致。4有些学者认为：“三角高程测量的误差大致与距离成正比，因此其‘权’应为距离平方的倒数，不能简单的套用水准测量的精度估算与限差规定的形式。”修订组认为，本次规范修订正式将电磁波测距三角高程测量应用于四五等高程控制测量，因此其主要技术指标，如每千米高差全中误差、附合或环线闭合差必须与水准高程控制测量相一致。至于观测权的问题，需在水准测量和电磁波测距三角高程测量混合平差时考虑。4．3．3为了减少大气折光对电磁波测距三角高程测量精度的影响(参见表6)，要求即刻迁站进行返觇测量，这样整个测线的环境条件相对稳定，折光系数变化不大，取往返高差的平均值可削弱折光差的影响。4．3．4由于电磁波测距三角高程测量，大多是在平面控制点的基础上布设的。测距边超过200m时，地球曲率和折光差对高差将产生影响，因此，本条1款规定应进行此项改正计算。