轨道交通建设中跨河水准测量误差分析与对策

轨道交通;跨河水准;测量;精度分析

轨道交通建设中跨河水准测量误差分析与对策：丁广龙徐顺明

陈雪丰

文章编号：１６７２—７４７９（２０１１）０３—０００１—０３

轨道交通建设中跨河水准测量误差分析与对策

丁广龙１，３

徐顺明２’３

陈雪丰３

（１．淮安市水利勘测设计研究院有限公司，江苏淮安２２３００５；２．广州市地下铁道总公司，广东广州５１０３８０；

３．武汉大学测绘学院，湖北武汉４３００７８）

Ａｎａｌｙｓｉｓ

ｏｎ

Ｌｅｖｅｌ

Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ

Ｅｒｒｏｒａｎｄ

Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ

Ｒｉｖｅｒ

ｉｎ

ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＲａｉｌＴｒａｎｓｉｔ

ＤｉｎｇＧｕａｎｇｌｏｎｇ

ＸｕＳｈｕｎｍｉｎｇ

ｏｖｅｒ

ＣｈｅｎＸｕｅｆｅｎｇ

摘要珠江三角洲地区河网密集，建立高精度的水准点必须进行跨河水准测量。分析了跨河水准测量产生的主要误差与解决办法，并通过广佛线跨河水准测量实例，验证消除测量误差的效果与采取相应对策的有效性。

关键词轨道交通跨河水准测量误差分析

中图分类号：Ｐ２２４．１

文献标识码：Ｂ

水准测量是确定地面点高程的最基本和精度较高的一种测量方法。轨道交通建设中线路经常跨越河流、湖泊，这就涉及跨河水准测量的问题。根据《城市轨道交通工程测量规范》，地铁隧道高程贯通的极限误差为±５０ｍｍ。为达到这个设计精度要求，必须分析与解决跨河水准产生的误差问题。

１

水准尺上的读数也将含有较大的误差。

２水准测量的，角误差和大气折光影响

根据水准测量原理确定高差的计算：ｈ＝后视读数一前视读数。由此可知，无论是对于前视或是后视读数中存在的误差，都将影响到高差值的确定。而后视读数与前视读数的误差也会有累加或抵消的情形，需要采取相应的措施。望远镜视准轴和水准管轴都是空间直线，如果它们互相平行，那么无论是在包含视准轴的竖直面上的投影，还是在水面上的投影，都应该是平行的。如果不平行，这样的交叉误差称为ｉ角误差，也就是说如果ｉ＝０，则水准轴水平后，视准轴也是水平的，这就满足水准测量基本原理的要求。

２．１

跨河水准测量的问题

水准测量的施测过程不可能总是在平坦地区进

行，当水准测量必须跨越江河、湖泊、宽沟、山谷等障碍物时，其视线长度要比一般情况下长得多，这样就会产生许多的问题，其中主要的两个问题是：

（１）由于前、后视线不能相等，仪器ｉ角误差的影响将随着视线长度的增长而增长，致使在由后视（短视线）减前视（长视线）读数所得高差中包含有较大的误差影响。

（２）跨河的视线大大加长，大气垂直折光影响必然增大，这种影响随着地面覆盖物、水面情况和视线离水面的高度（对跨越水面而言）等因素的不同而不同，同时还随着空气温度的变化而变化，因而也就随着时间而变化。所以，即使水准仪没有ｉ角误差，长视线在

收稿日期：２０１１—０２—１４

第一作者简介：丁广龙（Ｊ９７６一），男，２０００年毕业于武汉大学测绘工程专业，在读硕士研究生，工程师。

ｉ角在读数中的影响

如图１，假设ｉ角使视线向上倾斜，那么它在Ａ点

尺子上的读数将增大，平视线的读数增大一个省值，若Ａ点距仪器的距离设为Ｊｓ，则有Ｘ＝Ｓｘｔａｎｉ

图１ｉ角对读数的影响

万方数据

轨道交通;跨河水准;测量;精度分析

２

铁道勘察２０１１年第３期

一般ｉ角是甚小的，所以上式可写成为

石：掣（ｐ：２０６

“毛同时也做为立尺点。选定时使ｂｌ，。与

（１）６２，２相等。

２６５）

Ｐ

当ｉ角的大小不变时，则茁的大小与Ｓ成正比，即尺子离仪器愈远，ｉ角对读数的影响愈大。

假设向上倾斜的ｉ角为正，则由此引起的读数误差笫亦为正，设８７为水准尺上的实际读数，那么水准尺上的正确读数ａ

ａ＝ａ７一ｚ

（２）

２．２

ｉ角在高差中的影响

已知Ａ、日两点的高差＾０可按下式（根据水准测

量原理）计算

危矗＝ａ７一ｂ

７

（３）

式中口７为后视读数；６’为前视读数。

于是Ａ、Ｂ两点的正确高差为

ｈ。。＝（ａ’一盖－）一（ｂ’一Ｘ口）＝＾么一（夏－一ｘ口）

（４）

式中ＸＡ—Ｘｓ为ｉ角在高差中的影响，用艿‰表示，即

６‰２咒一％２古只一言ｓ口＝ｉｐ（ＳＡ一８８）（５）

可见当后视与前视的距离相等时，ｉ角的影响６‰＝Ｏ，得到正确的高差。而当后视与前视的距离不相等时，后、前视的距离相差愈大，ｉ角在高差中的误差影响也愈大，ｉ角在高差中的误差影响６‰也愈大，且ｓ。＞ｓ。时瓯。。与ｉ角的符号相同，反之与ｉ角的符号

相异。２．３

大气折光影响

由于空气的温度不均匀，将使光线发生折射，视线

即不成为一条直线（如图２）。

图２大气折光影响

３提高跨河水准测量精度的对策

针对跨河水准测量出现的问题，结合水准测量的ｉ角误差和大气折光影响，可以采取的措施如下：

第一个问题可以通过适当安排测站和立尺点来解决。如图３所示，设水准路线由北向南推进，必需跨过一条河流，此时，可以在河的两岸选定立尺点ｂ。、ｂ：和

测站“Ｊ『：。

万方数据

河流一

图３跨河水准

观测时，仪器先在，。处后视ｂ，，在ｂ。水准标尺上读数设为Ｂ，，再前视，２（此时，２点上要竖立水准标尺），在，２水准标尺读数设为Ａ，。设水准仪具有某一定值的ｉ角误差，其值为正，由此对读数曰。的影响设为△，对于读数Ａ。的误差影响为△：由，，站所得观测果，可按下式计算ｂ：相对于ｂ。正确高差。

｜Ｉｌ：．６：＝（Ｂｌ一△１）一（Ａ１一△２）＋ｈ，，，２

（６）

然后将水准仪迁至对岸厶，原在，２的水准标尺迁至，，作后视尺，原在ｂ，的水准标尺迁至ｂ：作前视尺，在厶观测得后视水准标尺读数设为曰：，其中ｉ角的误差影响为△：，前视水准标尺读数设为Ａ：，其中ｉ角的误差影响为△，，则由ｔ站所得观测结果，可按下式计算ｂ：相对于ｂ，的正确高差。

矗６。６２＝ｈ６而＋（Ｂ２一Ａ２）一（Ａ２一△１）

（７）

取，ｌ、，２测站所得高差的平均值即

１

１

ｈ６１６：＝÷（ｋ６：＋瓦６：）＝÷［（Ｂ１一Ａ１）＋

（Ｂ２一Ａ２）＋（ｈ６幽＋ｈｂ幻）］

（８）

由此可知，由于在两个测站上，观测时，远、近视距是相等的，所以由仪器ｉ角误差对水准标尺上的读数的影响在平均高差中得到抵消，这就解决了第一个问题。

事实上，假设条件仪器ｉ角并不是不变的固定值，所以只有当跨越的视距较短，渡河比较方便，可以在较短时间内完成观测工作时，上述布点方式才是可行的。另外，为了保证跨越两岸的视线，。毛在相对方向上具有相同的折光影响。对，，和，２点位选择，应特别

注意。

为了更好地消除ｉ角的误差影响和折光影响，用两架同型号的仪器在两岸同时进行观测，两岸的立尺点ｂ。，ｂ：和仪器观测站，，，，２应布置成如图４、图５所示的两种形式，布置时尽量使ｂ，，，＝６：乏，，。ｂ：＝，２６。。

为了尽可能使往返跨河的视线受相同的折光影响，对跨河地点的选择也应特别注意，要尽量选在两岸

轨道交通;跨河水准;测量;精度分析

轨道交通建设中跨河水准测量误差分析与对策：丁广龙徐顺明陈雪丰

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丛、沙滩、芦苇等日光照射后，上面空气层中的温度分布情况变化很快，产生的折光影响很复杂，所以要力求避免通过它们的上方，以利于跨河水准测量的施测。

４具体工程实例

珠江三角洲城际轨道交通广州至佛山段是我国首条城际地铁建设项目，西起佛山，途经南海市、广州荔

图４跨河水准布置（一）

湾区、海珠区，全长３３．４７ｋｍ，共计２１站，其中广州范围内有１０个站，佛山范围内有１１个站。在西朗与广州地铁１号线相接后，向东挺进，穿过珠江，在沙园站、南洲站分别与广州地铁２、８号线相连接，向东南方向延伸，到达终点站广州沥沼站，并与广州地铁３号线相连接。

广佛地铁线跨越５条河流：东平水道、珠江、佛山水道、花地河、珠江，河宽都在５００ｉｎ以内，均采用光学测微法进行跨河水准测量，观测中严格遵守《国家一、图５跨河水准布置（二）

二等水准测量规范》的规定。并按上述消除过河水准误差地方法进行实测，较好的解决过河水准测量所产生的误差。跨河水准测量的观测精度见表ｌ。

表１

广佛地铁线跨越５条河流水准往返测量精度统计

表中二等跨河水准路线观测高差中数中误差小于

置，以保证测量工作高效地完成。

±１．２５

ｌｎｍ，观测精度较高，完全可以满足轨道交通工

水准测量除了ｉ角误差和大气折光的重要影响外，还有水准尺误差、整平误差尺垫升降误差、估读误差和照准误差等，分析水准测量中的误差来源，寻求减小误差的方法，对提高水准测量成果的精度具有积极轨道交通跨河水准测量工程中所采取的上述措施意义。

是有效的，所观测的成果具有很高的精度，完全满足地参考文献

［１］ＧＢ５０３０８－－２００８城市轨道交通工程测量规范［ｓ］铁隧道高程贯通的极限误差为±５０ｍｍ的要求。测量Ｅ２２

ＧＢｌ２８９７－－２００６国家一、二等水准测量规范［Ｓ］

过程中应严格执行现行的国家水准测量规范的要求，［３］徐顺明，周广华，杨光．城际轨道交通广佛线二等水准网维护重测

并参照相应等级的规范要求对仪器参数进行合理的配

与精度分析ｆＪ１．铁道勘察，２００８（４）

万方数据

地形相似，高差相差不大而跨越距离较短的地点；草

程各环节的高程控制要求。

５结论与建议

轨道交通;跨河水准;测量;精度分析

轨道交通建设中跨河水准测量误差分析与对策

作者：作者单位：

丁广龙， 徐顺明， 陈雪丰， Ding Guanglong， Xu Shunming， Chen Xuefeng

丁广龙,Ding Guanglong(淮安市水利勘测设计研究院有限公司,江苏淮安223005;武汉大学测绘学院,湖北武汉430078)， 徐顺明,Xu Shunming(广州市地下铁道总公司,广东广州

510380;武汉大学测绘学院,湖北武汉430078)， 陈雪丰,Chen Xuefeng(武汉大学测绘学院,湖北武汉,430078)

铁道勘察

RAILWAY INVESTIGATION AND SURVEYING2011,37(3)

刊名：英文刊名：年，卷(期)：

参考文献(3条)

1.徐顺明;周广华;杨光 城际轨道交通广佛线二等水准网维护重测与精度分析 2008(04)2.GB 12897-2006.国家一、二等水准测量规范 20063.GB 50308-2008.城市轨道交通工程测量规范 2008

本文链接：http://www.77cn.com.cn/Periodical_tlhc201103001.aspx

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