朱小韋，劉永義

(鄭州測繪學(xué)校，河南 鄭州 450015)

1 引言

國家測繪基準體系是國民經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)。但是，長期以來測繪基礎(chǔ)設(shè)施遭受了嚴重損毀，無法滿足國家信息化建設(shè)對測繪基準的要求。因此需要盡快實施現(xiàn)代測繪基準體系建設(shè)來解決目前日益明顯的矛盾。

國家測繪地理信息局根據(jù)當(dāng)前測繪基準現(xiàn)狀提出了“測繪基準一期工程”項目，旨在通過全面測繪基準基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滿足國家經(jīng)濟建設(shè)、社會發(fā)展和國防建設(shè)的緊迫需要。在以往國家高等級水準網(wǎng)布設(shè)過程中，精密光學(xué)水準儀發(fā)揮了重要作用。而今，數(shù)字水準儀以其精度優(yōu)，工作效率高、可操作性強等諸多優(yōu)點逐漸走進了人們的視野。本文試圖結(jié)合工程實際，驗證了Leica DNA03 數(shù)字水準儀在長距離、高等級水準測量中的穩(wěn)定性、優(yōu)越性，旨在為同類工程實際提供參考。

2 Leica DNA03 數(shù)字水準儀的工作原理

Leica DNA03 數(shù)字水準儀由瑞士徠卡公司生產(chǎn)，測量采用相關(guān)法原理。它的標(biāo)尺一面是偽隨機條形碼，供電子測量用，另一面為區(qū)格式分劃，供光學(xué)測量用。望遠鏡照準標(biāo)尺并調(diào)焦后可以將條碼清晰地成像在分劃板上供目視觀測，同時條碼像也被分光鏡成像在探測器上，供電子讀數(shù)。如圖1 所示，左邊是與徠卡數(shù)字水準儀配套的水準標(biāo)尺的偽隨機條碼，該條碼圖像已被存儲在數(shù)字水準儀中作為參考信號。

圖1 徠卡標(biāo)尺條碼圖

左邊偽隨機碼的下面是望遠鏡照準偽隨機碼后截取的偽隨機碼片段。偽隨機碼片段成像在探測器上后被探測器轉(zhuǎn)換成電訊號，即為測量信號。該信號在數(shù)字水準儀中與事先已存儲好的代表水準標(biāo)尺偽隨機碼的參考信號進行比較，這就是相關(guān)過程，稱為相關(guān)。將望遠鏡截取的偽隨機碼的片段與條碼標(biāo)尺上的偽隨機碼自下而上進行比較，直到兩碼相同為止，或說兩信號相同為止，即圖1 中左邊虛線位置時，也就是最佳相關(guān)位置時，讀數(shù)就可以確定［1］。

3 Leica DNA03 數(shù)字水準儀的精度檢驗

利用測繪工程院精密檢校場確測定的水準點有3 個(BM1，BM2，BM3)，且3 個點坐標(biāo)已知(CGCS2000 坐標(biāo)系)，如圖2 所示，各點間高程值為經(jīng)過球氣差等改正后的精確高差值，高程數(shù)值已知，為國家85 高程基準。

利用本次任務(wù)使用的Leica DNA03 數(shù)字水準儀1 臺，經(jīng)過嚴格檢校后，在同一天對3 段水準路線(BM1－ BM2，BM2－ BM3，BM3－ BM1)嚴格按照《國家一二等水準測量規(guī)范》(GB/T 12897—2006)的要求進行了一等水準往返觀測及計算，結(jié)果如下表1 所示:

圖2 已知高程點

表1 一等水準觀測計算數(shù)據(jù)

按照《國家一二等水準測量規(guī)范》(GB/T 12897—2006)，可計算每公里偶然中誤差M⊿==±0.25 mm，符合一等水準限差要求。

4 Leica DNA03 數(shù)字水準儀在福建國家一等水準網(wǎng)施測中的應(yīng)用

根據(jù)國家測繪地理信息局《關(guān)于下達國家現(xiàn)代測繪基準體系基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)一期工程設(shè)備投資生產(chǎn)計劃的通知》要求，由福建省測繪地理信息局承擔(dān)國家高程控制網(wǎng)611.3 km 一等水準觀測任務(wù)。

4.1 已有資料利用情況

測區(qū)內(nèi)有2011年、2013年普查補埋的一等水準路線，其水準路線圖和水準點之記供水準觀測使用。以上成果資料由國家基礎(chǔ)地理信息中心提供。

測區(qū)交通圖、行政區(qū)劃圖以及本項目的選埋網(wǎng)圖作為水準觀測作業(yè)調(diào)度使用資料。

4.2 測繪基準

(1)坐標(biāo)系統(tǒng):2000 國家大地坐標(biāo)系。

(2)高程基準:1985 國家高程基準，高程系統(tǒng)為正常高系統(tǒng)。

(3)時間基準:水準測量采用北京時間。

2013年09月—2013年12月福建省測繪院組織4 個作業(yè)組，投入4 臺Leica DNA03 數(shù)字水準儀進行一等水準外業(yè)觀測，其中因三都驗潮站支線和廈門驗潮站支線涉及跨海水準Ⅰ梅花支線由于驗潮站已破壞，經(jīng)請示項目部，決定取消這3 條支線的觀測任務(wù)，實際完成了一等水準路線572.3 km 外業(yè)觀測工作，測量成果精度如表2、表3 所示:

表2 一等水準測量成果

表3 三沙支線段一等水準閉合差成果

測量結(jié)果滿足國家一等水準精度要求。

4.3 作業(yè)中應(yīng)注意的問題

4.3.1 光線強弱問題

數(shù)字水準儀望遠鏡需將條碼清晰地成像在分劃板上供目視觀測，同時條碼像也被分光鏡成像在探測器上，供電子讀數(shù)。野外作業(yè)時，受太陽光、空氣狀況及瞄準方向等外界因素的影響，條形碼尺的尺面反射光和儀器單位時間內(nèi)接收的光通量是不斷變化的。如果采樣范圍內(nèi)的亮度不均勻，會使曝光時間失控，測量時間延長，影響測量精度，甚至儀器會提示測量錯誤。

4.3.2 山區(qū)或起伏較大地區(qū)觀測方法的研究

按照《國家一二等水準測量規(guī)范》需考慮大氣折光改正，避免觀測結(jié)果出現(xiàn)明顯的系統(tǒng)誤差，使測量精度達不到規(guī)定的要求。近百年來，學(xué)術(shù)界對水準測量折光改正問題一直相當(dāng)重視，研究出很多優(yōu)秀的改正模型，如庫卡梅基、沃倫模型等作的研究［2］。我國學(xué)者李延興也導(dǎo)出了嚴密的公式。但以上模型應(yīng)用時都要求前視與后視方向地面坡度基本一致。而蔣利龍推倒出的一種不論前、后視坡度是否一致都能適用的、基于水準視線折光角改正模型［3］。

4.3.3 操作者對精密水準測量成果的影響

國家一等水準限差嚴格，對觀測者調(diào)焦、儀器整平水平及立尺者標(biāo)尺安置質(zhì)量對測量結(jié)果的影響很大。每一站觀測時，按《國家一二等水準測量規(guī)范》在儀器內(nèi)進行設(shè)置，認真整置儀器，使標(biāo)尺的像準確地聚集在分劃板(光學(xué)水準儀)或CCD 傳感器上，否則，儀器就停止測量。

5 結(jié)語

幾何水準是建立國家高程控制網(wǎng)的主要方法。數(shù)字水準儀以數(shù)據(jù)自動存儲、測量效率高省時省力等優(yōu)點，有效地減少了外業(yè)測量的投入，提高了觀測精度。但是也應(yīng)該看到，數(shù)字水準儀在大規(guī)模高等級的水準測量中的實踐還比較少。本文通過Leica DNA03 數(shù)字水準儀在福建國家一等水準網(wǎng)施測中的應(yīng)用實踐，驗證了數(shù)字水準儀在大規(guī)模高等級水準測量中的實用價值，證明了其精度，具有良好的推廣意義。需要注意以下幾個問題。

(1)現(xiàn)行《國家一二等水準測量規(guī)范》(GB/T 12897—2006)對數(shù)字水準儀應(yīng)用到國家一二等水準測量的規(guī)定不夠詳細，如數(shù)字水準儀的標(biāo)尺鑒定等。

(2)本項目為一等水準復(fù)測，重力資料利用原有資料，但對新路線的一等水準觀測，重力測量不可少，且高程小的水準點及水準點高差較小的地區(qū)，重力點可適當(dāng)減少，而對高差大的路線、激烈變化處的水準點上一定要測重力［4］。

［1］白鋆，熊指南.條碼遮擋對DiNi12 數(shù)字水準儀測量結(jié)果影響的研究［J］.現(xiàn)代測繪，2015(1):41－43.

［2］梁振英.水準測量的誤差傳播和精度估計［J］.測繪通報，1982(4):3－9.

［3］數(shù)字水準儀在二等水準測量應(yīng)用的探討［J］.閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2010(2):116－120.

［4］孔祥元，郭際明.控制測量學(xué)［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2006.