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青藏高原平均海拔4500m以上,气温多变、冰冻期长、空气稀薄、气压极低,自然条件相当恶劣,交通极不发达,要在这样的一个工作环境中进行形变监测有着相当大的困难。随着社会的发展,对青藏高原地壳运动模型的研究在不断的深入,监测青藏亚板块活动情况的工作在全面展开。同时,随着我国西部大开发战略部署的逐步深人,以青藏铁路为龙头,包括川藏公路改扩建、拉萨贡嘎机场高速公路、八一—泽当公路、江孜—亚东公路、昌都邦达机场等一大批重点工程项目的实施,派生出大量的精密工程测量及变形观测的子项目,如桥梁施工控制测量、隧道施工控制测量、桥梁墩台变形观测、隧道变形监测、大型建筑物水平和垂直及挠曲变形监测、多年冻土区路基基础热胀融沉变形监测、线路沿线泥石流和滑坡体变形监测,以及与减灾防灾有关的其它变形监测等等。并且我国已计划未来20年内在西部地区还要新建1.2万公里铁路。由此可以看出,高原地区形变监测误差机理和误差处理的系统研究是迫切需要和必不可少的。
本文针对高原地区严酷的自然环境这一特征,全面地对平面位移的形变监测和垂直位移的形变监测的各种误差来源进行了分析,并结合西藏羊卓雍湖抽水蓄能水电站压力钢管(明管段)永久性形变监测工程项目的经验,总结了高原地区需要特别关注的各种误差的控制措施和改正处理方法。其主要内容如下:
1.分别从监测基点标石埋设初期的位移、温度影响、灌溉或雨水的影响(即地表水的影响)、人为影响、冻拔作用以及滑坡影响等方面分析了标石的稳定性影响,并提出了一种适合高原地区浅层基岩和冻土层的标石埋设方法。
2.讨论了水平角观测中由于外界环境的影响产生的儿种主要误差:目标成像质量的影响,照准目标的相位差,温度变化对视准轴的影响,大气折光差。同时对这几种误差的产生原因和削弱或控制误差影响的措施进行了论述。并具体阐述了垂直角的大气折光差对三角高程的影响,以及求得大气折光系数K值的方法。
3.分别从仪器本身和外界环境的角度介绍了在高原地区使用电磁测距仪(包括全站仪)进行精密测距时,主要的几种误差来源:加、乘常数误差,周期误差,气象改正误差。并分别对各种误差的控制措施和改正方法作了详细的阐述。其中重点论述了精密测距的气象改正,针对高原地区的特殊环境,结合作者本人在高原地区参与的监测项目经验,总结了测定气象元素的精度控制措施和注意事项。在文章中,通过对仪器生产产家给出的气象改正公式的剖析,结合1999年7月召开的第22届ILJGG大会对标准空气的重新定义,作者对气象改正公式进行了推导与改进。根据改进公式可以看出,每公里的测距气象改正值改进了0.02mm左右,这对精密测距特别是边长的比例改正来说有着重要的意义和必要性。
4.从高原特殊的气候条件给仪器以及观测成果带来的各种误差影响这一角度,分别论述了尺桩、尺台和脚架的垂直位移对精密水准测量的影响,外界环境对铟瓦水准标尺的影响及其尺长改正,水准折光影响,磁致误差,热力作用的影响。其中重点介绍了温度对铟瓦水准标尺的影响和改正方法,因为在高原地区,尺长的温度改正值非常之大,是精密水准测量中最重要的一个系统误差影响。在两藏羊湖电站监测实例中,由于温度差对铟瓦水准标尺的影响,两期水准观测高差之差可达到3.7mm/100m,由此证明在高原地区必须精确的测定水准标尺的温度,对观测结果进行标尺的温度改正。 5.介绍了西藏羊湖电站压力钢管(明管段)监测项目的工程概况,监测系统网型的设计和网点标石的埋设方法,以及在观测过程中所采取的相关削弱误差影响的措施。作者根据相关改正公式利用Excel进行编程,对边长进行了加乘常数改正、周期改正、气象改正,并分别根据仪器厂家给定的公式和作者改进后的公式对边长进行了气象改正,做了对比分析。作者通过查阅大量的资料,和对水准测量规范的仔细研读,发现了本监测实例中水准测量的不足及测量成果中出现系统误差的原因,那就是每期水准观测均未测定铟瓦水准标尺的温度,数据处理中没有进行标尺温度改正计算。文中根据每期观测阶段电厂发电量和气温的记录,计算出两期在水准观测期间内的平均气温差值,对第二期高差复测值进行了改正计算,计算结果证实了作者的推断。
本文通过对经典大地测量方法中观测误差的全面分析与论述,系统地归纳出了在高原地区进行监测活动必须要重视的各种误差来源,并结合高原监测实例对每种误差的控制措施以及改正方法做了具体的论述。