[科普中国]-附合水准路线

附合水准路线测量是指从一个已知高程水准点开始，到另一个已知高程水准点，所完成的水准路线叫附合水准路线。

概念附合水准路线是测量学的术语。从某个已知高程的水准点出发，沿路线进行水准测量，最后连测到另一已知高程的水准点上，这样的水准路线称为附合水准路线。

闭合水准路线由某一已知高程的水准点出发，沿路线进行水准测量，最后回到原来的水准点上，这样的水准路线称为闭合水准路线。

支水准路线由某一水准点出发，经过若干站水准测量，既不附合到其他水准点上，也不闭合到原来的水准点上，这样的水准路线称为支水准路线。

附合水准路线的蚁群智能平差方法附合水准路线是工程建设中水准控制测量的一种主要测量路线，在公路工程、土木建筑工程、水利工程、电力工程及变形监测等工程建设项目中广泛使用。附合水准路线测量的精度与工程建设的质量有着密切的关系，因此，对附合水准路线测量的误差处理方法开展研究，具有重要的意义。为提高附合水准测量的精度，许多学者对附合水准测量的误差处理方法开展了一系列的研究。张琦等人对附合的1条水准路线图解平差方法研究发现，该方法作业步骤简单，且能够满足三、四等水准测量的精度要求。王磊等人通过对间接平差模型的简化，利用Matlab编制了附合水准网经典平差系统，并用假设检验理论检验系统的可靠性，通过实例验证发现，该平差系统可以对一、二、三、四等及等外附合水准网开展经典平差计算。余章蓉等人对水准网间接平差方法进行改进，采用直接观测信息构建方程的方法实现了间接平差，该方法实现程序编制简单、快捷、高效，方便了大型水准网平差计算。1

相比之下，水准网平差的人工智能计算方面的研究甚少。吴良才等人把遗传算法和神经网络技术结合在一起，用于GPS高程的转换。通过实例计算，表明人工智能算法用于GPS高程转换的精度较高。作者拟建立附合水准路线的通用平差模型，研究建立蚁群智能水准平差方法。其目的在于改进平差手段，提高水准平差的精度。

平差模型的建立如图1所示，假定待测点为1，2，…，i，…，j，从BMA 到BMB之间设置了n 个测段， 按照五等水准测量的方法施测，各测段的实测高差分别为h1，h2，…，hn， 各测段的距离分别为L1，L2，…，Ln， 设各测段的高差真值分别为h1'，h2'，…，hn'， 设各测段的真误差分别为Δ1，Δ2，…，Δn， 则

附合水准路线平差的蚁群算法（1）蚁群算法

20世纪90年代，意大利学者Dorigo等人提出模拟蚁群觅食的蚁群算法。该算法的特点是：拥有强鲁棒性、优良的分布式计算机制，且易与其他优化理论相结合。该方法已经被用于解决大多数的优化问题。其应用领域已逐步扩展到工程建设方面。

（2）蚁群搜索方式设计

蚂蚁i的搜索方向与蚁群中其他蚂蚁的位置的信息素以及距离有密切关系，信息素越大，且与当前蚂蚁i的距离越小，被当前蚂蚁选定为搜索方向的概率也就越大，若蚂蚁i与蚂蚁j的距离为dij，则

设，则蚂蚁i向蚂蚁j方向移动方向移动的概率为：

研究结论（1）通过对附合水准路线测量的误差特点分析，建立了附合水准路线的误差处理通用优化模型，便于计算机程序优化计算。

（2）提出了附合水准路线的蚁群智能平差方法，建立了附合水准路线平差的蚂蚁搜索方案和蚂蚁的行进策略。采用保留策略，实现快速、高精度平差。

（3）通过实例计算可以发现，附合水准路线采用蚁群智能平差方法的精度明显高于采用传统经典平差方法的精度。2

附合水准路线测量应用技术及精度分析水准测量概述水准测量概述水准测量是工程测量中最基本的测量内容之一，其基本原理就是利用测量水准的仪器读取所提供的在水准视线上竖立的两点上的水准尺上的数字，以此来测定两点之间的高度差，再通过已知点的高程计算所需点的高程。水准测量的基本原理图如图2所示。

由图2可以看出，水准测量的前进方向是从A点到B点，将A点称为后视水准点，与之对应的水准尺读数a为后视点读数；同理将B点称为前视水准点，与之对应的水准尺读数b为前视点读数，求得A、B点的高差hab可以根据式1可以求得，测得A、B两点的高差以后，若知道A点的高程为HA，则可以通过式2求出B点的高程HB：

附合水准路线测设以及精度分析水准路线布设主要有闭合水准路线、支水准路线以及附合水准路线三种布设方式。其中闭合水准路线是从某已知高程的水准点前进，从各个待测高程水准点进行量测，最后测量回到原有的该已知高程水准点形成闭合环形回路的水准路线；对于高程点较少难以布设其他水准路线布设方法的地方，常常布设闭合水准路线。支水准路线是已知某高程的水准点，沿着各待测的观测点前进测量，但是最后未连接到另一已知高程的水准点，因此为了能够校核观测成果的准确性，因此需要对支水准路线测量进行往返观测，因此在等级水准路线的测设中较少采用支水准路线，但是在外水准测量时采用，可以直接测得碎部点的高程。附合水准路线测量就是从一个一只高程点出发，沿着各待测的观测点前进测量，最后连接到另一已知高程的水准点，由于附合水准路线的布设可以对所观测的成果进行检校，因此附合水准路线的布设是工程水准测量中最常用的一种布设方式，图3为附合水准路线的布设方式图。

在附合水准路线中，在路线中间设定的待测观测点的精度最低。根据《国家三、四等水准测量规范》规定：单独的四等水准附和路线，长度不超过80公里，环线周长不超过100公里，同级网中结点间距离不超过30公里。在结束附合水准路线的外业观测以后，处理观测数据．计算误差是十分重要的。首先，应当绘制附合水准路线的大样图，然后就应该计算附合水准路线的高差闭合差，当闭合差的精度附和等级水准测量的要求以后，即可以分配闭合差，其分配的原则就是按与距离L或测站数n成正比，将高差闭合差反号分配到各段高差上。

研究结论附合水准路线测量是最常用的一种工程水准测量路线布设方式，在实践工程中，只有认真按照附合水准路线布设方式进行计算并在对应的精度下进行平差，才能够让所得到的待测点高程数据更加接近工程实际。3

本词条内容贡献者为:

陈红 - 副教授 - 西南大学