工程測量畢業(yè)論文設(shè)計副本副本

1、3 控制網(wǎng)設(shè)計3.1 控制網(wǎng)網(wǎng)形設(shè)計原則橋梁施工控制網(wǎng)等級要按橋長和跨度的不同來選擇，其標準見表3-1表3-1橋梁施工控制網(wǎng)等級橋長(m）跨越的寬度(m)平面控制網(wǎng)的等級高程控制網(wǎng)的等級二等 或 三等二等三等 或 四等三等四等 或 一級四等一級四等 或 五等橋梁平面控制網(wǎng)布設(shè)一般以三角網(wǎng)作為施工控制網(wǎng)，在建立三角網(wǎng)時，既要考慮三角網(wǎng)本身的精度，即圖形強度，又要考慮以后施工的需要。橋梁三角網(wǎng)一般應(yīng)滿足下列要求： (1) 圖形應(yīng)具有足夠的強度，使測得的橋軸線長度的精度能滿足施工要求并能利用這些三角點以足夠的精度用前方交會法放樣橋墩。當主網(wǎng)的三角點數(shù)目不能滿足施工需要時，能方便的增設(shè)插點。在滿足精度

2、和施工要求的前提下，圖形應(yīng)力求簡單，便于測算。 (2) 在河流兩岸的橋軸線上至少各設(shè)一個三角點，三角點距橋臺的設(shè)置也不應(yīng)太遠，以保證橋臺的放樣精度。放樣橋墩時，儀器可安置在橋軸線上的三角點上進行交會，以減少橫向誤差。 (3) 三角網(wǎng)的邊長一般在0.51.5倍河寬的范圍內(nèi)變動?；€長度不宜小于橋軸線長度的0.7倍，一般應(yīng)在河岸各設(shè)一條，以提高三角網(wǎng)的精度及增加檢核條件?；€如用鋼尺直接丈量，以布設(shè)成整尺段的倍數(shù)為宜。而且，基線場地應(yīng)選在土質(zhì)堅實、地勢平坦的地段。 (4) 三角點應(yīng)選在地勢較高、土質(zhì)堅實穩(wěn)定、便于長期保存的地方。而且三角點的通視條件要好，要避免旁折光和地面折光的影響。 (5) 橋梁

3、三角網(wǎng)的基本網(wǎng)形為大地四邊形和三角形，并以控制網(wǎng)跨越河流的正橋部分為主，應(yīng)用較多的網(wǎng)形與雙三角形、大地四邊形、雙大地四邊形。以及大地四邊形與三角形結(jié)合的圖形，如下圖 3-2所示 圖3-2中a、b兩種網(wǎng)形適用于橋長較短而需要交會的水中墩、臺數(shù)量不多的情況。c、d兩種網(wǎng)形的控制點數(shù)多，圖形堅強、精度高、便于交會墩位，適于特大橋。(a)三角網(wǎng) （b）大地四邊形（c）雙大地四邊形 （d）大地四邊形加一個三角形圖3-2 橋梁三角網(wǎng)的基本網(wǎng)形此外，橋梁控制網(wǎng)除了采用三角網(wǎng)、邊角網(wǎng)的形式外，亦可采用精密導(dǎo)線建網(wǎng)。橋梁控制網(wǎng)在使用過程中應(yīng)定期檢測，檢測精度與初測精度相同。橋梁控制精度要求與橋梁長度和墩間最大跨

4、距有關(guān)，一般大、中、小型橋梁其橋梁長度和墩間跨距較短，控制點點間相對中誤差達到1:20000即可滿足施工放樣要求，所以可利用一級控制網(wǎng)等級控制點，經(jīng)復(fù)測后作為橋梁施工控制點使用。特大型橋梁由于橋梁長度和跨距較長，原有等級控制點不能滿足放樣要求，故要求布設(shè)獨立的橋梁施工測量控制網(wǎng)。對于大橋、特大橋，在完成控制網(wǎng)的圖上設(shè)計及精度、可靠性估算后，顧及經(jīng)濟實用因素，對其精度等級可作適當調(diào)整。由于橋梁施工周期較長，施工環(huán)境比較復(fù)雜，控制點位有可能發(fā)生位移，因此，定期檢測是必要的。一般埋設(shè)強制對中的觀測墩。3.2 橋梁施工控制網(wǎng)3.2.1 橋梁平面控制網(wǎng)的建立為確保橋軸線長度和墩臺定位的精度，大橋、特大橋

5、必須布設(shè)專用的施工平面控制網(wǎng)。按觀測要素的不同，橋梁控制網(wǎng)可布設(shè)成三角網(wǎng)、邊角網(wǎng)、精密導(dǎo)線網(wǎng)、GPS網(wǎng)等。為了施工放樣是計算方便，橋梁控制網(wǎng)常采用獨立坐標系統(tǒng)，其坐標軸采用平行或垂直橋軸線方向，坐標原點選在工地以外的西南角上，這樣橋軸線上兩點間的長度可以方便地由坐標差求得。橋梁控制網(wǎng)選擇橋墩頂平面作為投影面，以便平差計算獲得放樣需要的控制點之間的實際距離。在平差之前，包括起算邊長和觀測邊長及水平角觀測值都要化算到橋墩的平面上。3.2.2 橋梁高程控制網(wǎng)的建立橋梁高程控制測量有兩個作用：一是統(tǒng)一本橋高程基準面；而是在橋址附近設(shè)立基本高程控制點和施工個哦成控制點，以滿足施工中高程放樣和監(jiān)測橋梁墩臺

6、垂直變形的需要。建立高程控制網(wǎng)的常用方法是水準測量和三角高程測量。為了方便橋墩高程放樣，在距水準點較遠（一般大于1km）的情況下，應(yīng)增設(shè)施工水準點。施工水準點可布設(shè)成符合水準路線。是公告稱控制點在精度要求低于三等時，也可用三角高程建立。當水準路線需要跨越較寬的河流或山谷是，需要用跨河水準測量特殊的觀測方法建立橋梁高程控制。3.3 控制網(wǎng)設(shè)計方案根據(jù)精度分析,測角網(wǎng)(三角網(wǎng)) 有利于控制方位誤差, 即橫向誤差,而測邊網(wǎng)有利于控制尺寸誤差,即縱向誤差,在建立控制網(wǎng)時為了充分發(fā)揮測角網(wǎng)和測邊網(wǎng)的這些特點, 布設(shè)同時測角和測邊的控制網(wǎng), 即邊角網(wǎng)。高程控制網(wǎng)分為地面高程控制網(wǎng)和橋面高程控制網(wǎng)，橋面高程

7、需從地面高程控制點引測。3.4 條件平差原理3.4.1 測量平差概述在測量工程中，為了求得一個幾何模型中各量的大小就必須進行觀測。如果總共觀測了該模型中個量的大小，若觀測個數(shù)少于必要元素的個數(shù)即，顯然無法確定該模型，即出現(xiàn)了數(shù)據(jù)不足的情況。若觀測個獨立量，則可惟一確定該模型，且不存在任何條件方程，在這種情況下，如果觀測結(jié)果中含有粗差甚至錯誤，都將無法發(fā)現(xiàn)，在測量工作中是不允許這樣做的。為了能及時發(fā)現(xiàn)粗差和錯誤，并提高測量成果的精度，就必須使，若令。式中稱為多余觀測數(shù)。一個幾何模型如果有個多余觀測，就產(chǎn)生個條件方程。由于觀測值不可避免地存在觀測誤差，由觀測值組成的上述條件方程必不能滿足。由于觀測

8、值不可避免地存在偶然誤差，當時，幾何模型中應(yīng)該滿足的個條件方程因?qū)嶋H存在閉合差而并不滿足。如何調(diào)整觀測值，即對觀測值合理地加上改正數(shù)，使其達到消除閉合差的目的，這是測量平差的主要任務(wù)。一個測量平差問題，首先要由觀測值和未知量間組成函數(shù)模型，然后采用一定的平差原則對未知量進行估計，而且這種估計要求是最優(yōu)的，最后計算和分析成果的精度。3.4.2 函數(shù)模型函數(shù)模型分為線性模型和非線性模型兩類。測量平差通常是基于線性模型的。當函數(shù)模型為非線性函數(shù)時，總是將其用泰勒公式展開，并取其一次項化為線性形式。一般而言，如果個觀測值，個必要觀測，則應(yīng)列出個條件方程，即如果條件方程為線性形式，可直接寫 （3-1）為

9、常數(shù)向量。將代入式（3-1），并令代入式（3-1）得(3-2)式（3-1），（3-2）即為條件平差的函數(shù)模型3.4.3 隨機模型對于觀測向量，隨機模型是指L的方差一協(xié)方差陣，簡稱方差陣或協(xié)方差陣。觀測向量L的方差陣為(2-3)式中Q為L的協(xié)因數(shù)陣，P為L的權(quán)陣，P與Q互為逆陣，為單位權(quán)方差。L的隨機性是由其誤差的隨機性所決定的，是隨機向量。的方差就是L的方差。式(3-3)稱為平差的隨機模型。3.4.5 測量平差的數(shù)學模型平差的數(shù)學模型與數(shù)學中解方程只考慮函數(shù)模型不同，它還要考慮隨機模型，因為帶有誤差的觀測量是一種隨機變量，所以平差的數(shù)學模型同時包含函數(shù)和隨機模型兩部分，在研究任何平差方法時必須

10、同時予以考慮，這是測量平差的主要特點。依據(jù)函數(shù)模型中給出的觀測值與未知量之間的函數(shù)關(guān)系，顧及觀測量的先驗方差和協(xié)方差，確定觀測值的協(xié)因數(shù)陣或權(quán)陣，按最小二乘原理做出未知量的最佳估值，這就是數(shù)學模型的作用。下面列出條件平差方法的數(shù)學模型、。式中。平差函數(shù)模型是用真誤差(觀測量真)和未知量真()表達的。真值是未知的，通過平差，即按最小二乘原理，可求出和的最佳估值，稱為平差值。的平差值記為，的平差值記為。定義為、，是的平差值，稱為L的改正數(shù)為的平差值，它是的改正數(shù)。4 橋梁施工控制網(wǎng)的精度估算4.1 間接平差模型的基礎(chǔ)方程和解設(shè)平差問題中有n個觀測值，觀測向量記為L，已知其協(xié)因數(shù)陣必要觀測數(shù)為t,選

11、定t個獨立量為未知參數(shù)， 其估值為， 觀測值改正數(shù)為， 平差值，按具體平差問題選定。令 （4-1） 習慣上也將或稱為未知數(shù)。對于n個觀測值，列出n個線性平差值方程（觀測值方程）令 （4-2）則平差值方程的矩陣形式為 （4-3）整理上式得誤差方程，其矩陣形式為 （4-4）按最小二乘原理，上式的必須滿足的要求。因為t 個參數(shù)為獨立量，按數(shù)學上求函數(shù)極值的方法得： （4-5）上式取轉(zhuǎn)置得 （4-6）以上所得式(4-4)和(4-5)稱為間接平差的基礎(chǔ)方程，將式(4-4)代入(4-5)中得 （4-7）令，式（4-7）可簡化為 （4-8）以上兩式稱為間接平差的法方程。式中系數(shù)陣N為正定陣，有唯一解，其解為

12、或 （4-9）將求出的代入誤差方程 (4-4) 中求得改正數(shù) V ，從而求得平差值及4.2 最小二乘法原理測量中的觀測值是服從正態(tài)分布的隨機變量，最小二乘原理可用數(shù)理統(tǒng)計中的最大似然估計來解釋，兩種估計準則的估值相同。設(shè)觀測向量為，為隨機正態(tài)向量，其數(shù)學期望和方差分別為,由最大似然估計準則知，其似然函數(shù)為 （4-2-1）或 （4-2-2）按最大似然估計的要求，應(yīng)選取能使去的極大值的作為的估計量，考慮到,為的估計量也就是以改正數(shù)作為真誤差的估計量。由于(4-2-2)式右邊第一項為常量，第二項前負號，所以只有當?shù)诙椚〉脴O小值時，似然函數(shù)才能取得極大值。因此由極大似然估計求得的值必須滿足條件。 （

13、4-2-3）考慮到,為常量，則上式等價于 （4-2-4）此即最小二乘原理。由此可見，當觀測值為正態(tài)隨機變量是，最小二乘估計可由最大似然估計導(dǎo)出，由以上兩個準則出發(fā)，平差結(jié)果完全一致。最小二乘原理中的P陣，稱為權(quán)陣，定義是。設(shè)為獨立觀測值，其權(quán)陣為，則有式中為的權(quán)導(dǎo)數(shù)或協(xié)因數(shù)，權(quán)陣及協(xié)因數(shù)陣為，如果為相關(guān)觀測值，則有協(xié)因數(shù)Q與協(xié)方差D統(tǒng)計含義相同，數(shù)值的表達式形式上僅差一個乘常量，如果，則D=Q。因為權(quán)陣由于為的權(quán)導(dǎo)數(shù)，但是，所以權(quán)陣P中的主對角元素已不再具有權(quán)的意義，P僅表示，但在運算時起著權(quán)的作用。特別地，當為同精度觀測時，則P=I，則最小二乘原理是。4.3 精度論證4.3.1水準測量的實施

14、水準網(wǎng)的圖上設(shè)計、水準點的選定、水準標石的埋設(shè)、水準測量觀測、平差計算和成果表的編制。水準網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)力求做到經(jīng)濟合理，因此，首先要對測區(qū)情況進行調(diào)查研究，搜集和分析測區(qū)已有的水準測量資料，從而擬定出比較合理的布設(shè)方案。在礦區(qū)地面高程控制測量中其水準網(wǎng)布設(shè)應(yīng)遵循以下原則：(1) 水準路線應(yīng)盡量沿坡度小的道路布設(shè)，以減弱前后視折光誤差的影響。盡量避免跨越河流、湖泊、沼澤等障礙物。(2) 水準路線若與高壓輸電線或地下電纜平行，則應(yīng)使水準路線在輸電線或電纜50m以外布設(shè)，以避免電磁場對水準測量的影響。(3) 布設(shè)首級高程控制網(wǎng)時，應(yīng)考慮到便于進一步加密。(4) 水準網(wǎng)應(yīng)盡可能布設(shè)成環(huán)形網(wǎng)或結(jié)點網(wǎng)，個別

15、情況下亦可布設(shè)成附合路線。水準點間的距離：一般地區(qū)為24km；城市建筑區(qū)和工業(yè)區(qū)為12km。(5) 應(yīng)與國家水準點進行聯(lián)測，以求得高程系統(tǒng)的統(tǒng)一。(6) 注意測區(qū)已有水準測量成果的利用。4.3.2水準測量概算在水準測量前，必須對水準測量的外業(yè)觀測數(shù)據(jù)資料進行嚴格的檢查，在確認無誤、各項限差都符合要求后，方可進行概算工作。概算的主要內(nèi)容是：計算觀測高差各項改正數(shù)和編制水準點概略高程表等。(1) 水準標尺每米長度誤差的改正數(shù)計算 水準標尺每米長度誤差對高差的影響是系統(tǒng)性質(zhì)的。根據(jù)規(guī)定，當一對水準標尺每米長度的平均誤差大于±0.02mm時，就要對觀測高差進行改正，對于一個測段的改正。改正數(shù)按式子計算：式中1m讀數(shù)的改正數(shù)，即一對標尺平均每米間隔真長與1m之差；往測或返測的高差值。(2) 正常位水準面不平行的改正在外業(yè)概算中，對三等以上的水準測量結(jié)果需要進行正常位水準面不平行改正。因為四等水準測量的路線較短，且精度要求低可不進行此項改正。改正數(shù)按計算，式中為水準測量路線中第i測段的正常水準面不平行改正數(shù)，A為常系數(shù)，當水準測量路線的緯度差不大時，常系數(shù)A可按水準測量路線緯度的中數(shù)為因數(shù)在現(xiàn)成的系數(shù)表中查取，為第i測段始末點的近似高程，以m為單位；以分為單位，和為第i測段始末點的緯度，其值可由水準點點之記或水準測量路線圖中查取