精密高程測量在工程建設中的應用

目錄TOC\o"1-3"\h\u1011摘要 ③在相同的條件下，采用對向觀測法的測量精度最高，單向觀測法的精度最低。2.3.3精密三角高程測量觀測時應注意的問題(1)在太陽光的照射下，中午前后的一段時間內，望遠鏡成像受大氣變化影響而變化，使觀測豎直角的精度受到極大影響，最好不要在此時段進行觀測或者縮短觀測邊長；(2)觀測時間的選擇決定了成像是否穩(wěn)定，因此在日出或者日落的時候大氣折光變化較大是不適合進行長邊觀測；(3)自動照準測量，在棱鏡前方的視野內不能有花草、樹木、電線等障礙物；(4)視線的上空不可以有煙火，飄動的霧團也不能存在；(5)采用對向觀測的方法時，如果在一個測站的觀測時間過長，那么必須重新進行對向觀測；(6)對中桿在測段的起、終點控制點或水準點時必須要穩(wěn)定；(7)全站儀的測站位置必須要選擇好，以確保全站儀的穩(wěn)定。[14]2.3.4精密三角高程測量的誤差來源(1)豎直角和距離觀測的誤差豎直角的觀測誤差主要受儀器的精度和照準誤差的影響，其中精密三角高程測量的誤差主要就是受觀測角誤差的影響。(2)大氣折射的影響大氣折射系數(shù)的變化是非常復雜，很難準確地掌握其變化規(guī)律，一般測量中采用同時對向觀測的方法來減小其影響。在對向觀測中，大氣折射對高差的影響因子為K。對于對向觀測的兩點，在相同的一段時刻，其折射路徑大致相同，大氣折射系數(shù)大致相等，相差不大于0.04。儀器高和棱鏡高的測量誤差儀器高和棱鏡高的量取可以采用鋼尺多次測量取平均值的方法來獲取。垂線偏差的影響。(5)地球曲率的影響。[15]2.3.5精密三角高程測量的應用精密三角高程測量與幾何水準相比較而言，它不易受地型和環(huán)境條件的制約；利用精密三角高程測量的方法可以進行一些如深山大谷、高聳建筑物、跨越寬闊的江河水面、高邊坡等常規(guī)幾何水準測量不容易操作的測量工作。其中在狹長的帶狀形的公路控制測量工作中，水準測量的工作量大，平面控制測量工作推進速度較慢，而且穿越崇山峻嶺地區(qū)時測量結果很難達到四等水準測量的精度，而精密三角高程測量可以很好地解決這些問題。隨著科學技術的發(fā)展，測量儀器的自動照準性能得到了極大的提高，伴隨著觀測方法和觀測順序的規(guī)范化，精密三角高程測量在未來的高程測量當中完全可以替代水準測量。以下是兩個精密三角高程測量的應用實例：（1）長沙南到韶關的武廣鐵路客運專線，主要采用精密三角高程測量代替二等水準測量，測量線路的長度超過了400公里，測量線路穿過的地方有丘陵和山區(qū)，并且跨越了多處江河，測區(qū)的條件極其的復雜。這種測量條件下，測量的結果達到了二等水準測量的精度要求。經(jīng)施工單位進行二等水準測量的復測，結果符合精度要求。按較差統(tǒng)計計算的每公里測量的高差中誤差為1.9mm(限差為2mm)。[16](2)大瑤山采用精密三角高程測量。長約64公里的測量線路，跨越兩個低谷，三個山口，總的高差變化超過了2000米。由兩個一等水準點構成符合水準路線的測量線路，測得的閉合差為11.9mm(限差為12mm)。[16]3精密三角高程測量與精密水準相結合對在復雜的山區(qū)或者地形起伏較大的測量工作中，如果采用單一的精密水準測量會使測站較短，架站越多造成的誤差積累越大，測量的結果可能會無法滿足需要，而且會浪費很多時間，使測量工作的經(jīng)濟效益無法兼顧，采用精密三角高程測量與精密水準測量相結合的方法可以有效地解決了這一問題。3.1技術依據(jù)根據(jù)張正祿教授2006年在武漢大學學報上發(fā)表的《精密三角高程代替一等水準測量的研究》一文，我們可以得出：在一定條件下，采用精密三角高程測量是可以代替一等水準測量，那么精密三角高程測量代替二等水準也一定也可以實現(xiàn)。所以針對復雜地區(qū)的高程控制測量提出了采用精密三角高程與精密水準相結合這一方法，以向莆鐵路FJ-3A標的控制點GCPⅡ64-2與FJ-5B標的控制點GCPⅡ66進行聯(lián)合測量為例，進行分析說明。向莆鐵路地處戴云山山脈，溝壑叢生，測區(qū)條件十分復雜。其中在向莆鐵路FJ-3A標的控制點GCPⅡ64-2與FJ-5B標的控制點GCPⅡ66之間進行水準聯(lián)測中，受高山的阻隔使直線距離僅3.1km的兩相鄰高程點，要多走200多千米的路程才可以完成水準測量工作。長距離的水準測量不但增大了測量者的勞動強度、增加了測量的費用，而且測站較多導致了測量精度的降低，給高程測量帶來了不小的麻煩。經(jīng)過咨詢測量專家，分析和研究指出：在200-1000m距離之內，采用徠佧TCA2003全站儀，利用精密三角高程測量的方法是可以代替二等水準測量。采用精密三角高程對向觀測，實現(xiàn)了僅有3.8km的高程測量路線，測量成果見表3-1。[17]表3-1測站目標豎直角/°′″斜距/m平距/m儀高/m鏡高/m高差/mm實測高程/m設計高程/m實測修正實測實測GCPⅡ64-2ZD1-03920412.668412.6411.5621.5591.4861.483-4.6319254.5321254.5321ZD1GCPⅡ64-203952412.672412.6441.4671.4641.6391.6374.6279249.9022ZD1ZD2131936428.363416.8221.4671.4641.3931.39098.8267ZD2ZD1-132030428.386416.8301.5151.5121.5091.506-98.8329348.7320ZD2ZD3125316510.311497.4491.5151.5121.4681.465113.8898ZD3ZD2-125335510.311497.4541.4541.4511.5101.507-113.9026462.6282ZD3ZD4195951187.054175.7741.4541.4511.3821.37964.0435ZD4ZD3-195912187.037175.7741.4411.4381.5671.564-64.0534526.6767ZD4ZD5084313351.061347.0001.4411.4381.5121.50953.1633ZD5ZD4-084204351.039347.0021.431.4261.5081.505-53.1739579.8453ZD5ZD6-024625859.731858.7291.431.4261.4201.417-41.5260ZD6ZD5024614859.735858.7251.461.4571.5471.54441.5299538.3124ZD6GCPⅡ660139581172.3321171.8301.4711.4681.6601.65834.0095GCPⅡ66ZD6-0140151172.3351171.8421.6051.6021.5081.505-33.9746572.3044572.2990由表3-1中，可以得出：一些測段的高差較差值超過了限差規(guī)定，經(jīng)過分析研究表明造成超限的原因：造成對向觀測的高差較差值超限的原因主要是由于大氣折光系數(shù)（儀器一般默認為k=0.13）無法精確選取而引起的；但是經(jīng)過對向觀測的高差值取平均值后基本上可以消除球氣差的誤差影響，對最終的測量結果精度不會產(chǎn)生較大影響的。所以對超過測量限差的測量數(shù)據(jù)，采用同時對向觀測的方法重新再次進行測量，只要同一側段內對向觀測值的平均值的高差較差滿足≤的要求，那么兩組對向觀測數(shù)據(jù)的高差的較差值超過限差的問題可以適當降低要求。[17]對表3-1進行數(shù)據(jù)進一步處理可得表3-2表3-2控制點距離/m高差/m高差改正數(shù)/mm改正后高差/m實測高程/m改正后高程/mGCPⅡ64-2412.670-4.6299-1.1-4.6310254.5321254.5321ZD1249.9022249.9011428.37498.8298-1.198.8287ZD2348.7320348.7298510.311113.8962-1.3113.8949ZD3462.6282462.6247187.04664.0484-0.564.0479ZD4526.6767526.6726351.04553.1686-0.953.1677ZD5579.8453579.8403859.733-41.5280-2.3-41.5303ZD6538.3124538.31001172.33433.9920-3.133.9889GCPⅡ66572.3044572.2989∑3921.512317.7772-10.3317.76692011年11月15日，測量工作者對貫通后的烏口嶺隧道，進行了隧道貫通測量，貫通的高程誤差是+2.3cm，滿足《高速鐵路工程測量規(guī)范》中±2.5cm的限差要求，達到了預期效果。3.2改進方法對向莆鐵路中的高程控制測量中采用精密三角高程測量與精密水準相結合的方法，具體施測就是：采用精密水準測量的方法對GCPⅡ64-2至ZD1、ZD6至GCPⅡ66兩段已經(jīng)進行了精密三角高程測量的路線進行再次測量，選取能滿足二等水準測量要求的電子水準測量儀器。據(jù)精密水準測量有關技術的規(guī)范要求（表3-3）：表3-3等級項目視線長度前后視距差/m前后視距差積累/m視線高度/m基、輔分劃讀數(shù)之差/mm基、輔讀數(shù)所得之差/mm上下絲讀數(shù)均值與中絲讀數(shù)之差/mm檢測間歇點高差之差/m水準路線往返側高差不符值/mm儀器類型視距/m視線大于20m視線小于20m一等DS05≤35≤0.5≤1.5≥0.8≥0.5≤0.3≤0.5≤3.0≤0.7二等DS1≤50≤1.0≤3.0≥0.5≥0.3≤0.5≤0.7≤3.0≤1.0DS05≤60根據(jù)表3-3可得出，采用天寶Dini03型號的數(shù)字水準儀，每公里往返測量高差中誤差為±0.3mm，按二等水準測量的方法在GCPⅡ64-2至ZD1、ZD6至GCPⅡ66兩段進行水準測量。然后根據(jù)觀測結果求出ZD1、ZD6的高程以及GCPⅡ64-2至ZD1、ZD6至GCPⅡ66兩段的高差，把水準測量的高差作為第二類觀測值，精密三角高程測量的觀測值作為第一類觀測值，把兩次觀測的高差進行平差計算，可以以GCPⅡ64-2至ZD1、ZD6至GCPⅡ66兩段中其中一段水準測量的高差，作為單位權進行，依次求出精密三角高程測量的各段測量的高差，然后根據(jù)平差分配原則，重新再次求出各點的高程，可以提高各點的精度，而且可以縮短測量的時間，提高測量的效率。3.3不足之處精密三角高程測量的主要誤差來源包括測角誤差、測距誤差和大氣折光的影響。因此選取精度較高的全站儀進行測量，可以提高測角、測距的精度，但是大氣折光的影響仍然是無法進行準確測定出來的，因此進一步測定大氣折光的影響，建立數(shù)學模型或者采用新的計算方法求出精確的大氣折光系數(shù)，將是精密三角高程測量應用的必然趨勢。4結束語在復雜地區(qū)的高程控制測量和高程傳遞過程工作中，通過采用密水準測量和精密三角高程測量精相結合的方法，可以完成測量工作，以滿足工程建設的要求。隨著科學技術的發(fā)展，測量儀器的精度必然會進一步提高，在不遠的將來也許就可以更大地減小大氣條件等外界條件的影響，測量成果的精度會有不小的提高；未來也可能采用精密GPS水準就可以代替二等水準甚至一等水準的測量工作。進一步提高測量精度，滿足各種工程建設的需要；努力發(fā)展精密測量的智能化、自動化，極大地減輕測量人員的勞動強度；提高觀測值的可靠性和測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性；研究合宜的數(shù)據(jù)處理方法等是未來測量的發(fā)展趨勢。致謝畢業(yè)論文的撰寫已經(jīng)接近尾聲了，四年的大學生活也即將結束，我也不得不面對踏入社會工作的現(xiàn)實，心中此時有些許的感慨和不舍，那些熟悉的老師和同學，我們也將就此說聲再見了。在此我想對我的母校、父母親人們、老師和同學們表示真誠的感謝。感謝我的父母對我四年的大學的支持和關懷；感謝母校河南工程學院給我提供了一個如此良好的學習環(huán)境，使我的人生增加了一筆不可多得的財富；感謝老師們認真的教學態(tài)度，使我學會了嚴謹、細心、事實求是的學習態(tài)度；感謝同學們對我生活和學習上的熱情幫助，使我度過了一個比較不錯的大學生活。我非常感激文睿老師在我的畢業(yè)論文寫作過程中對我的悉心指導和熱情幫助，在此誠摯的說：“文老師謝謝您”。從論文的選題開始，到定題，再到查閱文獻資料，文獻綜述等工作中，文老師以其一絲不茍的態(tài)度，嚴謹?shù)淖黠L，對我們各項工作都給與極大的支持。寫作過程中遇到的各種問題，通過向文老師請教都得到了很好的解決。論文等各種成果，經(jīng)過文老師的審閱和很多非常重要的建議，多次修改總算基本達到了要求。再次由衷的感謝文睿老師對我的悉心指導和無私幫助。參考文獻[1]梁振英，特高精度水準測量方法的研究(上)[J]，測繪通報，1992(6)[2]陳炎釗，現(xiàn)代技術與經(jīng)典方法相結合的精密高程測[J],大壩與安全，2006(zl)[3]楊俊，如何提高水準測量精確度的探討[J]，城市建設理論研究，2012(1)[4]梁振英，董聞鴻，姬恒棟，精密水準測量的理論和實踐[D],測繪出版社，2004,12[5]潘正風，程效軍，成樞等，數(shù)字測圖原理與方法[M],武漢大學出版社，2009,9[6]黃騰，華錫生，岳東杰，精密GPS過江水準在特大橋梁工程中的