核電測量數(shù)據(jù)處理方法的選擇

核電測量數(shù)據(jù)處理方法的選擇

隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，對能源的需求越來越大。核電,集清潔、環(huán)保、高效等優(yōu)良特性于一體,核電站的建設(shè)已經(jīng)成為能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的重要組成部分。在測量方面,為滿足核電建設(shè)不同時期工程進度需求,一般分階段建立首級、次級與微網(wǎng)等三級測量控制網(wǎng),以保證核電總體建設(shè)過程中的定位與監(jiān)測精度:1)首級網(wǎng)主要用于整個核電廠區(qū)的定位,一般由6～8個點構(gòu)成,點位精度一般要求不超過2cm;2)次級網(wǎng)分布在核電主要廠房(NI&CI)周圍,一般由8～12個點構(gòu)成,用于對其進行施工定位及施工過程中的變形監(jiān)測,點位精度一般要求不超過±2mm;3)微網(wǎng)布設(shè)在各功能區(qū)廠房的底層底板上,隨功能區(qū)的大小及結(jié)構(gòu)而定,一般由10～20個點構(gòu)成,主要用于相應(yīng)廠房內(nèi)部結(jié)構(gòu)的定位控制與變形監(jiān)測的依據(jù)。點位精度一般要求達到不超過±2mm。核電建設(shè)由于其選址的特殊性(安全及發(fā)電本身的要求),建設(shè)用地情況復(fù)雜,一般都會涉及到廠址山體爆破、局部填海等特殊工藝,現(xiàn)場施工情況復(fù)雜,施工周期長,對核電施工測量提出了更高的要求。本文針對核電測量這一特殊領(lǐng)域,就核電建設(shè)不同階段測量平差模型的正確選擇,提出了自己的觀點。實踐表明,合理選擇數(shù)據(jù)處理的平差模型,可提高平差成果的精度,而且提高了觀測成果的使用效率。1控制網(wǎng)基本函數(shù)與常規(guī)測量一樣,核電測量數(shù)據(jù)處理所涉及的模型主要包括如下三種:1)經(jīng)典平差函數(shù)模型:該模型假定平差網(wǎng)具有足夠的起算數(shù)據(jù),利用觀測元素(為提高核電數(shù)據(jù)處理的可靠性,各級控制網(wǎng)的觀測,通常要觀測各測站點間所有通視的邊和方向值,下同)按經(jīng)典網(wǎng)平差。其函數(shù)模型:其中,R(B)=t,為列滿秩。2)擬穩(wěn)平差函數(shù)模型:其中,系數(shù)矩陣秩虧,R(A)=r,秩虧數(shù)為d。3)自由網(wǎng)平差的函數(shù)模型:其中,系數(shù)矩陣秩虧,R(A)=r,秩虧數(shù)為d。4)上述三種平差方法的隨機模型:2從工程管理的過程過程中分工程測量是核電施工過程中的一個重要組成部分,從工程設(shè)計初的地形測量、建設(shè)過程中控制測量、施工定位,一直到工程運行整個生命周期內(nèi)的變形監(jiān)測,測量貫穿核電建設(shè)的全過程。2.1經(jīng)典平差處理分在核電建設(shè)初期,工程測量的主要目的是滿足廠區(qū)的初步定位,建筑紅線邊界與拆遷范圍的確定等需要,對控制點的精度要求不高,只是控制網(wǎng)的覆蓋范圍較大。該控制網(wǎng)即為核電建設(shè)過程中的首級測量控制網(wǎng)。毫無疑問,首級控制網(wǎng)只能采用經(jīng)典的平差處理方法,即利用先前國家或地區(qū)的已知控制點作為測量計算基準。當然,在具體利用的過程中,要進行已知控制點成果必要的換算和檢核,以確認其可靠性。如果國家或地方控制成果,經(jīng)過一定的換算處理后,發(fā)現(xiàn)與當前高精度測量成果不完全吻合時,也可只用其中一個點的坐標成果及該點到另一個控制點的計算方位作已知方位,按經(jīng)典自由網(wǎng)平差的方法進行。對已有成果這樣處理,一方面滿足了整個核電測量控制網(wǎng)與國家或地方坐標系下的一致性,又顧及了測量技術(shù)與手段發(fā)展的新成就,從而使已有測量成果的運用達到了最大限度的優(yōu)化。2.2聯(lián)測與次級網(wǎng)點通視隨著核電主體工程的正式開工,為滿足核電主要廠房及重要設(shè)備準確定位的需要,要求建立高精度的次級網(wǎng)。次級網(wǎng)的作用,一方面要滿足上述需要,另一方面,它也是整個核電站變形監(jiān)測的依據(jù),故次級網(wǎng)在核電測量中具體特別重要的意義。次級網(wǎng)初始坐標的獲得,與首級控制網(wǎng)相似。即聯(lián)測與次級網(wǎng)點通視的各首級網(wǎng)點,計算時,可以首級網(wǎng)的一點坐標與一條邊的方位角為配置元素,按經(jīng)典網(wǎng)平差方法處理。這樣做,既保證了首級網(wǎng)與次級網(wǎng)的一致性,又不損失次級網(wǎng)本身區(qū)別于首級網(wǎng)的高精度。隨著施工的繼續(xù)進行,次級網(wǎng)不可避免地會受到周圍環(huán)境的干擾,需要對次級網(wǎng)點定期作變形監(jiān)測。變形監(jiān)測的目的,一方面是為了發(fā)現(xiàn)周圍施工等多種干擾對次級網(wǎng)穩(wěn)定性的影響程度,更主要的是為了得到次級網(wǎng)點的真實坐標,可以繼續(xù)發(fā)揮控制網(wǎng)本身的作用。對次級網(wǎng)作變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理時,傳統(tǒng)的做法,是假定網(wǎng)中有部分穩(wěn)定點存在,然后以此作為次級網(wǎng)坐標計算的基準。針對核電建設(shè)具體實際,文獻提出了利用擬穩(wěn)平差對次級網(wǎng)的觀測成果進行數(shù)據(jù)處理。在對次級網(wǎng)點本身及以此確定核電外圍廠房的變形情況時,該方法被證實非常有效。2.3觀測成果的處理對核電站各功能區(qū)廠房內(nèi)部進行變形監(jiān)測時,擬穩(wěn)平差將不再有效。原因:各功能區(qū)廠房結(jié)構(gòu)相似,受周圍施工等影響相同,廠房內(nèi)部微網(wǎng)點再區(qū)分出相對穩(wěn)定點與變化點不再現(xiàn)實。之前的數(shù)據(jù)處理方法,仍然采用經(jīng)典處理方法,即人為假定其中兩點是不變的,而以該網(wǎng)內(nèi)部的觀測數(shù)據(jù)進行計算,得到的是強制符合于該兩假定點的最終測量成果,并以此作為衡量變形值的依據(jù)。針對核電廠房內(nèi)的具體實際,筆者提出了用完全自由網(wǎng)平差處理其中的觀測成果,在實際工程中,得到了較好的效果,一方面它克服了因人為假定固定點的隨機性,另一方面,也提高了觀測成果處理后的質(zhì)量。以國內(nèi)某核電站2號反應(yīng)堆變形監(jiān)測為例,對同一組變形監(jiān)測數(shù)據(jù),分別采用兩種不同的平差模型進行處理,可以佐證上面的結(jié)論。3經(jīng)典平差方法對比圖1為國內(nèi)某核電站2號反應(yīng)堆廠房微網(wǎng)控制點布置簡圖。其中,反應(yīng)堆中心至筒身內(nèi)壁鋼襯里之間的距離為17.5m,點位設(shè)置在如圖所示的反應(yīng)堆環(huán)廊底板上,以反應(yīng)堆中心為圓心,以17m為半徑,每隔18°基本呈均勻分布,共計20個點,編號從RX101～RX120。筆者對該反應(yīng)堆微網(wǎng)的一組變形觀測數(shù)據(jù),分別利用經(jīng)典平差與自由網(wǎng)平差進行處理,結(jié)果如下:1)采用經(jīng)典平差方法以RX101、RX110為已知點,用經(jīng)典平差方法,各點X、Y及點位中誤差與坐標改正數(shù)(相對初始坐標值,下同)計算成果如表1。2)不假定已知點和已知方向,按完全自由網(wǎng)平差計算,相應(yīng)計算成果如表2。2)不假定已知點和已知方向,按完全自由網(wǎng)平差計算,相應(yīng)計算成果如表2。表1、表2分別是按經(jīng)典平差方法和秩虧自由網(wǎng)平差計算結(jié)果。比較表1與表2中數(shù)據(jù),可以發(fā)現(xiàn):1)點的絕對精度指標方面:用自由網(wǎng)平差,平均點位精度相對經(jīng)典平差,提高71.9%(1.1/1.53×100%),精度有了較為明顯的改善。2)各點點位中誤差的表現(xiàn)規(guī)律方面:用經(jīng)典平差時,點位誤差大小受假定基準點的影響非常明顯,即離假定的基準點越近,其精度越高;而在自由網(wǎng)計算成果中,由于不再假定固定的起算數(shù)據(jù),各點誤差大小均勻,沒有受到人為因素的干擾。3)在反映出的點位變化合理性方面:釆用經(jīng)典平差時,點位變化大小明顯受到平差限制條件影響,即離兩個被視作位置不變的“穩(wěn)定點”越遠,其位移越大;用自由網(wǎng)平差時,點位變形則完全表現(xiàn)出一種隨機性,各點位移動的大小和方向不受主觀認定條件的干擾,因而更加符合工程實際。因為,在RX內(nèi)部,微網(wǎng)所有各點所在位置附近,建筑構(gòu)造相似,受外界施工干擾等因素的影響相同,基本上可以排除點位移動出現(xiàn)系統(tǒng)性變化的可能;另外,RX廠房的設(shè)計,也肯定會顧及建筑本身的整體(一致)性,因而不太會出現(xiàn)局部異常變形,否則由此而造成的核泄露,其影響將是災(zāi)難性的。4測量數(shù)據(jù)處理模型核電建設(shè)日益成為我國能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的重要組成部分。但目前核電測量數(shù)據(jù)處理大都處在用單一經(jīng)典平差的傳統(tǒng)做法上。筆者結(jié)合自身核電測量建設(shè)多年經(jīng)驗,及傳統(tǒng)方法在實踐中產(chǎn)生的局限性,提出了根據(jù)核電建設(shè)不同階段,