精密高程測(cè)量在工程建設(shè)中的應(yīng)用

目錄TOC\o"1-3"\h\u1011摘要 ③在相同的條件下，采用對(duì)向觀測(cè)法的測(cè)量精度最高，單向觀測(cè)法的精度最低。2.3.3精密三角高程測(cè)量觀測(cè)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題(1)在太陽(yáng)光的照射下，中午前后的一段時(shí)間內(nèi)，望遠(yuǎn)鏡成像受大氣變化影響而變化，使觀測(cè)豎直角的精度受到極大影響，最好不要在此時(shí)段進(jìn)行觀測(cè)或者縮短觀測(cè)邊長(zhǎng)；(2)觀測(cè)時(shí)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(shí)候大氣折光變化較大是不適合進(jìn)行長(zhǎng)邊觀測(cè)；(3)自動(dòng)照準(zhǔn)測(cè)量，在棱鏡前方的視野內(nèi)不能有花草、樹(shù)木、電線等障礙物；(4)視線的上空不可以有煙火，飄動(dòng)的霧團(tuán)也不能存在；(5)采用對(duì)向觀測(cè)的方法時(shí)，如果在一個(gè)測(cè)站的觀測(cè)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，那么必須重新進(jìn)行對(duì)向觀測(cè)；(6)對(duì)中桿在測(cè)段的起、終點(diǎn)控制點(diǎn)或水準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)必須要穩(wěn)定；(7)全站儀的測(cè)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(cè)量的誤差來(lái)源(1)豎直角和距離觀測(cè)的誤差豎直角的觀測(cè)誤差主要受儀器的精度和照準(zhǔn)誤差的影響，其中精密三角高程測(cè)量的誤差主要就是受觀測(cè)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(fù)雜，很難準(zhǔn)確地掌握其變化規(guī)律，一般測(cè)量中采用同時(shí)對(duì)向觀測(cè)的方法來(lái)減小其影響。在對(duì)向觀測(cè)中，大氣折射對(duì)高差的影響因子為K。對(duì)于對(duì)向觀測(cè)的兩點(diǎn)，在相同的一段時(shí)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(cè)量誤差儀器高和棱鏡高的量取可以采用鋼尺多次測(cè)量取平均值的方法來(lái)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(cè)量的應(yīng)用精密三角高程測(cè)量與幾何水準(zhǔn)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(cè)量的方法可以進(jìn)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(zhǔn)測(cè)量不容易操作的測(cè)量工作。其中在狹長(zhǎng)的帶狀形的公路控制測(cè)量工作中，水準(zhǔn)測(cè)量的工作量大，平面控制測(cè)量工作推進(jìn)速度較慢，而且穿越崇山峻嶺地區(qū)時(shí)測(cè)量結(jié)果很難達(dá)到四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度，而精密三角高程測(cè)量可以很好地解決這些問(wèn)題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，測(cè)量?jī)x器的自動(dòng)照準(zhǔn)性能得到了極大的提高，伴隨著觀測(cè)方法和觀測(cè)順序的規(guī)范化，精密三角高程測(cè)量在未來(lái)的高程測(cè)量當(dāng)中完全可以替代水準(zhǔn)測(cè)量。以下是兩個(gè)精密三角高程測(cè)量的應(yīng)用實(shí)例：（1）長(zhǎng)沙南到韶關(guān)的武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線，主要采用精密三角高程測(cè)量代替二等水準(zhǔn)測(cè)量，測(cè)量線路的長(zhǎng)度超過(guò)了400公里，測(cè)量線路穿過(guò)的地方有丘陵和山區(qū)，并且跨越了多處江河，測(cè)區(qū)的條件極其的復(fù)雜。這種測(cè)量條件下，測(cè)量的結(jié)果達(dá)到了二等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求。經(jīng)施工單位進(jìn)行二等水準(zhǔn)測(cè)量的復(fù)測(cè)，結(jié)果符合精度要求。按較差統(tǒng)計(jì)計(jì)算的每公里測(cè)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(cè)量。長(zhǎng)約64公里的測(cè)量線路，跨越兩個(gè)低谷，三個(gè)山口，總的高差變化超過(guò)了2000米。由兩個(gè)一等水準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成符合水準(zhǔn)路線的測(cè)量線路，測(cè)得的閉合差為11.9mm(限差為12mm)。[16]3精密三角高程測(cè)量與精密水準(zhǔn)相結(jié)合對(duì)在復(fù)雜的山區(qū)或者地形起伏較大的測(cè)量工作中，如果采用單一的精密水準(zhǔn)測(cè)量會(huì)使測(cè)站較短，架站越多造成的誤差積累越大，測(cè)量的結(jié)果可能會(huì)無(wú)法滿足需要，而且會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間，使測(cè)量工作的經(jīng)濟(jì)效益無(wú)法兼顧，采用精密三角高程測(cè)量與精密水準(zhǔn)測(cè)量相結(jié)合的方法可以有效地解決了這一問(wèn)題。3.1技術(shù)依據(jù)根據(jù)張正祿教授2006年在武漢大學(xué)學(xué)報(bào)上發(fā)表的《精密三角高程代替一等水準(zhǔn)測(cè)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(cè)量是可以代替一等水準(zhǔn)測(cè)量，那么精密三角高程測(cè)量代替二等水準(zhǔn)也一定也可以實(shí)現(xiàn)。所以針對(duì)復(fù)雜地區(qū)的高程控制測(cè)量提出了采用精密三角高程與精密水準(zhǔn)相結(jié)合這一方法，以向莆鐵路FJ-3A標(biāo)的控制點(diǎn)GCPⅡ64-2與FJ-5B標(biāo)的控制點(diǎn)GCPⅡ66進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量為例，進(jìn)行分析說(shuō)明。向莆鐵路地處戴云山山脈，溝壑叢生，測(cè)區(qū)條件十分復(fù)雜。其中在向莆鐵路FJ-3A標(biāo)的控制點(diǎn)GCPⅡ64-2與FJ-5B標(biāo)的控制點(diǎn)GCPⅡ66之間進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)中，受高山的阻隔使直線距離僅3.1km的兩相鄰高程點(diǎn)，要多走200多千米的路程才可以完成水準(zhǔn)測(cè)量工作。長(zhǎng)距離的水準(zhǔn)測(cè)量不但增大了測(cè)量者的勞動(dòng)強(qiáng)度、增加了測(cè)量的費(fèi)用，而且測(cè)站較多導(dǎo)致了測(cè)量精度的降低，給高程測(cè)量帶來(lái)了不小的麻煩。經(jīng)過(guò)咨詢(xún)測(cè)量專(zhuān)家，分析和研究指出：在200-1000m距離之內(nèi)，采用徠佧TCA2003全站儀，利用精密三角高程測(cè)量的方法是可以代替二等水準(zhǔn)測(cè)量。采用精密三角高程對(duì)向觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)了僅有3.8km的高程測(cè)量路線，測(cè)量成果見(jiàn)表3-1。[17]表3-1測(cè)站目標(biāo)豎直角/°′″斜距/m平距/m儀高/m鏡高/m高差/mm實(shí)測(cè)高程/m設(shè)計(jì)高程/m實(shí)測(cè)修正實(shí)測(cè)實(shí)測(cè)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(cè)段的高差較差值超過(guò)了限差規(guī)定，經(jīng)過(guò)分析研究表明造成超限的原因：造成對(duì)向觀測(cè)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(rèn)為k=0.13）無(wú)法精確選取而引起的；但是經(jīng)過(guò)對(duì)向觀測(cè)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(duì)最終的測(cè)量結(jié)果精度不會(huì)產(chǎn)生較大影響的。所以對(duì)超過(guò)測(cè)量限差的測(cè)量數(shù)據(jù)，采用同時(shí)對(duì)向觀測(cè)的方法重新再次進(jìn)行測(cè)量，只要同一側(cè)段內(nèi)對(duì)向觀測(cè)值的平均值的高差較差滿足≤的要求，那么兩組對(duì)向觀測(cè)數(shù)據(jù)的高差的較差值超過(guò)限差的問(wèn)題可以適當(dāng)降低要求。[17]對(duì)表3-1進(jìn)行數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理可得表3-2表3-2控制點(diǎn)距離/m高差/m高差改正數(shù)/mm改正后高差/m實(shí)測(cè)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(cè)量工作者對(duì)貫通后的烏口嶺隧道，進(jìn)行了隧道貫通測(cè)量，貫通的高程誤差是+2.3cm，滿足《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》中±2.5cm的限差要求，達(dá)到了預(yù)期效果。3.2改進(jìn)方法對(duì)向莆鐵路中的高程控制測(cè)量中采用精密三角高程測(cè)量與精密水準(zhǔn)相結(jié)合的方法，具體施測(cè)就是：采用精密水準(zhǔn)測(cè)量的方法對(duì)GCPⅡ64-2至ZD1、ZD6至GCPⅡ66兩段已經(jīng)進(jìn)行了精密三角高程測(cè)量的路線進(jìn)行再次測(cè)量，選取能滿足二等水準(zhǔn)測(cè)量要求的電子水準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器。據(jù)精密水準(zhǔn)測(cè)量有關(guān)技術(shù)的規(guī)范要求（表3-3）：表3-3等級(jí)項(xiàng)目視線長(zhǎng)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(cè)間歇點(diǎn)高差之差/m水準(zhǔn)路線往返側(cè)高差不符值/mm儀器類(lèi)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(hào)的數(shù)字水準(zhǔn)儀，每公里往返測(cè)量高差中誤差為±0.3mm，按二等水準(zhǔn)測(cè)量的方法在GCPⅡ64-2至ZD1、ZD6至GCPⅡ66兩段進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。然后根據(jù)觀測(cè)結(jié)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(zhǔn)測(cè)量的高差作為第二類(lèi)觀測(cè)值，精密三角高程測(cè)量的觀測(cè)值作為第一類(lèi)觀測(cè)值，把兩次觀測(cè)的高差進(jìn)行平差計(jì)算，可以以GCPⅡ64-2至ZD1、ZD6至GCPⅡ66兩段中其中一段水準(zhǔn)測(cè)量的高差，作為單位權(quán)進(jìn)行，依次求出精密三角高程測(cè)量的各段測(cè)量的高差，然后根據(jù)平差分配原則，重新再次求出各點(diǎn)的高程，可以提高各點(diǎn)的精度，而且可以縮短測(cè)量的時(shí)間，提高測(cè)量的效率。3.3不足之處精密三角高程測(cè)量的主要誤差來(lái)源包括測(cè)角誤差、測(cè)距誤差和大氣折光的影響。因此選取精度較高的全站儀進(jìn)行測(cè)量，可以提高測(cè)角、測(cè)距的精度，但是大氣折光的影響仍然是無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定出來(lái)的，因此進(jìn)一步測(cè)定大氣折光的影響，建立數(shù)學(xué)模型或者采用新的計(jì)算方法求出精確的大氣折光系數(shù)，將是精密三角高程測(cè)量應(yīng)用的必然趨勢(shì)。4結(jié)束語(yǔ)在復(fù)雜地區(qū)的高程控制測(cè)量和高程傳遞過(guò)程工作中，通過(guò)采用密水準(zhǔn)測(cè)量和精密三角高程測(cè)量精相結(jié)合的方法，可以完成測(cè)量工作，以滿足工程建設(shè)的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，測(cè)量?jī)x器的精度必然會(huì)進(jìn)一步提高，在不遠(yuǎn)的將來(lái)也許就可以更大地減小大氣條件等外界條件的影響，測(cè)量成果的精度會(huì)有不小的提高；未來(lái)也可能采用精密GPS水準(zhǔn)就可以代替二等水準(zhǔn)甚至一等水準(zhǔn)的測(cè)量工作。進(jìn)一步提高測(cè)量精度，滿足各種工程建設(shè)的需要；努力發(fā)展精密測(cè)量的智能化、自動(dòng)化，極大地減輕測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；提高觀測(cè)值的可靠性和測(cè)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(lái)測(cè)量的發(fā)展趨勢(shì)。致謝畢業(yè)論文的撰寫(xiě)已經(jīng)接近尾聲了，四年的大學(xué)生活也即將結(jié)束，我也不得不面對(duì)踏入社會(huì)工作的現(xiàn)實(shí)，心中此時(shí)有些許的感慨和不舍，那些熟悉的老師和同學(xué)，我們也將就此說(shuō)聲再見(jiàn)了。在此我想對(duì)我的母校、父母親人們、老師和同學(xué)們表示真誠(chéng)的感謝。感謝我的父母對(duì)我四年的大學(xué)的支持和關(guān)懷；感謝母校河南工程學(xué)院給我提供了一個(gè)如此良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，使我的人生增加了一筆不可多得的財(cái)富；感謝老師們認(rèn)真的教學(xué)態(tài)度，使我學(xué)會(huì)了嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)心、事實(shí)求是的學(xué)習(xí)態(tài)度；感謝同學(xué)們對(duì)我生活和學(xué)習(xí)上的熱情幫助，使我度過(guò)了一個(gè)比較不錯(cuò)的大學(xué)生活。我非常感激文睿老師在我的畢業(yè)論文寫(xiě)作過(guò)程中對(duì)我的悉心指導(dǎo)和熱情幫助，在此誠(chéng)摯的說(shuō)：“文老師謝謝您”。從論文的選題開(kāi)始，到定題，再到查閱文獻(xiàn)資料，文獻(xiàn)綜述等工作中，文老師以其一絲不茍的態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，對(duì)我們各項(xiàng)工作都給與極大的支持。寫(xiě)作過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題，通過(guò)向文老師請(qǐng)教都得到了很好的解決。論文等各種成果，經(jīng)過(guò)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(dá)到了要求。再次由衷的感謝文睿老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)和無(wú)私幫助。參考文獻(xiàn)[1]梁振英，特高精度水準(zhǔn)測(cè)量方法的研究(上)[J]，測(cè)繪通報(bào)，1992(6)[2]陳炎釗，現(xiàn)代技術(shù)與經(jīng)典方法相結(jié)合的精密高程測(cè)[J],大壩與安全，2006(zl)[3]楊俊，如何提高水準(zhǔn)測(cè)量精確度的探討[J]，城市建設(shè)理論研究，2012(1)[4]梁振英，董聞鴻，姬恒棟，精密水準(zhǔn)測(cè)量的理論和實(shí)踐[D],測(cè)繪出版社，2004,12[5]潘正風(fēng)，程效軍，成樞等，數(shù)字測(cè)圖原理與方法[M],武漢大學(xué)出版社，2009,9[6]黃騰，華錫生，岳東杰，精密GPS過(guò)江水準(zhǔn)在特大橋梁工程中的