精密高程测量在工程建设中的应用

目录TOC\o"1-3"\h\u1011摘要 ③在相同的条件下，采用对向观测法的测量精度最高，单向观测法的精度最低。2.3.3精密三角高程测量观测时应注意的问题(1)在太阳光的照射下，中午前后的一段时间内，望远镜成像受大气变化影响而变化，使观测竖直角的精度受到极大影响，最好不要在此时段进行观测或者缩短观测边长；(2)观测时间的选择决定了成像是否稳定，因此在日出或者日落的时候大气折光变化较大是不适合进行长边观测；(3)自动照准测量，在棱镜前方的视野内不能有花草、树木、电线等障碍物；(4)视线的上空不可以有烟火，飘动的雾团也不能存在；(5)采用对向观测的方法时，如果在一个测站的观测时间过长，那么必须重新进行对向观测；(6)对中杆在测段的起、终点控制点或水准点时必须要稳定；(7)全站仪的测站位置必须要选择好，以确保全站仪的稳定。[14]2.3.4精密三角高程测量的误差来源(1)竖直角和距离观测的误差竖直角的观测误差主要受仪器的精度和照准误差的影响，其中精密三角高程测量的误差主要就是受观测角误差的影响。(2)大气折射的影响大气折射系数的变化是非常复杂，很难准确地掌握其变化规律，一般测量中采用同时对向观测的方法来减小其影响。在对向观测中，大气折射对高差的影响因子为K。对于对向观测的两点，在相同的一段时刻，其折射路径大致相同，大气折射系数大致相等，相差不大于0.04。仪器高和棱镜高的测量误差仪器高和棱镜高的量取可以采用钢尺多次测量取平均值的方法来获取。垂线偏差的影响。(5)地球曲率的影响。[15]2.3.5精密三角高程测量的应用精密三角高程测量与几何水准相比较而言，它不易受地型和环境条件的制约；利用精密三角高程测量的方法可以进行一些如深山大谷、高耸建筑物、跨越宽阔的江河水面、高边坡等常规几何水准测量不容易操作的测量工作。其中在狭长的带状形的公路控制测量工作中，水准测量的工作量大，平面控制测量工作推进速度较慢，而且穿越崇山峻岭地区时测量结果很难达到四等水准测量的精度，而精密三角高程测量可以很好地解决这些问题。随着科学技术的发展，测量仪器的自动照准性能得到了极大的提高，伴随着观测方法和观测顺序的规范化，精密三角高程测量在未来的高程测量当中完全可以替代水准测量。以下是两个精密三角高程测量的应用实例：（1）长沙南到韶关的武广铁路客运专线，主要采用精密三角高程测量代替二等水准测量，测量线路的长度超过了400公里，测量线路穿过的地方有丘陵和山区，并且跨越了多处江河，测区的条件极其的复杂。这种测量条件下，测量的结果达到了二等水准测量的精度要求。经施工单位进行二等水准测量的复测，结果符合精度要求。按较差统计计算的每公里测量的高差中误差为1.9mm(限差为2mm)。[16](2)大瑶山采用精密三角高程测量。长约64公里的测量线路，跨越两个低谷，三个山口，总的高差变化超过了2000米。由两个一等水准点构成符合水准路线的测量线路，测得的闭合差为11.9mm(限差为12mm)。[16]3精密三角高程测量与精密水准相结合对在复杂的山区或者地形起伏较大的测量工作中，如果采用单一的精密水准测量会使测站较短，架站越多造成的误差积累越大，测量的结果可能会无法满足需要，而且会浪费很多时间，使测量工作的经济效益无法兼顾，采用精密三角高程测量与精密水准测量相结合的方法可以有效地解决了这一问题。3.1技术依据根据张正禄教授2006年在武汉大学学报上发表的《精密三角高程代替一等水准测量的研究》一文，我们可以得出：在一定条件下，采用精密三角高程测量是可以代替一等水准测量，那么精密三角高程测量代替二等水准也一定也可以实现。所以针对复杂地区的高程控制测量提出了采用精密三角高程与精密水准相结合这一方法，以向莆铁路FJ-3A标的控制点GCPⅡ64-2与FJ-5B标的控制点GCPⅡ66进行联合测量为例，进行分析说明。向莆铁路地处戴云山山脉，沟壑丛生，测区条件十分复杂。其中在向莆铁路FJ-3A标的控制点GCPⅡ64-2与FJ-5B标的控制点GCPⅡ66之间进行水准联测中，受高山的阻隔使直线距离仅3.1km的两相邻高程点，要多走200多千米的路程才可以完成水准测量工作。长距离的水准测量不但增大了测量者的劳动强度、增加了测量的费用，而且测站较多导致了测量精度的降低，给高程测量带来了不小的麻烦。经过咨询测量专家，分析和研究指出：在200-1000m距离之内，采用徕佧TCA2003全站仪，利用精密三角高程测量的方法是可以代替二等水准测量。采用精密三角高程对向观测，实现了仅有3.8km的高程测量路线，测量成果见表3-1。[17]表3-1测站目标竖直角/°′″斜距/m平距/m仪高/m镜高/m高差/mm实测高程/m设计高程/m实测修正实测实测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：一些测段的高差较差值超过了限差规定，经过分析研究表明造成超限的原因：造成对向观测的高差较差值超限的原因主要是由于大气折光系数（仪器一般默认为k=0.13）无法精确选取而引起的；但是经过对向观测的高差值取平均值后基本上可以消除球气差的误差影响，对最终的测量结果精度不会产生较大影响的。所以对超过测量限差的测量数据，采用同时对向观测的方法重新再次进行测量，只要同一侧段内对向观测值的平均值的高差较差满足≤的要求，那么两组对向观测数据的高差的较差值超过限差的问题可以适当降低要求。[17]对表3-1进行数据进一步处理可得表3-2表3-2控制点距离/m高差/m高差改正数/mm改正后高差/m实测高程/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，测量工作者对贯通后的乌口岭隧道，进行了隧道贯通测量，贯通的高程误差是+2.3cm，满足《高速铁路工程测量规范》中±2.5cm的限差要求，达到了预期效果。3.2改进方法对向莆铁路中的高程控制测量中采用精密三角高程测量与精密水准相结合的方法，具体施测就是：采用精密水准测量的方法对GCPⅡ64-2至ZD1、ZD6至GCPⅡ66两段已经进行了精密三角高程测量的路线进行再次测量，选取能满足二等水准测量要求的电子水准测量仪器。据精密水准测量有关技术的规范要求（表3-3）：表3-3等级项目视线长度前后视距差/m前后视距差积累/m视线高度/m基、辅分划读数之差/mm基、辅读数所得之差/mm上下丝读数均值与中丝读数之差/mm检测间歇点高差之差/m水准路线往返侧高差不符值/mm仪器类型视距/m视线大于20m视线小于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根据表3-3可得出，采用天宝Dini03型号的数字水准仪，每公里往返测量高差中误差为±0.3mm，按二等水准测量的方法在GCPⅡ64-2至ZD1、ZD6至GCPⅡ66两段进行水准测量。然后根据观测结果求出ZD1、ZD6的高程以及GCPⅡ64-2至ZD1、ZD6至GCPⅡ66两段的高差，把水准测量的高差作为第二类观测值，精密三角高程测量的观测值作为第一类观测值，把两次观测的高差进行平差计算，可以以GCPⅡ64-2至ZD1、ZD6至GCPⅡ66两段中其中一段水准测量的高差，作为单位权进行，依次求出精密三角高程测量的各段测量的高差，然后根据平差分配原则，重新再次求出各点的高程，可以提高各点的精度，而且可以缩短测量的时间，提高测量的效率。3.3不足之处精密三角高程测量的主要误差来源包括测角误差、测距误差和大气折光的影响。因此选取精度较高的全站仪进行测量，可以提高测角、测距的精度，但是大气折光的影响仍然是无法进行准确测定出来的，因此进一步测定大气折光的影响，建立数学模型或者采用新的计算方法求出精确的大气折光系数，将是精密三角高程测量应用的必然趋势。4结束语在复杂地区的高程控制测量和高程传递过程工作中，通过采用密水准测量和精密三角高程测量精相结合的方法，可以完成测量工作，以满足工程建设的要求。随着科学技术的发展，测量仪器的精度必然会进一步提高，在不远的将来也许就可以更大地减小大气条件等外界条件的影响，测量成果的精度会有不小的提高；未来也可能采用精密GPS水准就可以代替二等水准甚至一等水准的测量工作。进一步提高测量精度，满足各种工程建设的需要；努力发展精密测量的智能化、自动化，极大地减轻测量人员的劳动强度；提高观测值的可靠性和测量系统的稳定性；研究合宜的数据处理方法等是未来测量的发展趋势。致谢毕业论文的撰写已经接近尾声了，四年的大学生活也即将结束，我也不得不面对踏入社会工作的现实，心中此时有些许的感慨和不舍，那些熟悉的老师和同学，我们也将就此说声再见了。在此我想对我的母校、父母亲人们、老师和同学们表示真诚的感谢。感谢我的父母对我四年的大学的支持和关怀；感谢母校河南工程学院给我提供了一个如此良好的学习环境，使我的人生增加了一笔不可多得的财富；感谢老师们认真的教学态度，使我学会了严谨、细心、事实求是的学习态度；感谢同学们对我生活和学习上的热情帮助，使我度过了一个比较不错的大学生活。我非常感激文睿老师在我的毕业论文写作过程中对我的悉心指导和热情帮助，在此诚挚的说：“文老师谢谢您”。从论文的选题开始，到定题，再到查阅文献资料，文献综述等工作中，文老师以其一丝不苟的态度，严谨的作风，对我们各项工作都给与极大的支持。写作过程中遇到的各种问题，通过向文老师请教都得到了很好的解决。论文等各种成果，经过文老师的审阅和很多非常重要的建议，多次修改总算基本达到了要求。再次由衷的感谢文睿老师对我的悉心指导和无私帮助。参考文献[1]梁振英，特高精度水准测量方法的研究(上)[J]，测绘通报，1992(6)[2]陈炎钊，现代技术与经典方法相结合的精密高程测[J],大坝与安全，2006(zl)[3]杨俊，如何提高水准测量精确度的探讨[J]，城市建设理论研究，2012(1)[4]梁振英，董闻鸿，姬恒栋，精密水准测量的理论和实践[D],测绘出版社，2004,12[5]潘正风，程效军，成枢等，数字测图原理与方法[M],武汉大学出版社，2009,9[6]黄腾，华锡生，岳东杰，精密GPS过江水准在特大桥梁工程中的