蔡習(xí)文，伍 博，舒 適

（1.長江巖土工程總公司（武漢），湖北 武漢 430010）

基于可靠性準(zhǔn)則的施工控制網(wǎng)優(yōu)化

蔡習(xí)文1，伍 博1，舒 適1

（1.長江巖土工程總公司（武漢），湖北 武漢 430010）

以漢江孤山水利樞紐首級施工控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計為例，提出了一種基于觀測值內(nèi)部可靠性指標(biāo)的工程控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計方法。該方法在本質(zhì)上屬于模擬法，但增加可靠性指標(biāo)后，具有量化的優(yōu)化設(shè)計準(zhǔn)則，不以人的知識和經(jīng)驗為轉(zhuǎn)移，優(yōu)化結(jié)果既具有一致性，也不失嚴(yán)密性。此方法對類似工程項目具有借鑒意義。

施工控制網(wǎng)；可靠性指標(biāo)；優(yōu)化設(shè)計；精度分析

漢江孤山水利樞紐首級控制網(wǎng)是整個水利樞紐工程在設(shè)計、施工、運營、監(jiān)測等階段的控制基準(zhǔn)，其成果的精度和準(zhǔn)確性對整個水利樞紐建設(shè)具有十分重要的意義。

1 控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計

1.1 平面控制網(wǎng)

根據(jù)規(guī)范[1]及設(shè)計要求，漢江孤山水利樞紐首級平面控制網(wǎng)設(shè)計為二等邊角網(wǎng)，通過優(yōu)化設(shè)計和實地選點，選出了由8個點構(gòu)成的網(wǎng)形，在此基礎(chǔ)上通過網(wǎng)點的精度估算、可靠性分析對觀測方案進行優(yōu)化設(shè)計。圖1為初始方案。

1.1.1 控制網(wǎng)的內(nèi)部可靠性和性質(zhì)

對于施工控制網(wǎng)來說，由間接觀測平差模型（l，Ax，σ02P-1）可得觀測值的可靠性ri=（QvvP）ii[2]，且滿足

式中,ω0為非中心參數(shù)；n為觀測值個數(shù)；t為必要觀測值個數(shù) ；ri為觀測值li的多余觀測分量；r為網(wǎng)的多余觀測數(shù)；ri可以反映控制網(wǎng)發(fā)現(xiàn)觀測值li（中誤差為σi）中粗差的能力。ri愈大，能發(fā)現(xiàn)li中粗差的下界值?0li愈小；或?qū)ν淮植睿瑱z驗功率愈大。

觀測值相互獨立時，有：

1.1.2 觀測方案優(yōu)化設(shè)計

在網(wǎng)形基本確定的情況下，對初始觀測方案進行平差計算，對精度、可靠性進行分析，首先確定觀測精度是否合理，若不合理，則需作適當(dāng)調(diào)整。在觀測值精度基本合理的基礎(chǔ)上，基于觀測值內(nèi)部可靠性指標(biāo)按從“密”到“疏”的策略進行網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計[3]。具體方法是先確定一個恰當(dāng)?shù)膔i0值，再按計算n0，根據(jù)差值（n-n0）確定應(yīng)刪去的觀測值個數(shù)nq，對計算的觀測值多余觀測分量按從小到大的順序排列，刪去nd個多余觀測分量較大的觀測值，然后重新作觀測值模擬計算。如觀測值精度選擇恰當(dāng)，僅作1～2 次迭代計算即可得到優(yōu)化設(shè)計方案。根據(jù)上述計算方法，全網(wǎng)方向觀測優(yōu)化后減少了10個角，相對于優(yōu)化前工作量節(jié)省了25%；距離觀測優(yōu)化后減少了10條邊，相對于優(yōu)化前的工作量節(jié)省了25%。優(yōu)化后可靠性因子及網(wǎng)點點位精度估算見表1、2。優(yōu)化后的方案如圖2。

從表1、2可知，最小的多余觀測分量為0.5，表明優(yōu)化后的控制網(wǎng)可靠性指標(biāo)很好。從表3可知，優(yōu)化后的控制網(wǎng)最弱點的點位中誤差為1.6 mm，滿足規(guī)范要求。

表1 方向觀測值可靠性因子

表2 測邊觀測值可靠性因子

表3 點位精度估算/mm

圖2 優(yōu)化方案

1.2 高程控制網(wǎng)

高程施工控制網(wǎng)分左、右兩岸布設(shè)，共布設(shè)6個點。為保證兩岸高程基準(zhǔn)的一致性，在壩軸線的上游和下游處，用2條跨河水準(zhǔn)測量將左、右兩岸水準(zhǔn)線路聯(lián)測組成閉合環(huán)線。水準(zhǔn)測量精度按《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》中二等精度要求執(zhí)行[4]。

2 控制網(wǎng)施測方案

2.1 選點與埋石

根據(jù)設(shè)計點位埋設(shè)標(biāo)石，平面控制網(wǎng)共建造8座觀測墩，高程控制網(wǎng)共建造6座水準(zhǔn)基巖標(biāo)。選擇視野開闊，與其他點位盡可能多通視的平面控制網(wǎng)點位，視線旁離山體和其他物體至少5 m以上。點位布設(shè)還要考慮施工測量作業(yè)的方便，盡量滿足組網(wǎng)圖形強度。

平面施工控制網(wǎng)點埋設(shè)在基礎(chǔ)堅實穩(wěn)固的地方，對于覆蓋層松軟的部位要進行加固處理。標(biāo)墩結(jié)構(gòu)參照《水電水利工程施工測量規(guī)范》附錄B1要求執(zhí)行，各觀測墩均安置強制對中基盤，對中精度優(yōu)于0.1 mm?；P表面需用長水準(zhǔn)氣泡置平，傾斜角小于4'。

高程控制網(wǎng)點位選擇在顧及樞紐的總體布置情況下，按《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》中選定水準(zhǔn)點位的相關(guān)要求執(zhí)行。

2.2 外業(yè)觀測

2.2.1 平面網(wǎng)觀測

全網(wǎng)共觀測30個角、15條邊長。采用徠卡TM30型全站儀（0.5',0.6 mm+1×10-6）進行觀測。所使用的全站儀及設(shè)備，除送國家有關(guān)計量檢定部門檢定合格外，作業(yè)前和作業(yè)中還要對測角部分的2C互差和測距部分儀器加乘常數(shù)進行檢定。

方向觀測按《水電水利工程施工測量規(guī)范》要求執(zhí)行。全網(wǎng)三角形閉合差不大于3.5",按菲列羅公式計算的測角中誤差不大于1″。

距離觀測按《水電水利工程施工測量規(guī)范》的要求采用往、返測距的方式進行。同時測定大氣的干溫、濕溫及氣壓，以便進行氣象改正。

2.2.2 高程網(wǎng)觀測

高程控制網(wǎng)采用二等水準(zhǔn)和跨河水準(zhǔn)相結(jié)合的方式組成閉合環(huán)線。二等水準(zhǔn)使用天寶DiNi03電子水準(zhǔn)儀按《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》執(zhí)行，跨河水準(zhǔn)采用徠卡TM30型全站儀按《水電水利工程施工測量規(guī)范》中光電測距三角高程導(dǎo)線測量法進行。為檢測起算點高程的可靠性，還應(yīng)與國家水準(zhǔn)點進行聯(lián)測。

2.2.3 數(shù)據(jù)處理與平差

平面觀測數(shù)據(jù)用Leica TM30全站儀隨機軟件“徠卡三維變形監(jiān)測軟件”導(dǎo)出觀測數(shù)據(jù)，人工編制適用于“控制網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)預(yù)處理與平差處理軟件系統(tǒng)”的方向、距離和垂直角觀測數(shù)據(jù)文件，然后編制綜合數(shù)據(jù)文件及剩余相關(guān)數(shù)據(jù)文件后，即可進行測量平差。水準(zhǔn)觀測數(shù)據(jù)用天寶自帶軟件直接導(dǎo)出。

平差采用長江水利委員會長江勘測技術(shù)研究所編制的“控制網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)預(yù)處理與平差處理軟件系統(tǒng)”[5]進行。

平面控制網(wǎng)平差參考基準(zhǔn)采用一點一方位進行計算，選定起算點為TN02，起算方位為TN02-TN07，邊長觀測值投影到160 m黃海高程面。

3 精度分析

3.1 成果檢驗

外業(yè)平面控制網(wǎng)成果觀測指標(biāo)包括三角形閉合差、按菲列羅公式計算的測角中誤差、重復(fù)邊比較等指標(biāo)，檢查情況見表4。

表4 測角指標(biāo)情況

從表4可以看出，三角形閉合差最大為2.6’，小于規(guī)范規(guī)定的3.5’；按菲列羅公式計算的測角中誤差為0.86’，小于規(guī)范規(guī)定的1’。

全網(wǎng)共測18條邊，測得距離平均值中誤差為0.53 mm/km，小于 1.41 mm/km，符合要求。

高程控制網(wǎng)觀測指標(biāo)包括水準(zhǔn)閉合差、每km水準(zhǔn)測量高差中數(shù)偶然中誤差等，檢查情況見表5。

表5 水準(zhǔn)指標(biāo)情況/mm

3.2 網(wǎng)點精度分析

1）平面網(wǎng)實測精度。平面控制網(wǎng)的精度主要表現(xiàn)為點位中誤差和最弱邊的邊長相對中誤差。其中最弱邊為TN03-TN04，其邊長相對中誤差為1/520 000，小于規(guī)范規(guī)定的5 mm。從表6可知，該網(wǎng)最弱點的點位中誤差為1.12 mm，小于規(guī)范規(guī)定的5 mm。

表6 網(wǎng)點點位中誤差/mm

2）高程網(wǎng)實測精度。高程網(wǎng)實測的每km水準(zhǔn)測量高差中數(shù)偶然中誤差為±0.62 mm，小于規(guī)范[4]規(guī)定的±1.0 mm。

4 結(jié) 語

基于觀測值可靠性的優(yōu)化設(shè)計是一種簡單實用的方法，能夠在精度、可靠性、經(jīng)費等方面達到綜合最優(yōu)，可以推廣到其他控制網(wǎng)及變形網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計中。

[1] DL/T5173-2003.水電水利工程施工測量規(guī)范[S].

[2] 劉祖強,張正祿,鄒啟新,等.工程變形監(jiān)測分析預(yù)報的理論與實踐[M].北京:中國水利水電出版社,2008

[3] 胡萬兵,劉祖強,賈進科,等.皂市樞紐首級施工控制網(wǎng)設(shè)計及施測精度分析[J].人民長江,2008(21):11-13

[4] GB/T 12897-2006.國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范[S].

[5] 黃汝麟.控制網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)預(yù)處理與平差處理軟件系統(tǒng)[J].人民長江,2002(6):48-50

[6] 艾廣山.橋梁控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計[J].測繪與空間地理信息,2012(12):155-156

[7] 陳現(xiàn)春,羊凱東,鐘文俊.南京長江四橋首級施工控制網(wǎng)的建立[J].四川測繪,2008(2):19-22

P221

B

1672-4623（2015）03-0165-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.03.058

蔡習(xí)文，工程師，從事工程測量技術(shù)工作。

2014-04-16。