謝 勇

(新疆塔里木河流域喀什管理局，新疆 莎車 844700)

全站儀在灌區(qū)渠道工程測(cè)量中精度控制分析

謝 勇

(新疆塔里木河流域喀什管理局，新疆 莎車 844700)

作為渠道工程設(shè)計(jì)與施工前的重要準(zhǔn)備工作，施工測(cè)量結(jié)果是保證渠道設(shè)計(jì)有效性的重要前提。傳統(tǒng)渠道測(cè)量?jī)x器主要有水準(zhǔn)儀、光學(xué)經(jīng)緯儀等，其測(cè)量結(jié)果受地形及外界影響較大，且勞動(dòng)強(qiáng)度大、施工速度慢，近年來(lái)逐漸被全站儀所替代。文章分析了全站儀在渠道工程測(cè)量中的高程測(cè)量誤差及其精度控制要求，并結(jié)合實(shí)例探討了全站儀在渠道測(cè)量中的應(yīng)用方法及其精度控制要點(diǎn)。

渠道；全站儀；測(cè)量；精度控制

0 前 言

作為渠道工程設(shè)計(jì)與施工前的重要準(zhǔn)備工作，施工測(cè)量結(jié)果是保證渠道設(shè)計(jì)有效性的重要前提。傳統(tǒng)渠道測(cè)量?jī)x器主要有水準(zhǔn)儀、光學(xué)經(jīng)緯儀等，其測(cè)量結(jié)果受地形及外界影響較大，且勞動(dòng)強(qiáng)度大、施工速度慢，近年來(lái)逐漸被全站儀所替代[1-2]。全站儀測(cè)量具有操作簡(jiǎn)便、定位精度高且抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但仍需掌握適當(dāng)?shù)臏y(cè)量方法，以保證測(cè)量精度符合渠道設(shè)計(jì)要求。

1 全站儀在渠道測(cè)量中的精度分析

1.1 渠道測(cè)量的精度要求

渠道測(cè)量的內(nèi)容較多，包括選線、中線測(cè)量、縱橫斷面測(cè)量等多個(gè)方面?？v斷面測(cè)量的主要內(nèi)容是獲取里程樁的地面高程，進(jìn)而繪制建設(shè)渠道的縱向斷面圖，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的渠道參數(shù)，如縱向坡度。橫斷面測(cè)量?jī)?nèi)容為獲取在垂直渠道縱向中，各地形變化關(guān)鍵點(diǎn)的高程和中心樁的平面距離，進(jìn)而設(shè)計(jì)橫斷面，并為下一步的土方工程施工提供依據(jù)[3-4]。在規(guī)劃階段，根據(jù)規(guī)范要求中心導(dǎo)線點(diǎn)或中心線樁的點(diǎn)位中誤差控制在±2.0m，基本高程控制點(diǎn)的中誤差控制在±0.1m；橫斷面點(diǎn)對(duì)中心線樁平面位置的中誤差控制標(biāo)準(zhǔn)因地形不同而存在差異，平地和丘陵地點(diǎn)位中誤差為±1.5m，山地和高山地為±2.0m，基本高程控制點(diǎn)中誤差均為±0.3mm。

1.2 渠道里程樁高程計(jì)算公式

全站儀測(cè)量原理與方法為三角高程測(cè)量，其能夠很好地適應(yīng)地形起伏波動(dòng)較大的地區(qū)測(cè)量工作。全站儀在渠道測(cè)量工作中一般采用單向半測(cè)回測(cè)量，原理如圖1所示。高程測(cè)量過(guò)程中會(huì)受到大氣以及地球曲率的影響，將這兩種因素引起的誤差稱作氣差和球差，實(shí)際高程計(jì)算中需要通過(guò)改正數(shù)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。由圖1可知，B點(diǎn)高程為：

HB=HA+hAB=AA+s×sinα+

(1)

圖1 考慮球氣差影響時(shí)三角高程測(cè)量方法

1.3 全站儀測(cè)量渠道里程樁高程的精度分析

分析式1可知，影響全站儀測(cè)量高程精度主要有測(cè)距和豎直角、三角高程折光系數(shù)的精度以及儀器與照準(zhǔn)棱鏡高度之間的偏差，其中對(duì)測(cè)量高度造成直接影響的因素為測(cè)距和豎直角的精度。

1.3.1 測(cè)距誤差

采用全站儀對(duì)渠道縱橫斷面進(jìn)行測(cè)量，其誤差來(lái)源主要包括測(cè)距、對(duì)中以及棱鏡對(duì)中桿的傾斜誤差幾個(gè)方面，這都可能導(dǎo)致全站儀總的測(cè)距誤差(mD)，公式表達(dá)為：

(2)

式中：m0為測(cè)距精度指標(biāo)，以尼康352C為例，其表達(dá)式為m0=±(2mm+2×10-6D)；mE為對(duì)中造成的測(cè)距誤差，其值為±2mm；mL為棱鏡中桿傾斜引起的測(cè)距誤差。假設(shè)全站儀中圓氣泡的偏差為1mm，棱鏡調(diào)節(jié)引起的傾斜角度偏差在5′，則由公式2可以計(jì)算得到不同測(cè)距長(zhǎng)度的總的測(cè)距誤差。

1.3.2 單向量測(cè)里程樁高程的精度

在采用全站儀測(cè)量渠道里程樁或斷面變化點(diǎn)的高程過(guò)程中，普遍使用單向盤左位置進(jìn)行測(cè)量施工，文章測(cè)量精度分析以單向觀測(cè)為主。結(jié)合誤差變薄規(guī)矩，對(duì)式1-1進(jìn)行全微分處理，得到渠道里程樁高程中誤差表達(dá)式(忽略了已知點(diǎn)的高程誤差)：

(3)

mH=m12+m22+m32+mi2+mv2+mk2

(4)

式中：mi為儀器高度測(cè)量誤差；mv為照準(zhǔn)棱鏡高度偏差造成的高程誤差。

而結(jié)合工程測(cè)量經(jīng)驗(yàn)以及文獻(xiàn)介紹，得到使用卷尺測(cè)量全站儀高度，其測(cè)量精度為±2.0mm[6]，則mi=mv=±2.0mm；地球半徑取6371km，如采用全站儀單向觀測(cè)的方法，J2級(jí)半測(cè)回角度誤差mα取±3″，則得到全站儀不同測(cè)量距離的誤差結(jié)果。

2 全站儀在渠道測(cè)量中應(yīng)用

新疆某灌區(qū)位于天山南麓，塔里木盆地平原的北部，區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)以農(nóng)業(yè)種植為主。近年來(lái)，隨著水資源的日益緊張，設(shè)計(jì)對(duì)灌區(qū)水利設(shè)施進(jìn)行續(xù)建配套與節(jié)水改造。防滲改造干渠位于0+000-3+634.4段和3+634.4-14+061.7段，渠道輸水線路較長(zhǎng)，受場(chǎng)地及地形特征的影響，渠道修建與管理維護(hù)費(fèi)用普遍較高。因此，在渠道斷面設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇最實(shí)用、最經(jīng)濟(jì)的斷面設(shè)計(jì)方案，而渠道縱橫斷面測(cè)量則是保證渠道設(shè)計(jì)實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)性的重要前提。本工程設(shè)計(jì)采用全站儀進(jìn)行測(cè)量，型號(hào)為尼康352C。

2.1 控制測(cè)量

高程導(dǎo)線點(diǎn)埋設(shè)間距應(yīng)適宜，一般控制在500-900m。按照相關(guān)測(cè)量規(guī)范，以及技術(shù)要求，渠道導(dǎo)線點(diǎn)高程與平面位置使用全站儀3測(cè)回對(duì)向觀測(cè)方法。

2.2 測(cè)定施工

全站儀布設(shè)在各導(dǎo)線點(diǎn)上進(jìn)行觀測(cè)，采用單向半測(cè)回方式；考慮渠道線路地形特征以及工程對(duì)測(cè)量精度的需求，各測(cè)點(diǎn)間距為500m。全站儀在各測(cè)點(diǎn)觀測(cè)內(nèi)容為前后縱斷面樁以及橫斷面點(diǎn)的高程和平面位置，且在中間另設(shè)一站進(jìn)行已經(jīng)控制點(diǎn)參數(shù)的校核工作。為避免各線段觀測(cè)數(shù)據(jù)誤差的累積以及測(cè)量精度的均勻，起始觀測(cè)中都將臨近導(dǎo)線點(diǎn)參數(shù)當(dāng)作起算數(shù)據(jù)。

3 全站儀測(cè)量精度控制要點(diǎn)

1)測(cè)量邊長(zhǎng)設(shè)置合理，不宜過(guò)長(zhǎng)。如量測(cè)邊長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，則大氣折光引起的測(cè)距誤差將會(huì)增加，影響最終測(cè)量結(jié)果的精度。一般情況下，渠道高程導(dǎo)線的4等精度控制在900m以內(nèi)。

2)導(dǎo)線點(diǎn)參數(shù)測(cè)量可采用對(duì)向觀測(cè)方式，并且選擇外界條件較好時(shí)段進(jìn)行觀測(cè)作業(yè)，最大程度降低球氣差對(duì)測(cè)量精度造成的影響。

3)渠道縱橫斷面測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際條件選擇適宜的儀器與工具。全站儀測(cè)量采用單向半測(cè)回方式，但儀器自身存在的豎盤指標(biāo)差或照準(zhǔn)棱鏡的高度誤差將不能避免。針對(duì)此種情況，在測(cè)量準(zhǔn)備階段，應(yīng)做好儀器的檢校工作。

4)渠道工程測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)各關(guān)鍵地面樁點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)精度的控制，包括渠道始點(diǎn)、拐角、彎點(diǎn)、配套建筑物中心點(diǎn)以及終點(diǎn)等坐標(biāo)位置。在渠道高程測(cè)量過(guò)程中，需留意測(cè)量線路上里程樁與控制樁的地面高程，確保渠道線路上建筑物位置的確定以及渠道的縱向坡度設(shè)計(jì)。測(cè)量中可在兩個(gè)不同站點(diǎn)對(duì)同一站點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行相互校核，通過(guò)相互之間數(shù)據(jù)的檢校來(lái)進(jìn)一步提高測(cè)量精度。

5)導(dǎo)線點(diǎn)間距布置應(yīng)合理，且導(dǎo)線點(diǎn)布置線路應(yīng)布置在與渠道中心樁產(chǎn)狀接近的高程面上。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)全站儀使用過(guò)程中存在的誤差進(jìn)行分析與計(jì)算，可以得到全站儀在渠道測(cè)量中有著其他測(cè)量?jī)x器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，尤其在渠道縱橫斷面測(cè)量方面，其較高的測(cè)量精度為后期設(shè)計(jì)與施工提供了重要保障。在全站儀測(cè)量中應(yīng)選擇適宜的施工方法與精度控制措施，在渠道縱橫斷面測(cè)量中可采用單向半測(cè)回方式量測(cè)里程樁高程，渠道橫斷面關(guān)鍵點(diǎn)高程測(cè)量精度控制在±0.3m，平面特征點(diǎn)位置控制在±1.5m，精度可滿足渠道工程設(shè)計(jì)需求。

[1]王紅芳,行玉玲,雷巧蓮.水利工程中渠道測(cè)量方法[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2011(03):289,291.

[2]張帥.全站儀在水利工程測(cè)量中的誤差分析與精度控制[J].河南科技,2012(04):86.

[3]黃茂江,閔志歡.全站儀在某灌區(qū)渠道工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].江西建材,2014(19):200.

[4]胡躍進(jìn).全站儀的誤差分析及精度控制在水利工程測(cè)量中的研究[J].價(jià)值工程,2015(02):57-58.

[5]張智韜,黃兆銘,楊江濤.全站儀三角高程測(cè)量方法及精度分析[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2008(09):229-234.

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Accuracy Control Analysis of Total Station in Irrigation Canal Project Surveying

XIE Yong

(Xinjiang Talimu Watershed Kashi Management Bureau, Shache 844700,China)

As important preparation work of channel design and construction, the results of construction survey are an important premise to guarantee the effectiveness of channel design. Traditional channel measuring instruments mainly are levelling instrument and micrometer instrument, the measured results of these instruments are impacted greatly by topography and outer environment, and big of construction strength, slow of the construction speed, and they are replaced gradually by total station in recent years.This paper analyzes the elevation measurement errors and accuracy control requirements of total station in channel project surveying, in combination with project cases, the application method and key points of accuracy control is discussed in channel surveying of the total station.

channel; total station; survey; accuracy control

1007-7596(2016)11-0013-03

2016-11-02

謝勇(1963-)，男，江西永新人，工程師。

TV221

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