李軍安（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院測繪分院　陜西　西安　710002）

TS30在水庫樞紐工程監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)中的實(shí)踐

李軍安
（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院測繪分院陜西西安710002）

本文以水庫工程監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)設(shè)計與建立作為實(shí)例，就如何保證監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)達(dá)到預(yù)期精度進(jìn)行討論，從選取點(diǎn)位優(yōu)化網(wǎng)形、精度估算確定經(jīng)濟(jì)合理的等級、影響測量機(jī)器人觀測精度的因素等幾個重要技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行了比較詳細(xì)地分析論述，得出相應(yīng)的結(jié)論，可供類似項(xiàng)目參考。

LeicaTS30全站儀；水庫工程 ；監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)；實(shí)踐

1　前言

LeicaTCA系列全站儀號稱測量機(jī)器人，它具有自動目標(biāo)識別的ATR（automatic targetrecognition）功能，能自動搜索、照準(zhǔn)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)角度、距離的全自動化測量。為此，可按照所需的觀測等級限差要求，將多測回測角軟件置于全站儀，測站安置整平儀器后設(shè)置各等級方向觀測限差，經(jīng)瞄準(zhǔn)測站所有的觀測方向棱鏡后，啟動正式觀測鍵，儀器就能實(shí)現(xiàn)多個測回的自動觀測和記錄，現(xiàn)場進(jìn)行限差檢驗(yàn)，測站觀測結(jié)束會自動蜂鳴停止，觀測過程無需人工干預(yù)，避免手動限差計算，消除人為觀測因素對觀測質(zhì)量的影響，可以提高觀測質(zhì)量和效率。本文就LeicaTS30全站儀在南溝門水庫樞紐區(qū)安全監(jiān)測項(xiàng)目中建立水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)的觀測實(shí)踐效果敘述如下。

2　監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計

2.1點(diǎn)位選設(shè)及網(wǎng)形

本工程監(jiān)測的對象為壩體、近壩區(qū)高邊坡及電站廠房背坡，監(jiān)測對象相距較近，故水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)整體布設(shè)。根據(jù)施工區(qū)域地形、監(jiān)測部位分布情況以及精度要求，水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)采用邊角網(wǎng)。首先在1:2000地形圖上布設(shè)網(wǎng)點(diǎn)，然后經(jīng)實(shí)地選點(diǎn)確定基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè) 7個 （J01～J07），工作基點(diǎn) 5個（J08～J12），上述12點(diǎn)構(gòu)成邊角全測網(wǎng)，網(wǎng)點(diǎn)布置見圖1所示，網(wǎng)中：測距邊28條，最大邊長（J02～J04）1358.299m，最小邊長（J08～J09）309.371m，平均邊長804.072m。網(wǎng)中測距邊的最大垂直角為（J08～J09）5°26′54.5"。

基準(zhǔn)點(diǎn)位選設(shè)：大壩上游選設(shè)J01、J02、J03、J11等三點(diǎn)，下游（包括電站廠房區(qū)）J04、J05、J06、J07等4個點(diǎn)；工作基點(diǎn)選設(shè)：大壩下游選設(shè)J08、J09、J10、J12等4個點(diǎn)。其中：J03、J11兩點(diǎn)主要用于監(jiān)測導(dǎo)流洞及引水發(fā)電洞進(jìn)口邊坡水平位移；J01、J10、J11三點(diǎn)主要用于監(jiān)測大壩表面水平位移；J01、J12兩點(diǎn)主要用于監(jiān)測溢洪道邊坡水平位移；J08、J09兩點(diǎn)主要用于監(jiān)測導(dǎo)流洞出口及電站廠房邊坡水平位移。

2.2邊角網(wǎng)精度估算

基準(zhǔn)點(diǎn)及工作基點(diǎn)采用實(shí)地測取概略坐標(biāo)，采用《工程測量控制網(wǎng)微機(jī)平差系統(tǒng)》軟件（清華山維公司）在微機(jī)上進(jìn)行精度估算。精度估算參數(shù)選?。簻y角中誤差分別選取0.7″和0.5″，測距中誤差ms取0.6mm+1ppm·Dkm，網(wǎng)形按基準(zhǔn)點(diǎn)與工作基點(diǎn)構(gòu)成的邊角全測整體網(wǎng)進(jìn)行精度估算，結(jié)果如下表1。

從上表中可以看出，在兩種觀測方案中：其測角中誤差取0.5″的觀測方案可以滿足最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±2.0mm的精度要求，且邊角全測整體網(wǎng)精度較好，故水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)采用測角中誤差為0.5″的觀測方案實(shí)施，可以保證整網(wǎng)設(shè)計精度要求。

3　外業(yè)觀測方法及限差要求

測站水平角采用方向觀測法觀測15測回，相應(yīng)天頂距、斜距測量也為15個測回。當(dāng)觀測方向數(shù)少于3個時，不歸零。當(dāng)觀測方向多于6個時，應(yīng)進(jìn)行分組觀測。分組觀測應(yīng)包括兩個共同方向（其中一個為共同零方向），共同方向兩組觀測角之差不應(yīng)大于同等級測角中誤差的2倍（即1.0″）。分組觀測的最后結(jié)果，應(yīng)按等權(quán)分組觀測進(jìn)行測站平差。

氣象元素應(yīng)同時在測站和反射鏡站的測前、測后分別測記，并加修正值改正，然后再取兩端平均值進(jìn)行氣象改正。測定溫度時，必須將溫度計置于測傘之下，懸掛與儀器同高度。

在安裝強(qiáng)制對中基座的觀測墩頂安置儀器和棱鏡后，利用加工的專用游標(biāo)卡尺在3個方向分別量測儀器和棱鏡高度，其量取較差應(yīng)小于0.3mm，再取中數(shù)。

4　外業(yè)觀測成果的計算和驗(yàn)算分析

4.1氣象梯度變化對測角影響

盡管LeicaTCA系列全站儀實(shí)現(xiàn)了自動化觀測，消除了人的因素對方向觀測值的影響，但其自動目標(biāo)識別的ATR定位精度受氣象梯度變化影響十分大，如J01、J02、J03等點(diǎn)間觀測視線均跨越壩上游水面，其氣象梯度變化對測角影響十分顯著，以測站J03不同日期多次觀測記錄信息及數(shù)據(jù)分析如下：

（1）根據(jù)測回起止時間分析判斷重測次數(shù)

a）第一次獨(dú)立觀測6月9日從19:06:04開始，至19:29:25完成15個測回觀測后，又再次于19:31:58至19:32:45重測第11測回；

b）第二次獨(dú)立觀測6月20日測站15個測回觀測時段信息如下表2所示。

從上表2的記錄時間分析可以看出：本測站除第4、7、8測回觀測數(shù)據(jù)未重測外，其它各個測回觀測數(shù)據(jù)均是重測值。說明該時間段氣象條件變化十分大，測回差超限，儀器在自動檢驗(yàn)重測。

表1　　監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)精度估算表

表2　J03測站15個測回觀測時段信息統(tǒng)計表

表3　J03測站從不同日期觀測方向值統(tǒng)計表

表4　J02測站15個測回觀測時段信息統(tǒng)計表

表5　　測距、測角精度驗(yàn)算統(tǒng)計表

表6　　數(shù)據(jù)處理平面和高程精度統(tǒng)計表

c）第二次獨(dú)立觀測6月26日返工，從18:35:36開始，至18:58:43完成15個測回觀測后，又繼續(xù)于18:59:32至19:01:19重測第2測回，19:01:09至19:01:55重測第6測回，觀測用時26分20秒，才符合測站限差要求；

d）第二次獨(dú)立觀測7月3日返工，觀測從18:59:01開始至19:22:05結(jié)束用時23 分04秒完成15個測回觀測，未重測。

（2）J03測站從不同日期觀測方向值統(tǒng)計分析重測精度，如下表3。

盡管測站儀器多次重測后達(dá)到測站設(shè)置限差，但從上表3可以看出：6月20日和6月26日兩次設(shè)站的J03～J01方向值較差分別為-2.44"和-1.13"，超出允許值。

（3）類似重測情況如J07站第二次觀測是6月21日19:32:26開始第1測回觀測，第6測回結(jié)束時間為19:41:18；按照每測回用時推算正常觀測第15測回結(jié)束時間應(yīng)為19:55:41；應(yīng)注意的是記錄顯示第7測回開始時間為19:56:29，第15測回結(jié)束時間為20:10:33；說明第7至15測回全部為重測數(shù)據(jù)。

（4）類似情況又如J02站第二次觀測時段信息統(tǒng)計如下表4。

從上表4可以看出，該測站6月23日18:10:07開始第1測回觀測，第6測回結(jié)束時間為18:18:50；按照每測回用時推算正常觀測第15測回結(jié)束時間應(yīng)為18:33:23；進(jìn)一步說明第7至15測回為重測值；應(yīng)注意的是記錄顯示第7測回開始時間為18:39: 06，第14測回結(jié)束時間為18:51:51，說明第7至14測回在此時間段內(nèi)全部為重測數(shù)據(jù)，且18:33:23至18:39:06期間儀器可能連續(xù)4次在重測第7測回。第15測回觀測時間為 18:54:15～18:55:02，說明 18:51: 51～18:54:15時間段內(nèi)儀器又在重測第15測回數(shù)據(jù)作廢。

綜上所述，通過測回起止時間信息和不同日期觀測方向值統(tǒng)計分析認(rèn)為，氣象梯度變化對觀測方向值的影響可以通過記錄中測回時間段重測測回頻次表現(xiàn)出來。

4.2測距、測角精度驗(yàn)算

外業(yè)觀測完成之后，進(jìn)行了測距中誤差、三角形閉合差、測角中誤差等項(xiàng)目的驗(yàn)算。驗(yàn)算結(jié)果如下表5所示。用于計算測角中誤差的三角形18個，其三角形閉合差小于1/3限差10個，在1/3～1/2限差內(nèi)7個，大于1/2限差1個。

4.3外業(yè)觀測成果數(shù)據(jù)處理精度統(tǒng)計

經(jīng)驗(yàn)算合格后，采用《工程測量控制網(wǎng)微機(jī)平差系統(tǒng)NASEW》軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。平面網(wǎng)數(shù)據(jù)處理按固定一點(diǎn)一方位的獨(dú)立網(wǎng)，坐標(biāo)起算點(diǎn)為J10，起算方位為J10～J01，邊長投影至852m高程面；高程網(wǎng)數(shù)據(jù)處理按起始于J01基準(zhǔn)點(diǎn)的獨(dú)立網(wǎng)進(jìn)行平差。數(shù)據(jù)處理的平面和高程精度如表6所示。

4.4首期外業(yè)兩次獨(dú)立觀測較差分析

兩次獨(dú)立外業(yè)觀測成果進(jìn)行分別數(shù)據(jù)處理后，計算其坐標(biāo)較差最大為△X=0. 9mm，△Y=4.1mm，△S=4.2mm，坐標(biāo)較差小于限差值±5.6mm；高程較差最大△H=-6. 2mm，高程較差小于2高程中誤差（即± 8.48mm）；說明兩次獨(dú)立觀測成果均符合要求，即可取均值作為基準(zhǔn)值。

5　結(jié)語

本文通過LeicaTS30全站儀在南溝門水庫樞紐區(qū)安全監(jiān)測項(xiàng)目中，建立水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)的觀測實(shí)踐得出以下幾點(diǎn)體會：

（1）在水庫樞紐區(qū)建立精密工程監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)，首先是應(yīng)根據(jù)地形地貌和監(jiān)測部位的分布，選取點(diǎn)位優(yōu)化網(wǎng)形，再進(jìn)行精度估算確定經(jīng)濟(jì)合理的觀測等級，這是建立基準(zhǔn)網(wǎng)達(dá)到預(yù)期精度的重要保證。

（2）采用Leica超高精度全站儀進(jìn)行自動觀測時，選擇最佳氣象條件是實(shí)現(xiàn)觀測一次成功的必須前提；如果1個測站出現(xiàn)測回重測頻次大于1/3總測回數(shù)時，說明該時間段氣象梯度變化十分大，應(yīng)另擇時間段重新觀測。

（3）對于俯仰角較大或長短邊的測站，進(jìn)行方向觀測時，宜采用分組觀測。

（4）基準(zhǔn)網(wǎng)首期觀測應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行兩次，以保障基準(zhǔn)值的精度和可靠性。陜西水利

（責(zé)任編輯：暢妮）

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