李軍安（陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院測(cè)繪分院　陜西　西安　710002）

TS30在水庫(kù)樞紐工程監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)中的實(shí)踐

李軍安
（陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院測(cè)繪分院陜西西安710002）

本文以水庫(kù)工程監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)設(shè)計(jì)與建立作為實(shí)例，就如何保證監(jiān)測(cè)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(jí)、影響測(cè)量機(jī)器人觀測(cè)精度的因素等幾個(gè)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(kù)工程 ；監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)；實(shí)踐

1　前言

LeicaTCA系列全站儀號(hào)稱測(cè)量機(jī)器人，它具有自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別的ATR（automatic targetrecognition）功能，能自動(dòng)搜索、照準(zhǔn)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)角度、距離的全自動(dòng)化測(cè)量。為此，可按照所需的觀測(cè)等級(jí)限差要求，將多測(cè)回測(cè)角軟件置于全站儀，測(cè)站安置整平儀器后設(shè)置各等級(jí)方向觀測(cè)限差，經(jīng)瞄準(zhǔn)測(cè)站所有的觀測(cè)方向棱鏡后，啟動(dòng)正式觀測(cè)鍵，儀器就能實(shí)現(xiàn)多個(gè)測(cè)回的自動(dòng)觀測(cè)和記錄，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行限差檢驗(yàn)，測(cè)站觀測(cè)結(jié)束會(huì)自動(dòng)蜂鳴停止，觀測(cè)過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)，避免手動(dòng)限差計(jì)算，消除人為觀測(cè)因素對(duì)觀測(cè)質(zhì)量的影響，可以提高觀測(cè)質(zhì)量和效率。本文就LeicaTS30全站儀在南溝門(mén)水庫(kù)樞紐區(qū)安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中建立水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)的觀測(cè)實(shí)踐效果敘述如下。

2　監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1點(diǎn)位選設(shè)及網(wǎng)形

本工程監(jiān)測(cè)的對(duì)象為壩體、近壩區(qū)高邊坡及電站廠房背坡，監(jiān)測(cè)對(duì)象相距較近，故水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)整體布設(shè)。根據(jù)施工區(qū)域地形、監(jiān)測(cè)部位分布情況以及精度要求，水平位移監(jiān)測(cè)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(gè) （J01～J07），工作基點(diǎn) 5個(gè)（J08～J12），上述12點(diǎn)構(gòu)成邊角全測(cè)網(wǎng)，網(wǎng)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1所示，網(wǎng)中：測(cè)距邊28條，最大邊長(zhǎng)（J02～J04）1358.299m，最小邊長(zhǎng)（J08～J09）309.371m，平均邊長(zhǎng)804.072m。網(wǎng)中測(cè)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(gè)點(diǎn)；工作基點(diǎn)選設(shè)：大壩下游選設(shè)J08、J09、J10、J12等4個(gè)點(diǎn)。其中：J03、J11兩點(diǎn)主要用于監(jiān)測(cè)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(cè)大壩表面水平位移；J01、J12兩點(diǎn)主要用于監(jiān)測(cè)溢洪道邊坡水平位移；J08、J09兩點(diǎn)主要用于監(jiān)測(cè)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(cè)取概略坐標(biāo)，采用《工程測(cè)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(cè)角中誤差分別選取0.7″和0.5″，測(cè)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(cè)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(cè)方案中：其測(cè)角中誤差取0.5″的觀測(cè)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(cè)整體網(wǎng)精度較好，故水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)采用測(cè)角中誤差為0.5″的觀測(cè)方案實(shí)施，可以保證整網(wǎng)設(shè)計(jì)精度要求。

3　外業(yè)觀測(cè)方法及限差要求

測(cè)站水平角采用方向觀測(cè)法觀測(cè)15測(cè)回，相應(yīng)天頂距、斜距測(cè)量也為15個(gè)測(cè)回。當(dāng)觀測(cè)方向數(shù)少于3個(gè)時(shí)，不歸零。當(dāng)觀測(cè)方向多于6個(gè)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行分組觀測(cè)。分組觀測(cè)應(yīng)包括兩個(gè)共同方向（其中一個(gè)為共同零方向），共同方向兩組觀測(cè)角之差不應(yīng)大于同等級(jí)測(cè)角中誤差的2倍（即1.0″）。分組觀測(cè)的最后結(jié)果，應(yīng)按等權(quán)分組觀測(cè)進(jìn)行測(cè)站平差。

氣象元素應(yīng)同時(shí)在測(cè)站和反射鏡站的測(cè)前、測(cè)后分別測(cè)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(cè)定溫度時(shí)，必須將溫度計(jì)置于測(cè)傘之下，懸掛與儀器同高度。

在安裝強(qiáng)制對(duì)中基座的觀測(cè)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(gè)方向分別量測(cè)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(cè)成果的計(jì)算和驗(yàn)算分析

4.1氣象梯度變化對(duì)測(cè)角影響

盡管LeicaTCA系列全站儀實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化觀測(cè)，消除了人的因素對(duì)方向觀測(cè)值的影響，但其自動(dòng)目標(biāo)識(shí)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(cè)視線均跨越壩上游水面，其氣象梯度變化對(duì)測(cè)角影響十分顯著，以測(cè)站J03不同日期多次觀測(cè)記錄信息及數(shù)據(jù)分析如下：

（1）根據(jù)測(cè)回起止時(shí)間分析判斷重測(cè)次數(shù)

a）第一次獨(dú)立觀測(cè)6月9日從19:06:04開(kāi)始，至19:29:25完成15個(gè)測(cè)回觀測(cè)后，又再次于19:31:58至19:32:45重測(cè)第11測(cè)回；

b）第二次獨(dú)立觀測(cè)6月20日測(cè)站15個(gè)測(cè)回觀測(cè)時(shí)段信息如下表2所示。

從上表2的記錄時(shí)間分析可以看出：本測(cè)站除第4、7、8測(cè)回觀測(cè)數(shù)據(jù)未重測(cè)外，其它各個(gè)測(cè)回觀測(cè)數(shù)據(jù)均是重測(cè)值。說(shuō)明該時(shí)間段氣象條件變化十分大，測(cè)回差超限，儀器在自動(dòng)檢驗(yàn)重測(cè)。

表1　　監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)精度估算表

表2　J03測(cè)站15個(gè)測(cè)回觀測(cè)時(shí)段信息統(tǒng)計(jì)表

表3　J03測(cè)站從不同日期觀測(cè)方向值統(tǒng)計(jì)表

表4　J02測(cè)站15個(gè)測(cè)回觀測(cè)時(shí)段信息統(tǒng)計(jì)表

表5　　測(cè)距、測(cè)角精度驗(yàn)算統(tǒng)計(jì)表

表6　　數(shù)據(jù)處理平面和高程精度統(tǒng)計(jì)表

c）第二次獨(dú)立觀測(cè)6月26日返工，從18:35:36開(kāi)始，至18:58:43完成15個(gè)測(cè)回觀測(cè)后，又繼續(xù)于18:59:32至19:01:19重測(cè)第2測(cè)回，19:01:09至19:01:55重測(cè)第6測(cè)回，觀測(cè)用時(shí)26分20秒，才符合測(cè)站限差要求；

d）第二次獨(dú)立觀測(cè)7月3日返工，觀測(cè)從18:59:01開(kāi)始至19:22:05結(jié)束用時(shí)23 分04秒完成15個(gè)測(cè)回觀測(cè)，未重測(cè)。

（2）J03測(cè)站從不同日期觀測(cè)方向值統(tǒng)計(jì)分析重測(cè)精度，如下表3。

盡管測(cè)站儀器多次重測(cè)后達(dá)到測(cè)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(cè)情況如J07站第二次觀測(cè)是6月21日19:32:26開(kāi)始第1測(cè)回觀測(cè)，第6測(cè)回結(jié)束時(shí)間為19:41:18；按照每測(cè)回用時(shí)推算正常觀測(cè)第15測(cè)回結(jié)束時(shí)間應(yīng)為19:55:41；應(yīng)注意的是記錄顯示第7測(cè)回開(kāi)始時(shí)間為19:56:29，第15測(cè)回結(jié)束時(shí)間為20:10:33；說(shuō)明第7至15測(cè)回全部為重測(cè)數(shù)據(jù)。

（4）類似情況又如J02站第二次觀測(cè)時(shí)段信息統(tǒng)計(jì)如下表4。

從上表4可以看出，該測(cè)站6月23日18:10:07開(kāi)始第1測(cè)回觀測(cè)，第6測(cè)回結(jié)束時(shí)間為18:18:50；按照每測(cè)回用時(shí)推算正常觀測(cè)第15測(cè)回結(jié)束時(shí)間應(yīng)為18:33:23；進(jìn)一步說(shuō)明第7至15測(cè)回為重測(cè)值；應(yīng)注意的是記錄顯示第7測(cè)回開(kāi)始時(shí)間為18:39: 06，第14測(cè)回結(jié)束時(shí)間為18:51:51，說(shuō)明第7至14測(cè)回在此時(shí)間段內(nèi)全部為重測(cè)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(cè)第7測(cè)回。第15測(cè)回觀測(cè)時(shí)間為 18:54:15～18:55:02，說(shuō)明 18:51: 51～18:54:15時(shí)間段內(nèi)儀器又在重測(cè)第15測(cè)回?cái)?shù)據(jù)作廢。

綜上所述，通過(guò)測(cè)回起止時(shí)間信息和不同日期觀測(cè)方向值統(tǒng)計(jì)分析認(rèn)為，氣象梯度變化對(duì)觀測(cè)方向值的影響可以通過(guò)記錄中測(cè)回時(shí)間段重測(cè)測(cè)回頻次表現(xiàn)出來(lái)。

4.2測(cè)距、測(cè)角精度驗(yàn)算

外業(yè)觀測(cè)完成之后，進(jìn)行了測(cè)距中誤差、三角形閉合差、測(cè)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(jì)算測(cè)角中誤差的三角形18個(gè)，其三角形閉合差小于1/3限差10個(gè)，在1/3～1/2限差內(nèi)7個(gè)，大于1/2限差1個(gè)。

4.3外業(yè)觀測(cè)成果數(shù)據(jù)處理精度統(tǒng)計(jì)

經(jīng)驗(yàn)算合格后，采用《工程測(cè)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(zhǎng)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(cè)較差分析

兩次獨(dú)立外業(yè)觀測(cè)成果進(jìn)行分別數(shù)據(jù)處理后，計(jì)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(shuō)明兩次獨(dú)立觀測(cè)成果均符合要求，即可取均值作為基準(zhǔn)值。

5　結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)LeicaTS30全站儀在南溝門(mén)水庫(kù)樞紐區(qū)安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，建立水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)的觀測(cè)實(shí)踐得出以下幾點(diǎn)體會(huì)：

（1）在水庫(kù)樞紐區(qū)建立精密工程監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)，首先是應(yīng)根據(jù)地形地貌和監(jiān)測(cè)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(cè)等級(jí)，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(dòng)觀測(cè)時(shí)，選擇最佳氣象條件是實(shí)現(xiàn)觀測(cè)一次成功的必須前提；如果1個(gè)測(cè)站出現(xiàn)測(cè)回重測(cè)頻次大于1/3總測(cè)回?cái)?shù)時(shí)，說(shuō)明該時(shí)間段氣象梯度變化十分大，應(yīng)另?yè)駮r(shí)間段重新觀測(cè)。

（3）對(duì)于俯仰角較大或長(zhǎng)短邊的測(cè)站，進(jìn)行方向觀測(cè)時(shí)，宜采用分組觀測(cè)。

（4）基準(zhǔn)網(wǎng)首期觀測(cè)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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