精密工程控制网及其优化设计.ppt
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1、1,精密工程测量学,Precise Engineering Geodesy,第三章精密工程控制网及其优化设计,2,4,3.1精密工程水平控制网,1,2,3,3.2 精密工程高程控制网,3.3精密工程测量控制点的标志,3.4 控制网优化设计,第三章精密工程控制网及其优化设计,3.5 应用实例,5,作业与思考题,6,3,3.1 精密工程水平控制网,1 精密工程水平控制网的主要作用2 精密工程水平控制网的设计原则3 精密工程水平控制网的等级4 精密工程水平控制网技术设计前应收集的资料5 精密工程水平控制网的设计方法6 精密工程水平控制网的技术设计程序7 精密工程水平控制测量技术设计书的内容,4,3.
2、1.1 精密工程水平控制网的主要作用,(1)为精密工程施工放样、设备安装、调校和竣工测量提供精密水平控制点和相应的控制测量资料。(2)为地基、建筑物及主要构件或系统的变形监测提供分析、验证和研究水平变形的基础资料。(3)为同一工艺流程中的不同建筑物或同一建筑物的不同群体分期建设提供统一完整的精密控制测量基础。(4)实现工程设计坐标系与控制测量坐标系间的转换。,5,3.1.2 精密工程水平控制网的设计原则,(1)精密水平控制网的精度,是据精密工程关键部位的竣工位置的容许误差的要求和实际情况,综合分析确定。(2)精密工程水平控制网的精度,一般是以相邻点相对点位中误差(或相对变化量)作为设计的依据。
3、精密工程水平控制网的等级,一般不具有上级网控制下级网的意义,而具有点位配合和精度配合的意义,但也允许逐级发展。(3)精密工程水平控制网的图形,主要取决于工程任务和实地条件,一般由基准线、三角形、大地四边形及中点多边形等基本图形构成,根据情况可布设成基准线、三角网、三边网或边角网、GPS网等。,6,3.1.3 精密工程水平控制网的等级,以相邻点相对点位中误差作为精度指标,分为一、二、三、四级(见下表1)。,7,相对点位中误差计算:可根据相对点位误差椭圆的长半轴和短半轴或相对坐标增量中误差来计算:,式中:相对点位误差椭圆的长半轴,mm;相对点位误差椭圆的短半轴,mm;相对坐标增量中误差,mm。,也
4、可用边长的中误差和方位角中误差按下式计算:,ms 边长中误差,mm;ma 方位角中误差,(”);s 边长,mm;206265”。,8,3.1.4 精密工程水平控制网技术设计前收集的资料,(1)工程地区一定范围内的各种比例尺地形图、交通图、地质构造图、水文资料、气象资料等。(2)工程总体规划图、建筑总体布置图、施工图、进度表及各项有关技术文件(3)已有控制测量资料,包括水平控制网、高程控制网、点之记、成果表、技术总结。,9,3.1.5 精密工程水平控制网的设计方法,水平控制网设计:采用计算机辅助优化设计方法(模拟法或与解析法配合使用的综合方法)。优化设计的主要内容:图形设计、观测方案设计和旧网改
5、造的设计。水平控制网的质量要求:精度标准、可靠性标准、费用标准、监测网的灵敏度标准。,10,3.1.6 精密工程水平控制网的技术设计程序,(1)在施工总平面图上或工程设计平面图上,按比例尺展绘出建筑物的主要点、线。(2)根据施工现状和技术条件,在图上选取控制点,连成网形。(3)用计算机辅助优化设计的方法,进行多种方案的设计,从中选择一种最优设计方案。(4)到实地选点,确定点位、标墩类型。(5)根据图上设计和实地选点的结果,编写精密工程水平控制测量技术设计书。,11,3.1.7 精密工程水平控制测量技术设计书的内容,(1)水平控制网设计图,标志类型和施测精度等级。(2)测区概况和对已有水平控制网
6、测量资料的评价和利用。(3)采用的测量基准和测量标准。(4)测量标志结构,强制对中设备、墩标规格及埋设要求。(5)工程提出的精度要求的确切意义,技术设计方案和预期的精度估算。(6)采用的仪器、设备、观测方法、仪器计量检定地点和周期以及新技术应用。(7)作业实施计划和进度表。,12,4,3.1精密工程水平控制网,1,2,3,3.2 精密工程高程控制网,3.3精密工程测量控制点的标志,3.4 控制网优化设计,第三章 精密工程控制网及其优化设计,3.5 应用实例,5,作业与思考题,6,13,3.2 精密工程高程控制网,1 精密工程高程控制网的主要作用 2 精密工程高程控制网的设计原则 3 精密工程高
7、程控制网的等级4 精密工程高程控制网技术设计前应收集的资料5 精密工程高程控制网的技术设计程序6 精密工程高程控制测量技术设计书的内容7 GPS定位技术在三、四级精密工程测量中应用,14,3.2.1 精密工程高程控制网的主要作用,(1)为精密工程施工放样、设备安装、调校和竣工测量提供高程控制点的精确数据。(2)为工程地基、建(构)筑物的变形监测提供研究垂直变形的基础资料。(3)为同一工程中不同建(构)筑物或同一建(构)筑物的不同群体分期、分层建设,提供统一的高程控制基础。,15,3.2.2 精密工程高程控制网的设计原则,(1)高程控制网的布设范围应与水平控制网相适应。(2)高程控制网的精度,应
8、使工程竣工时关键部位相对于设计尺寸的误差满足要求。(3)高程控制网以测站高差中误差为精度设计和分级的依据。高程控制网的等级一般不具有上级网控制下级网的意义,在低等网内可以布设高等网,此时只选取一点作为高等网的高程起算点。若工程需要也允许逐级布设高程控制网。(4)路线应为闭合环或附合路线构成的结点网,不得布设支线。闭合环周长和结点间长度根据工程建设的需要确定。,16,(5)路线坡度应平缓,视野应开阔,视线距周围障碍物应超过0.5m。一、二级高程路线上,应能设置仪器墩或可移动的仪器台,相邻标尺点间高差不得超过0.5m。(6)高程控制网中的控制点,应设在稳定可靠、连测方便并能长期保存的地点。(7)露
9、天埋设的高程控制点,须经过一个雨季,冻土地区还应经过一个冻解期,岩层或室内埋设的高程控制点,至少应经过半个月方可观测。,3.2.2 精密工程高程控制网的设计原则,17,3.2.3 精密工程高程控制网的等级,高程控制网以测站高差中误差作为精度指标,分为一、二、三、四级(见表2)。,18,高程测量一测站高差中误差M按布网状况进行计算。(1)当闭合环的个数超过20个时,按(4)式计算:,式中:f环闭合差,mm;n计算各f值相应的测站数;N闭合差个数。,19,(2)当闭合环不足20个而网中测段数超过20个时,按(5)式计算:,式中:d测段往返不符值,mm;n计算d值相应的测站数;N往返不符值个数。(3
10、)独立测站变形观测的日均值个数超过20个时,按(6)式计算。,式中:Xi第7 日观测高差平均值,mm;相邻日均值连差,mm;N日均值个数。若变形量过大,应去掉变形影响,再进行精度统计。,20,3.2.4 精密工程高程控制网技术设计前应收集的资料,(1)工程所在地区的大比例尺地形图和交通图,地质、地震、气象、水文资料。(2)工程建设总体规划图、布置图、施工图、工程施工进度表及有关技术文件。(3)工程所在地区的高程控制测量资料,包括水准路线图、点之记、成果表、重力测量资料、技术总结等。,21,3.2.5 精密工程高程控制网的技术设计程序,(1)在施工总平面图上展绘出工程建(构)筑物的主要点、线。(
11、2)在图上展绘已有的水平控制点和高程控制点(包括新设计的水平控制点)。(3)按工程建设需要和高程控制点位要求,在图上选取高程控制点,使高程控制点均匀分布在建(构)筑物周围。(4)在设计的高程控制网上,用解析方法计算关键部位某些特定点间高差或高程(以下简称测量对象)的权倒数,按(7)式求出测站高差中误差,对照表2选定高程控制网的等级。,22,式中:M拟设高程控制网的测站高差中误差;F测量对象F的容许误差;QF测量对象F的权倒数(以测站高差中误差作为单位权中误差)。(5)采用增加或减少多余观测的方法,进行多种方案的设计,选择既适合测区条件和仪器性能又能满足工程要求精度的方案布设高程控制网。(6)到
12、实地确定点位和标志类型。(7)编写精密工程高程控制测量设计书。,23,3.2.6 精密工程高程控制测量技术设计书的内容,(1)高程控制网设计图,标志类型和施测精度等级。(2)测区概况和对已有高程控制测量资料的评价和利用。(3)采用的高程系统和测量标准,确定的高程起算点和检测方案。(4)需埋设的测量标志分类表。(5)确定高程控制网精度等级的依据,工程建设要求的关键部位某些特定点高程精度的估算。(6)采用的仪器、设备、观测方法和仪器计量检定地点和周期。(7)作业实施计划和进度表。,24,测定精密工程控制点的平面位置或位置的变化,按照相应精度要求,参照GH2001全球定位系统(GPS)测量规范中的有
13、关规定执行。GPS测量原理及应用(张绍铨,张华海等编著,武汉测绘科技大学出版社,1998)pp184188中分析了GPS用于建立精密工程控制网和工程变形监测的可行性,并介绍了GPS在隔河岩水库大坝变形监测和机场轴线定位测量中的应用情况。GPS定位技术在地面形变测量中的应用(张华海,金继读等编著,中国矿业大学出版社,2000年)一书中专门介绍了GPS定位技术在地面形变测量中应用的方法、数据处理技术和部分应用实例。,3.2.7 GPS定位技术在三、四级精密工程测量中应用,25,10.1 GPS精密工程测量网布设的基本原则,(1)GPS测量采用WGS84大地坐标系。当GPS作业要求提供精密工程其他坐
14、标系或1980西安大地坐标系时,可依需要使用测区范围内重合点数据,重合点应尽量均匀分布于整测区,不少于三个。(2)GPS网设计视其目的和要求的精度,进行优化设计。GPS网是通过同步图形之间的连接实现的。根据连接方式,一般可有三角形、闭合多边形及附合线路组成。几何图形中的边数,对三、四级分别不得超过6和6条。不允许有支线点。应尽量与附近已有的精密GPS网点联测,并尽量与原有地面控制网点重合;测区内包括三、四级精密工程测量的GPS 网点,在网的设计时可统一进行考虑。,26,(3)点位的选择 点位周围竖直角15以上天空应无障碍物,点位周围无强烈反射无线电波的金属或其它障碍物或大范围水面;点位应远离强
15、功率电台、电视发射台、微波中继站、高压电线等;在有金属标架的点上进行观测时,应事先拆除标架;天线应尽量直接对中,若偏心观测应精确测定偏心元素;点位应选在交通方便并便于通讯联系的地方。(4)GPS接收机的选择 应选择双频GPS接收机,在个别情况下(比如边长较短时)也可用合乎要求的单频接收机。采用载波相位测量。投入作业的接收机数应不少于二台。,27,(5)观测时的注意事项:选择PDOP不超过5的星组(不得少于4颗)进行观测,每条边不得少于2个观测时段,每个时段不得短于2h;有效星跟踪时间不得少于1h;每点重复设站不少于2次;卫星高度角大于15,每个环中包括异步边数不少于3条;每次观测重新量取天线高
16、,对中精度高于1mm;每时段量取气象元素不少于3次(始、中、末各一次)。,28,GPS精密工程测量中应注意的事项,(1)密切关注卫星星历的精度及变化情况。对广播星历(BE)要慎重使用,尽可能获取和使用精密星历(PE)。(2)尽量提高测区内固定站坐标精度。(3)应在电子密度稳定的有利条件下进行观测,一般夜间比白天稳定。(4)努力克服气象数据代表性误差。(5)用精密激光测距仪直接测定GPS网中同步环和异步环中的几条(大于三条)基线长。(6)精心编制外业实施计划,做好外业工作的组织调度工作,确保外业工作顺利进行。,29,(7)成果处理时,应注意以下几点:1)在个别情况下,当固定双差解不能得出最佳结果
17、时,根据卫星星座变化情况,可采用精化技术排除劣观测值以保证解的正确性。2)数据的检核:基线向量质量评定时要进行重复基线观测不符值的检核;闭合环线坐标增量闭合差及相对闭合差的检核;GPS基线值同精密测距仪测量边长的检核,以及同高等点已知坐标外符合性检查。3)要注意GPS观测量随机模型的合理确定和采用。4)对精密工程的GPS网,最好在二维平面内进行。,30,4,3.1精密工程水平控制网,1,2,3,3.2 精密工程高程控制网,3.3精密工程测量控制点的标志,3.4 控制网优化设计,第三章 精密工程控制网及其优化设计,3.5 应用实例,5,作业与思考题,6,31,3.3精密工程测量控制点的标志,1
18、精密工程控制点的标志作用2 精密测量控制点地锚埋设深度的确定 3 平面点标志 4 高程点标志 5 平高点标志6 上交资料,32,3.3.1 精密工程控制点的标志作用,精密工程测量中的各种控制点,是进行各种精密测量的基本依据。按其用途可分为平面点、高程点和平高点,其主要用途是固定相应控制网的点位。在埋设控制点标志之前,应仔细研究工程区域内有关的工程地质、水文地质及气象等资料,确定标志的埋设深度。各种标志的类型和规格应根据观测目的和工程区域内的地质条件来确定。,33,3.3.2精密测量控制点地锚埋设深度的确定,精密测量控制点埋点深度确定应遵循以下原则:(1)平面点及高程点的地锚应埋在土壤压缩深度以
19、下,并靠近恒温层地带;(2)如果恒温层位于压缩深度的下边线或边线以上,高程点埋设地锚的深度则应是土壤压缩深度的边线;(3)选择埋设地锚深度时,还必须顾及到土壤水位及其季节性的变化,以使控制点地锚埋在水位变化范围之外。,34,3.3.3 平面点标志,平面点的标志包括深埋式标志、观测墩及照准标志等。,35,(1)深埋式标志,精密工程测量的平面基准点标志一般采用深埋式标志。深埋式标志包括:倒锤式装置 光线传递式标志 刚体支架式标志 深埋式标志的建造应符合下列要求:(a)标志的地锚应固定在稳定的岩层中,标体本身应与建筑物及地基上表的岩层相隔离;(b)地锚中心应能严格垂直地传递到作业水平面上;(c)钻孔
20、垂直度应不低于1/200。,36,(a)机械传递式倒锤装置,37,控制点的埋石与标志,带强制对中装置的观测墩,主要适用:大坝、水电站、隧洞、桥梁、滑坡体整理等大型工程施工网、变形监测网、安装网,38,Leica TCA2003 型测量机器人,39,GPS网外业,南洲桥水平控制点观测墩,40,GPS网外业,南洲桥水平控制点观测墩,41,(b)光线传递式标志,42,(c)刚体支架式标志,43,(2)观测标志(观测墩),各等级平面控制点应建造观测标志。平面点标志一般由墩体、仪器强制对中装置及护盖组成。平面点的标志上一般应具备强制对中装置。强制对中装置的对中误差应按观测精度确定,一般为0.0250.1
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- 关 键 词:
- 精密 工程 控制 及其 优化 设计
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