精密工程测量控制网的建立方法.doc

1、1精密工程测量控制网的建立方法摘要：随着工程测量技术的发展，测量精度越来越高，适应了精密工程测量的要求。本文主要对精密工程测量中控制网的布设、实施控制测量以及数据处理的方法进行简单的分析，对高精度工程控制网的建立提供借鉴。 关键词：精密工程；GPS、测量；控制网 中图分类号：P228.4 文献标识码： A 文章编号： 随着科技的发展，工程结构的复杂化也对测量的精度有了更高的要求。以土木工程来说，一般工程测量的精度要求达到厘米级即可，常规测量方法就能满足，而对于紧密工程测量来说，精度要求一般要达到毫米级，甚至毫米以下，如果采用常规测量方法的话，精度很难达到要求。目前，精密工程测量的发展，促进了工

2、程测量学科的发展。本文主要对精密工程测量中控制网的建立方法进行简单的阐述。 1、布设控制网 绝对测量精度达到毫米级的测量称之为精密工程测量，是在特殊条件下，利用先进的测量设备及技术方法进行的特殊工程测量。精密工程控制网的主要作用是在工程实施的不同阶段为测量放样的点、线、面提供测量基准。与国家常规工程测量及大地测量控制网相比，精密工程测量控制网有很大的不同：首先，在设计方面，必须优化设计先行网，受后期变形测量的需求，在进行控制网的设计时，通常要涉及到可靠性、2灵敏度及精度等设计指标。在设计时，尽可能进行多余观察，提高控制网的内部可靠性，有利于观测值方差估计及粗茶定位。采用 GPS 布网，要求对网

3、要精心进行布置，对地面的观测条件要非常注意。对于精密工程而言，一般采用 GPS 网与边角网同时联合使用，而不是单纯的只采用GPS 网，需要注意的是 GPS 网与地面网之间的精度匹配，这种控制网的布设在成本方面相对较大，需要在实际应用中进一步的进行检验。 对工程控制网的布设进行优化设计时，一般包含解析法与模拟法两种策略。一般情况下网的可靠性、灵敏度、精度等指标作为解析法目标函数极大值与极小值的约束条件。而模拟法主要根据地形图资料、设计资料等在图上进行选点布网，并对观测方案、观测值进行模拟，对网的可靠性、灵敏度及精度等质量指标进行计算。两种方法比较而言，各具优势，模拟法的应用较为灵活，测量也容易实

4、现；解析法所求结果较好，但实施相对困难。具体工作中，优化设计主要从以下步骤进行：首先，对观测值的精度进行固定，选择的网点观测所有可能的方向和边，对网的质量指标进行计算，如果质量低，就需要提高观测值的精度；如果质量偏高，可以相应的删减观测值；如果观测的多余观分量过大，表明观测值是多余的，应该删除；如果分量过小，表明观测值的精度不需要再增加。按照这种方案，可以最优方案。 2、控制网的实施 现阶段，主要采用高精度 GPS 接收机、高精度全站仪及高精度水准仪进行精密工程测量，保证了控制网的实施。需要注意的是，仪器设备在测量工作进行之前，要进行全部项目的鉴定检核，方便对后续数据处3理中的改正工作。例如全

5、站仪的测量内外符合的精度，水准仪的 i 角误差，GPS 相位偏心误差等。 原则上，测量控制点是不受变形影响的，一般埋设到基岩层，保证点位的稳定，并用混凝土浇筑，加设强制归心装置，避免对中误差。在作业实施中，要求按照工程测量二等规范进行控制，水准与长度要进行往返观测，以此来降低误差。与常规控制不同，精密工程测量控制要定期对网进行检查，防止埋设的控制点发生变动。 3、数据处理 由于工程控制网所涉及的数据较多，比较复杂，主要涵盖三个方面：第一，投影面与坐标系的选择。一般采用地方独立坐标系，如果要考虑以后的需要，要与国家控制网联合测量；第二，数据的预处理。边角网涉及的数据预处理主要有：方向投影改化、数

6、据整理、投影改化、倾斜改正、变长常数以及周期误差改正等。 ；第三，网的平差。因为观测值属于不同的类型与来源，一般采用方差分量估计进行定权平差。 精化平差的随机模型包含方差与协方差，是对模型参数的随机性质能够准确的指导，这也是平差理论的要求。对精密工程控制网而言，必须要对多种观测量进行综合处理。所以，精密工程测量中，平差的必备内容之一就是方差分量估计。在计算时，要对观测值改正数密切进行注意。改正数如果过大，要用巴尔达数据探测法对数据进行处理，原理是对一个较大的改正数的观测值进行处理，直到全部的改正数都小于某一阀值。对多个粗差可以采用稳健估计法进行处理，不足之处是不能对多个粗差同时进行定值与定位。

7、 44、实际应用 某大型同步加速器功臣该项目成圆形结构，造型新颖奇特，如图 1所示： 图 1 某大型同步加速器主体结构 该加速器自内向外可以分为四部分：直线隧道、增强器隧道、储存环隧道、试验大厅。需要进行试验的是将加速后穿过不同储存环隧道锯齿的高能粒子。在前期准备阶段，已经对该工程中安装、建筑施工的两个难点问题提了出来：第一，较高的测量定位精度要求；第二，复杂的建筑施工工艺。所以，测量定位工作引起了施工、监理及业主多方的重视，除了施工单位以外，还聘请研究单位与监理公司一起对测量方案、测量控制网布设及测点放样复核工作进行研究，针对工程结构的实际特点，在施工测量的难点主要包含以下几个方面：第一，测

8、量精度高的控制。因为该工程中设备构件以及整体机构的定位要求都非常高，主体结构与定位线之间的误差要控制在 5mm 以内，光束线与波导孔预埋件、储存环锯齿墙相对控制点的定位要控制在 3mm 以为，只有达到这个精度，才能满足试验设备的安装。第二，储存环地沟及主体结构板墙定位测量都是圆环结构，放样点相对比较密集，需要现场对大量放样点进行计算，所以现场放样及计算、复核的工作量都非常大。第三，光束线与波导孔预埋件、储存环锯齿墙的定位测量。这几个构件都是实验设备安装的构件，是光束线通过、离子分裂、加速以及能级变迁所需要的重要设备，对其定位需求需要精确到微米级，需要用专业的测量设备进行调整，所5以在预埋件定位

9、时，首先必须满足设计要求，将其三维位置误差控制在3mm 以内。 4.1 该项目的控制网布设 根基工程施工及外形结构实际情况，对首级控制网点进行布设主要是在施工场地的四周，控制网点不能受到施工的影响，点的位置要固定。如图 2 所示： 图 2 工程首级平面控制网点布置示意图 经过优化设计以后，最终确定图中 YA、YB、YC、YD、YE 为首级控制点，G9 和 G10 为提供的起算点，组成首级控制网。因为对控制网的精度要求比较高，以及以后结构施工、设备定位完成后对整体变形监测的需要，对收集控制点的设置，均根据现场施工条件进行选点。在选定的网点上，先用钻机钻至基岩，然后用 60 米长的 PHC 管桩埋

10、至孔底，中间用混凝土、碎石关注，顶部需要预留 1.4 米，用于四个强制归心点的制作，如图 3 所示： 图 3 控制点标桩示意图 在先建的办公楼顶分别设控制网点，受高程精度要求的影响，在YA、YB、YC、YD 上作四个水准点标志，构成高程控制网。 4.2 首级控制网测量 首级平面控制网的测量采用高精度全站仪进行边角同侧，形成边角网。高精度全站仪的测距精度为 1mm+1ppm，测角精度为 1?,在进行测量6之前，要对仪器的各项常数进行检查。为了降低对中误差，对外业观测时，采用强制对中，按照城市二等控制网要求进行测量，边长正倒镜各三测回，角度观测六测回，为了保证系统的误差最小，对边长进行往返观测。在

11、对边长进行观测时，将气压、温度等数据进行输入，保证测量的精度。对高程控制网进行观测时，路线与图形和平面控制网的观测方法是相同的，如图 2。G9 和 G10 作为已知高程点，使之成为两个闭合环的水准网。 4.3 内业测量数据处理 （1）数据预处理。数据预处理涉及的项目主要包含：数据整理、方向投影改化、闭合差验算、周期误差改正、边长常数、倾斜改正等。因为该工程的所占用的面积并不大，因此控制网的最长边为 307 米，平均边长 227 米；采用当地城市坐标系，经过试验计算之后，只对边长常数及倾斜改正、周期误差改正，除此之外的改正都小于 0.1mm。 （2）坐标平差计算。与传统的方法定权结果进行对比，进

12、行考察。首先，根据经验公式定权，测距中误差与方向中误差都按照一汽标称精度给出：ms=1.0si(km),mr=1.0?。 则方向权为：=1 边长权为：= = =1 其次，按方差分量估计定权，对先验方差通过观测值的改正数进行估计，先赋予观测值一个初值，然后对其改正数进行计算，再根据改正值对先验权的近似值进行反复的计算，直到两类方差相等，最终求出验后估值。 7（3）结果分析。首先，根据本文的方法，用全站仪测量建立起高精度的控制网，点位的误差为 2.7mm,满足精度误差要求。其次，采用方差分量估计定权的优势比经验公式定权更大。从计算的结果来看，方差分量估计定权的精度非常高，与经验公式定权的精度相比，

13、提高了 26%左右，尽管两种定权方法在坐标上最大相差 0.5mm，但是由于该工程对控制网的精度要求非常要，这个差值还是非常大的。两种方法所得到结论是一致的，只是在精度方面有些差异。第三，采用方差分量估计定权，对权的初值没有依赖性，在计算的时候初始权用单位阵来取代，最后的结果是完全相同的，只是在迭叠代次数上多了一次。 结束语 本文主要针对精密工程控制网的建立方法进行分析，阐述建立的通用作业方法，并对其中需要注意的问题进行研究，通过对实际工程应用案例进行分析，论述解决控制网建立过程中存在问题的有效方法，以期能为同类精密工程测量控制网的建立提供借鉴作用。 参考文献 1马选龙.GPS 在精密工程测量中的应用研究J.商品与质量：学术观察,2011(12). 2雷旺成,尹洪斌.核电站精密工程测量控制网的建立方法J.地理空间信息,2008(5). 3张正禄,邓勇.论精密工程测量及其应用J.测绘通报,2006(5). 4韦家俊,元昊.机助优化设计在高精度工程测量中的应用J.建材8与装饰：中旬,2012(1). 5刘仁钊,刘廷明.精密工程测量控制网的建立方法J.地理空间信息,2007(2).