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1、1,第二章 精密工程测量控制网,2-1 控制网布设的原则 2-2 施工测量控制网 2-3 安装测量控制网 2-4 精密工程测量中所采用的标志 2-5 精密工程测量中强制归心装置的制作 2-6 控制网的设计计算方法,2,一、布网的必要性为了按设计所要求的精度在大范围内将大型精密工程建筑及其构件和设备统一在一个工艺流程之中并测设到设计位置，同时对设备进行调校、检核测量、竣工测量以及运营期间的变形监测，必须建立测量控制网。,2-1 控制网布设的原则,3,2-1 控制网布设的原则,二、精密工程测量控制网的分类可分施工测量控制网、安装测量控制网和变形监测网。施工测量控制网是安装测量控制网的基础，但不能截
2、然分开。施工测量控制网有时也作为安装测量之用。一般施工测量控制网对工程起到总体控制作用，保证整个工程各部分的连接及统一工艺流程的精度，工程规模愈大则对施工测量控制网的相对精度要求愈高。,4,施工测量控制网与变形监测网的布设原则与一般工程测量专用网相似，但通常布设成边角网，具有充分的多余观测和足够好的图形强度。如高能粒子加速器的地面控制网，高速磁浮铁路的控制网等。对控制网采用精密的光学或电子经纬仪测角，用高精度的光电测距仪测距。,5,2-1 控制网布设的原则,精密工程的变形监测工作贯穿于整个工程建设的始终。运营阶段的变形监测必须周期性地进行。 一般构成一个由多种仪器和方法组成的系统。,6,2-1
3、 控制网布设的原则,精密工程安装测量控制网与一般施工安装测量控制网既有相同之处，又有许多不同的特点。建立这类控制网既要采用大地测量的方法和仪器，又要采用机械制造和计量学的方法和仪器。因此，把建立安装测量控制网的工作以及设备在安装、调校、检核、检控等方面的测量称为微型大地测量或大型计量测量。,7,2-1控制网布设的原则,三、安装测量控制网的布网原则（一）平面控制网布设1、控制网必须具备必要的精度。控制网的精度是根据工程所提出的要求确定的。例如，对于高能粒子环形加速器，电磁铁的位置精度是由共振理论得到的，为了使粒子不在电磁场内的真空壁上发生碰撞扰动而产生共振，要求总的误差对粒子束运行轨道的第十阶傅
4、立叶谐波的振幅的影响小于0.025mm。,8,经研究认为，为了满足这一精度的要求，使粒子运行轨道为平滑曲线，要求两相邻环形磁铁径向位置的相对误差不得超过0.10.2mm。对于直线加速器来说，漂移管的横向误差不得大于0.050.3mm。上述精度是指总的允许误差，它除了测量误差外还包括构件制造误差、基础变形所引起的误差等，而测量误差又分控制和放样误差，因此要求控制网的精度会更高。,9,2-1控制网布设的原则,2、控制网的网形结构控制网的网形主要取决于精密工程建筑的形状、规模和安装测量方法。控制网一般为不受施工环境和图形强度等因素影响的理论网，即由有规则的等边、等角、全等三角形或大地四边形所组成，同
5、时还要求构网坚强、图形划一、密度均匀和便于安装。,10,2-1控制网布设的原则,3、控制点的密度要求控制点的密度要满足安装工艺设备各基本构件的要求，为了减少误差积累，应尽可能对安装测量控制网进行一次布网和统一平差。对于大的工程要进行分期安装，这时控制网要进行分段布设和平差，平差时要采取措施保证分段之间几何上的一致和避免精度损失。控制点的点位应靠近安装的设备构件并呈对称布置，这样，可以将测量工作划分为许多相同的工序，并用设计划一的测量仪器进行安装测量工作。,11,2-1控制网布设的原则,4、控制点的稳定性要求控制点不仅为安装之用，同时也是运营期设备稳定性监测的依据，必须保证控制点高度的稳定性和可
6、靠性。对于控制点标志的结构、埋设深度以及保护装置都要做认真考虑。在工程运营期间对设备进行检核、调校和监测时应不影响设备的运行。在工程总体设计时，有时还要考虑为测量设计专门的通道并保证必要的条件。安装测量和变形观测中的工作量十分浩大，重复测量很多，在有些情况下还含有对人体的有害影响，因此不仅要求测量的高精度和高速度，还要求实现测量的自动化，即测量数据的自动记录、传输、存储和处理。,12,2-1控制网布设的原则,5、要考虑外界条件对观测精度的影响如温度梯度所引起的旁折光对测角的影响，大气条件变化引起折射率变化对光电测距的影响，大气湍流和扰动对铅垂投点及基准线测量的影响。对于大型精密工程，在计算设备
7、的理论坐标时还要考虑地球形状的影响，考虑由地形荷载、地壳构造等引起的重力扰动位和垂线偏差的影响等。要采取措施减弱或消除外界影响。例如，采用恒温光束管道或真空管道消除折光的影响，精确计算局部大地水准面用以改化观测值或平差模型等。,13,2-1控制网布设的原则,控制网观测方案的选择是布网时应考虑的重要问题，它与网形、所采用的仪器有关。在设计时要对所使用的仪器进行检验标定和试验测量，确定出观测精度；对于各种可能的网形和观测方案进行模拟计算，从费用、精度、可靠性以及灵敏度等方面检查所设计的网的质量，通过统计检验分析研究网的随机模型，确保实测网模型与模拟模型充分一致。,6、观测方案的选择,14,2-1控
8、制网布设的原则,1、建立高程控制网的目的监测地基的垂直形变，将设备安装到设计高程，并在运行期定期检查实际高程与设计高程之间的偏差。2、高程控制点的布设高程控制点可与平面控制点布置在一起（平高点），也可单独设置，一般要将它们布置在不同高程平面上根据放样和变形观测的要求往往布置成水准点群。对于现代化大型精密工程，要建立自动化遥测系统，高精度水准测量一般由液体静力水准测量系统实现观测和数据处理的自动化。,（二）高程控制网的布设,15,上海光源是中国科学院和上海市政府联合投资建设的国家大型综合同步加速器工程项目。该工程项目呈圆形结构, 造型奇特新颖。从里到外主要分为四大块: 直线隧道、增强器隧道、储存
9、环隧道和试验大厅。根据需要将加速后的不同能量的高能粒子穿过不同的储存环隧道锯齿墙来供科技人员进行实验。由于此项目为国家重大工程, 在前期筹备时就提出了该工程建筑、安装施工的两个难点: 一是建筑施工工艺较复杂; 二是测量定位精度要求较高。,四、举例：上海光源工程首级控制网的建立,16,上海光源是中国科学院和上海市政府联合投资建设的国家大型综合同步加速器工程项目。该工程项目呈圆形结构, 造型奇特新颖。从里到外主要分为四大块: 直线隧道、增强器隧道、储存环隧道和试验大厅。根据需要将加速后的不同能量的高能粒子穿过不同的储存环隧道锯齿墙来供科技人员进行实验。由于此项目为国家重大工程, 在前期筹备时就提出
10、了该工程建筑、安装施工的两个难点: 一是建筑施工工艺较复杂; 二是测量定位精度要求较高。,四、举例：上海光源工程首级控制网的建立,17,1、控制网的布设精密工程测量是指绝对测量精度达到毫米量级, 相对测量精度达到10um, 在特殊条件下,采用先进的仪器设备和技术手段进行的一种特殊的工程测量工作。精密工程控制网的作用是在工程施工前( 设计阶段) 、施工中( 施工阶段) 以及施工后( 竣工运营阶段) 的各个不同的阶段对被测量( 放样) 点、线和面提供可靠的测量基准。,18,精密工程测量控制网在许多方面有别于国家大地测量和常规工程测量控制网。首先表现在控制网的设计上, 必须先进行网的优化设计。考虑到
11、后期变形测量的需要, 控制网的优化设计通常要同时涉及到精度、可靠性和灵敏度指标设计。设计中, 要求尽可能地进行多余观测, 以增强网的内部可靠性( 增加观测值多余观测分量) , 有利于观测值粗差定位和方差分量估计。,19,对于采用GPS 布网, 就要求对网作精心布设, 注意地面观测条件, 并且采用精密星历解算基线。对于精密工程来说, 尽量不采用单纯的GPS 网, 将GPS 网与边角网同时联合解算是一个不错的选择, 但要注意GPS 网与地面网边之间的精度匹配以及地面边角测量精度匹配的影响。,20,在实践工作中, 按以下步骤进行优化设计： 先固定观测值的精度, 对选取的网点, 观测所 有可能的边和方
12、向, 计算网的质量的指标, 若质量偏低, 则必须提高观测值的精度。在某一组先验精度下, 若网的质量指标偏高了, 这时可按观测值的内部可靠性指标删减观测值, 若某个观测的多余观分量太大, 说明该观测值显得多余, 应删去； 若很小, 则该观测值的精度不宜增加。根据这种方案很容易得到一个最优方案。,21,2 、测量仪器和控制网的实施,仪器方面目前几乎所有精密工程测量都采用高精度的全站仪( 1- 2mm+1- 2ppm) 和各种高精度GPS接收机, 以及高精度水准仪( 0.5- 1.0mm/km) , 为控制网的实施提供技术保障。所有的仪器设备和设施, 在测量前均应进行所有项目的鉴定检核, 以便于在后
13、续的数据处理中进行各项必要的改正。如全站仪的测角内外符合精度, 边长的加乘常数和周期误差, 水准仪的i 角误差和透镜运行误差, GPS 的相位偏心误差等。,22,控制点设置方面,原则上所有的测量控制点均应不受变形因素影响,通常埋设至基岩层, 以确保点位稳固, 用钢筋混泥土现场浇铸, 并采用强制归心装置, 以消除对中误差。作业要求至少按工程测量规范二等要求施测。长度和水准需进行必要的往返观测, 借以减弱其综合观测误差。此外, 照准误差不能忽视, 根据经验, 多数粗差的产生往往是照准上出现问题。与常规控制不同的另一方面, 需要定期对网进行检测, 以考察所埋设的有可能发生变动的控制点是否稳定。,23
14、,3、内业数据处理精密工程控制网涉及的数据处理内容较多,相对其它较复杂一些, 概括起来分三个部分。一是坐标系和投影面的选择。多数情况一般采用地方独立坐标系, 若考虑到今后的需要, 还应和国家控制网进行联测。选择地方独立坐标系主要是有利于施工放样的方便, 为了反映网的内部实际精度而不受起始点误差的影响, 也经常选择一个已知点和一个已知方向来作为网的起算数据。二是数据的预处理, 边角网涉及的数据预处理项目有： 数据整理, 方向投影改化, 边长常数及周期误差改正、倾斜改正和投影改化, 闭合差验算等。 水准测量包括数据整理, 尺长改正、水准面不平行改正, 闭合差验算等。三是网的平差, 由于观测值涉及到
15、多个不同类型和来源, 通常采用按方差分量估计进行定权平差。,24,4、首级控制网的布设根据工程的外形结构和施工情况, 首级控制 网点的选择布设在施工场地四周( 见下图),且点 位不受施工的影响, 点的设置要稳固。经模拟优 化设计后, 确定图中YA, YB, YC, YD 和YE 为首 级控制点, G9和G10为上海测绘院提供的起算点, 7个点共同组成首级控制网。,25,由于控制网精度要求高, 以及将来设备定位、结构施工结束后, 后期整体变形监测的需要,首级控制点均由设计根据现场施工条件制作: 在已选点上用工程钻钻至基岩层, 然后用长60 米的PHC 管桩埋至地下, 中间填 满碎石混泥土, 顶部
16、预留1.4 米制 作四个强制归心点 ( 见右图) , 分别 为YA、YB、YC 和YD, YE点设在先建的 综合办公楼楼顶。,26,考虑到高程精度的要求, 在YA、YB、YC、YD 上用钢钉在PHC 管桩上埋设一向上小弯钩, 作为四个水准点标志, 组成高程控制网。,27,由于高能粒子研究场地周围观测因素, 首级 平面控制采用Leica1800 高精度全站仪进行边角同测, 组成边角网。该仪器的测角精度为1“,测距精度为1mm+1ppm, 施测前均经过严格的常数检测。为了减小对中误差, 外业观测仪器采用强制对中, 并按城市二等控制网要求施测, 角度观测6测回( 测回之间变换读数) , 边长正倒镜各三测回( 测回间重新照准) , 为了考察系统误差,边长往返观测。边长观测时输入温度和气压等气象数据以进行温度和气压的改正。,5、首级控制网的测量,28,高程控制网的观测图形和路线与平面控制 网相同。起始数据利用测绘院提供的G9 和G10 控制点作已知高程点, 布设成具有两个闭合环的水准网。外业施测采用高精度WildNA2 配合铟钢尺按城市二等水准往返观测。,
