高精度工程监测边角网的测量与质量评价

齐 博

（陕西省水利电力勘测设计研究院测绘分院，陕西 西安 710002）

高精度工程监测边角网的测量与质量评价

齐 博

（陕西省水利电力勘测设计研究院测绘分院，陕西 西安 710002）

以亭口水库枢纽工程为例，对水库工程枢纽区安全监测边角网测量存在的难点进行分析，提出监测边角网的网形选设、预期精度估算优化设计、布点建墩、观测与数据处理等过程中有针对性的应对措施和解决思路，并将设计与实施的结果对比，统计分析表明采取应对措施的可靠性与复测的必要性，所取得的应用经验与结论可为类似工程监测边角网的建立借鉴与参考。

工程监测网；边角网；测量；质量评价

0 引言

亭口水库枢纽位于陕西省咸阳市长武县境内、彬长矿区中部、泾河一级支流黑河上，主要建筑物由拦河大坝、溢洪道、泄洪排沙洞、输水洞、坝后电站等五部分组成；溢洪道、泄洪排沙洞、输水洞均布置在右岸，由临河侧向外依次布置泄洪排沙洞、输水洞、溢洪道。其中：拦河大坝为均质土坝，坝顶设计高程897.0 m，正常蓄水位893 m，设计供水流量为3.6 m3/s，最大坝高49.0 m,坝顶长度476.2 m。

依据《咸阳市亭口水库工程Ⅲ标项大坝及电站监测设施安装工程》(TJJS2013-05-276)招标文件，应对大坝坝体表面、大坝右坝肩高边坡、输水洞和泄洪排沙洞进出口边坡、电站厂房背坡高边坡稳定实施水平和垂直位移监测，本文就该项目水平位移监测基准网的建立与复测过程中应对技术措施与解决思路。

1 基准网的建立

1.1 网形的确定

枢纽区高压线较多，加之河道两岸边坡较陡，不具备实施GPS观测方案的环境要求，因此，设计采用高精度的边角网观测方案。

1.2 基准网点的选设计及功能

依据枢纽工程区地形地貌特征及监测对象的位置分布，经外业实地踏勘现场后，枢纽区水平位移监测基准网点构成如下：

（1）利用Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅲ8、Ⅲ9等4个施工控制网点的观测墩标志；

（2）利用近坝区域地表稳定性监测B级网GPS点B06的观测墩标志；

（3）在大坝上、下游选设了J01、J02、J03等3个点。

以上8个点构成水平位移监测基准网（边角网），基准网网形如图1所示。网中各个基准点的功能与用途分别为：

①J01、Ⅲ1、B06、Ⅲ2、Ⅲ8、Ⅲ9 主要用于：

a.监测大坝右岸溢洪道边坡及电站厂房等边坡表面水平位移测点；

b.联测大坝坝体表面布设视准线—小角法右岸水平位移工作基点。

②J01、J02、J03主要用于联测大坝坝体表面布设视准线—小角法左岸水平位移工作基点。

图1 基准网网

（3）受工程所在区域地形地貌限制，J02点选设在右岸高边坡区域，仅用于组成基准网形，加密工作基点网时不作为基准点功能。

1.3 预期精度估算与优化设计

从1∶1000地形图上量取基准网点概略坐标，采用清华山维《工程测量控制网微机平差系统》软件在微机上进行精度估算，其网形如上图1所示。该网中最大边长（Ⅲ1～J03）1352.65 m；最短边长(Ⅲ1～Ⅲ8)295.86 m，且该测距边垂直角也最大为 14°11′；平均边长754.19 m。

精度估算参数：测距中误差ms为1 mm+1 ppm·Dkm；测角中误差分别按 mβ=±1.0″、mβ=±0.7″等两种观测方案选取，其估算结果见表1。

表1 基准网精度估算表

从表1可以看出，水平位移监测基准网选取mβ=±0.7″的边角全测网方案，可以满足水平位移监测基准网的点位中误差小于±2.0 mm精度要求，但内可靠性R（最大值）大于5、外可靠性R′（最大值）大于3，说明内外可靠性一般，而根据现场地形地貌特征点位难于调整，只有通过增加水平角观测的测回数来保证精度，观测仪器为Leica TCA2003智能型全站仪，因此，边角网水平角、天顶距、测距均按15个测回来观测。

完成基准网选设建网后，首期观测于2016年6月13日至16日、6月18日至22日期间独立、连续进行两次观测，又于2016年12月21日至12月30日对该网采用同一台Leica TCA2003智能型全站仪进行第二期观测。该网各测站首期第一次观测区段内温度在14.0℃～29℃，首期第二次观测区段内温度在19.0℃～30.4℃，第二期观测区段内温度在-3.6℃～9.3℃。

1.4 墩标建造

为了保证仪器在观测过程中的稳定性，视线具有一定高度，消除折光差及对中误差的影响，水平位移监测基准网点除利用原有观测墩标志外，其它点也建造混凝土观测墩，墩标高于地面1.2 m以上，顶部设置F-1A型强制对中基座，在观测墩顶面埋设强制对中基座时将基座调整水平，其倾斜度小于4′,强制对中基座的对中误差小于±0.1 mm，观测墩设置可靠的保护盖。

2 基准网（边角网）观测

2.1 使用仪器及检验

水平位移监测基准网测量采用Leica TCA2003智能型全站仪（测角精度 0.5″，测距精度（1 mm+1 ppm）），配套的主要设备有：温度计（读数精确至0.2℃），气压计（读数精确至50 Pa），游标卡尺（专用量高工具）。以上仪器设备作业前均按规范要求对仪器及附件进行了检验，且在有效期内使用，作业过程仪器性能处于良好状态。

2.2 测站观测

按照软件程序设置功能，使用Leica TCA2003智能型全站仪加载多测回测角软件，测站观测实现自动寻找目标与照准、自动观测、自动记录、自动检测等一体化操作，即在每测回观测过程仪器自动完成了水平角、天顶距、斜距等观测与记录，因此，水平角、天顶距、斜距等观测均采用方向观测法观测15个测回。水平角、天顶距、斜距等观测各项限差超限时，仪器会自动进行重测，软件设置已考虑重测要求，故不再叙述此项。

3 观测精度与质量评定

3.1 外业观测数据精度统计

3.1.1 水平角观测精度

根据首期第1、2次独立观测、第二期观测的测站观测数据分别计算得三角形闭合差见表2。

表2 三角形闭合差统计表

从表2统计结果可以看出：

（1）边角网首期两次独立观测、第二期观测的三角形闭合差均小于±3.5″的规定限差，且小于1/3限差的三角形闭合差个数分别占到81.25%、87.5%、68.75%；

（2）根据两次独立观测的三角形闭合差计算得边角网测角中误差分别为±0.44″、±0.66″、±0.69″，均优于设计值。

3.1.2 测距精度统计

根据首期两次独立观测、第二期观测的数据分别计算得各测距边往返测水平距离，根据其较差计算得边角网的平均测距中误差及任一边实际测距中误差、边长相对中误差统计见表3。边角网进行平差,各期次边角网平差主要精度见表4。

表4 边角网平差主要精度统计表

表3 测距精度统计表

通过对外业观测水平角和测距数据进行精度评定，说明外业观测数据质量可靠。

3.2 数据处理

数据处理采用《工程测量控制网微机平差系统 NASEW》软件，以边角网中Ⅲ1点作为坐标起算点、Ⅲ1～Ⅲ2作为起算方位边，边长投影至895.0 m高程面。按固定一点一方位的独立

从表4统计结果可以看出，边角网各期次数据处理后的点位精度均优于设计值。

3.3 初值的确定

根据首期两次独立观测数据处理后的坐标计算较差如下表5所示；两次独立观测坐标较差允许值M按下式计算。

式中：m1、m2分别为第1、2次独立观测数据处理后的点位中误差。

表5 首期两次独立观测数据处理后的坐标计算较差统计表

从表5可以看出：首期两次独立观测坐标较差优于设计允许值，故取均值作为初值。

4 枢纽区水平位移基准网点稳定性分析

以每个基准点首期测量的坐标值为初始值，对应统计计算与第二期测量的坐标值的较差即为周期位移量。基准点周期位移量统计见表6。

表6 周期位移量计算统计表

取水平位移监测基准网点位中误差±2.0 mm精度的两倍作为最大测量误差，当周期位移量小于最大测量误差时，认为该点稳定，否则认为该点发生位移。根据统计结果认为：枢纽区Ⅲ1、Ⅲ2、B06、J01、Ⅲ8、等 5 个基准点相对稳定，而Ⅲ9、J02、J03等3个基准点不稳定或者发生位移。

5 结论

（1）采用高精度边角网的观测技术方案建立水平位移监测基准网，通过实施精度分析验证了其成果质量达到预期设计技术指标，满足工程监测基准网的要求。

（2）基准网是监测变形部位的基准，应定期进行稳定性检验。

（3）尽管徕卡TCA2003智能型全站仪代替了人工观测，但是精密边角网的自动化观测过程仍然受某一瞬间或某一短时间内大气状态（如气温、湿度、压强等）和大气现象（风、云、雾霾、降水）的变化因素的影响，因此，高精度水平角观测仍需要选择大气状态相对稳定的时间段进行观测。

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B

1673-9000（2017）05-0170-03

2017-04-11

齐博（1981-），男，陕西蓝田人，主要从事水利水电工程测绘生产技术工作。