高原长距离大型工程测量控制系统的建立方法与流程

本发明涉及工程测量技术领域，更具体地来说它是一种高原长距离大型工程测量控制系统的建立方法。

背景技术：

工程测量控制系统的建立是工程建设的基础和依据，控制系统的精度直接影响到工程干线和建筑物的测放精度。因此，在工程规划阶段，就需要根据工程的测放要求和工程特点设计对应的测量控制系统，以保证工程的精度要求。针对复杂的大型工程项目，更必须有一流的测绘保障，实现工程的整体设计和统一部署，建立精确的工程测量控制系统来完成控制系统的设计，能使工程沿线的设计、施工、建设管理和监理维护都在一个统一的精度、标准的框架控制下开展工作，对工程施工、安全监测、运行管理，以及工程竣工验收等都具有重要意义。

通常研究测量控制系统的几何特征以及精度预计的理想方法是，在某个区域假定一个与设计方案相同的真值网，然后用工程所要使用的仪器和方法在该区域进行多测回观测，将施测结果和真值进行比较，求出真误差作为判断和分析的依据。但是在实践中这样的操作费时费力，即使个别情况下能办到也只是局部性质的，仅可用于有限的范围区域，对复杂的大型工程项目是不适用的。

针对高原长距离的大型工程，由于长度归算值较大，将产生实量边长与反算的理论边长相差过大，造成工程干线、建筑物等测量精度超限等问题。为了满足控制网边长长度投影变形的精度要求，需要综合考虑选择的投影面、中央子午线、分带方案，以及椭球变换等方法，来达到控制系统的优化设计。因此，需建立新的方案，有效地解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的为了克服上述背景技术的不足之处，而提供高原长距离大型工程测量控制系统的建立方法，解决了高原长距离的大型工程，由于长度归算值较大，将产生实量边长与反算的理论边长相差过大，造成工程干线、建筑物等测量精度超限的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样的：高原长距离大型工程测量控制系统的建立方法，包括以下步骤：

步骤1，干线控制网的建立，即建立一个大的“干渠控制网”，将工程的测量框架进行统一；

步骤2，建筑物控制网的建立，即分别建立多个“建筑物控制网”，满足相应建筑物建设的精度要求；

步骤3，干线控制网与建筑物控制网的衔接，即将“干渠控制网”与“建筑物控制网”有效地衔接，形成整体的施工测量控制网。

在上述技术方案中，所述的步骤1还包括以下步骤：

步骤1-1，窄分带方式，针对大型工程跨度长的特点，减小投影分带范围，进而缩短边缘点到中央子午线的横坐标距离，从而有效地控制高斯改化变形；

步骤1-2，适应高程变化的投影补偿方法，将高程变化量引入高程归化变形公式中，计算最佳投影补偿值，从而使工程综合变形的最大值控制得最小。

公式1中，L(y)是随着测距边与中央子午线的距离y而变化的工程综合变形量，k是测区内的高程随y值的变化率，H_d为投影补偿值，H₀是测区在中央子午线处的高程，R取值6371km。随后的问题是求取合适的投影补偿值H_d，使y∈(y_min,y_max)时有max{|L(y)|}最小。具体分如下三种情况，kR<y_min或kR>y_max

其中，H₁、H₂分别是H₀在y_min、y_max处的高程。

①(y_min+y_max)/2<kR<y_max

②y_min<kR<(y_min+y_max)/2

分别用公式2、3、4来求取H_d值。

在上述技术方案中，所述的步骤2还包括以下步骤：

步骤2-1，测算建筑物精度，首先测算工程建筑物模拟贯通测量精度m_y，计算方式如公式5与公式6所示。其中M_y是横向贯通中误差，M_GPS是建筑物GPS观测的中误差，M_JD、M_CD分别是建筑物进出口处的导线中误差，L₀是建筑物的总长度，

步骤2-2，确定建筑物控制网布设方案，建筑物控制网的布设方案需根据建筑物精度值来确定，具体分为两种情况：

第一种情况，当建筑物使用所在区域的干线控制网得到的综合变形值L(y)小于或等于其模拟贯通测量的精度m_y时，可直接使用干线控制网作为建筑物控制网。

第二种情况，当建筑物的综合变形值L(y)大于贯通测量的精度m_y时，应建立新的建筑物控制网。新的建筑物控制网建立时，建筑物的观测边长不进行高斯投影改正，但要进行高程归化投影改正。高程归化投影改正方法是，将建筑物的观测边长须投影到所选定的建筑物高程面上，并与干线控制网相衔接。

在上述技术方案中，所述的步骤3还包括以下步骤：

步骤3-1，确定建筑物的投影高程面，一般选择建筑物工程区域的平均高程面为投影面；

步骤3-2，投影面确定后，采用椭球变换方法，对建筑物新控制网定义的参考椭球体进行变换；使得变换后的椭球体面与建筑物投影高程面相切；

步骤3-3，在建筑物周围均匀设置平面控制点，其数目一般不少于3个。对于长度较大的线状建筑物，则是在两端设置平面控制点，各端的数目都不少于3个；

步骤3-4，选定建筑物的挂靠点与挂靠方向，使用“一点一方位”平差方式与干线控制网进行衔接。其中挂靠点选取为建筑物中间区域的平面控制点，挂靠方向点选取为建筑物边缘区域离挂靠点尽量远的平面控制点。

本发明的有益效果是：针对高原长距离大型工程建设，提供高精度的测绘保障，实现工程的整体设计和统一部署，建立精确的工程测量控制系统；使工程沿线的设计、施工、建设管理和监理维护都在统一了精度、标准的框架下开展工作。

附图说明

图1是本发明示意图。

图2是窄分带方式示意图。

图3是椭球变换示意图。

图4是隧洞平面控制点示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

高原长距离工程跨度长、高程变化大，用单一的控制网难以满足其工程精度要求。因此，需要首先建立一个大的“干渠控制网”，将工程的测量框架进行统一。然后，分别建立多个“建筑物控制网”，满足相应建筑物建设的精度要求。最后，将“干渠控制网”与“建筑物控制网”有效地衔接，形成整体的施工测量控制，如图1所示。

具体的方法步骤：

步骤1，干线控制网的建立，即建立一个大的“干渠控制网”，将工程的测量框架进行统一；

对于高原长距离的大型工程，干线存在着两种测量变形量。一是测区远离中央子午线造成的高斯改化变形；二是测区的平均高程大，造成的高程归化变形。两种变形量累加得到测距边的综合变形，从而影响工程建设的测量精度。因此，本发明使用“窄分带方式”与“适应高程变化的投影补偿方法”分别减小高斯改化变形及高程归化变形，从而减小工程的综合变形。

还包括以下步骤：

步骤1-1，窄分带方式，针对大型工程跨度长的特点，减小投影分带范围，进而缩短边缘点到中央子午线的横坐标距离，从而有效地控制高斯改化变形；

如图2所示，是将国家3度带平均窄分为3部分，每部分只占据1度带；这种窄分方式能将其中1个分带区域的高斯改化变形量缩小一个数量级。若工程需要将分带区域的高斯改化变形控制得更小，还可以将国家3度带窄分为0.5度带、0.3度带等，具体可根据工程需求来确定。

步骤1-2，适应高程变化的投影补偿方法，将高程变化量引入高程归化变形公式中，计算最佳投影补偿值，从而使工程综合变形的最大值控制得最小。

公式1中，L(y)是随着测距边与中央子午线的距离y而变化的工程综合变形量，k是测区内的高程随y值的变化率，H_d为投影补偿值，H₀是测区在中央子午线处的高程，R取值6371km。随后的问题是求取合适的投影补偿值H_d，使y∈(y_min,y_max)时有max{|L(y)|}最小。具体分如下三种情况，分别用公式2、3、4来求取H_d值。

①kR<y_min或kR>y_max

其中，H₁、H₂分别是H₀在y_min、y_max处的高程。

②(y_min+y_max)/2<kR<y_max

③y_min<kR<(y_min+y_max)/2

由上述步骤1-1确定了工程干线的分带方式后，可将干线分成n个部分，其中n由工程总长及窄分带方式来决定。例如，某工程完整跨越了2个国家3度带，使用1度带的窄分方式后，n取值为6，表示工程干线被分成了6个部分。然后，使用步骤1-2的方法对每个部分计算最佳投影补偿值，并在工程相应部分进行使用。至此，工程干线控制网就得到了完整建立。

步骤2，建筑物控制网的建立，即分别建立多个“建筑物控制网”，满足相应建筑物建设的精度要求；

步骤2-1，测算建筑物精度，首先测算工程建筑物模拟贯通测量精度m_y，计算方式如公式5与公式6所示。其中M_y是横向贯通中误差，M_GPS是建筑物GPS观测的中误差，M_JD、M_CD分别是建筑物进出口处的导线中误差，L₀是建筑物的总长度，

步骤2-2，确定建筑物控制网布设方案，建筑物控制网的布设方案需根据建筑物精度值来确定，具体分为两种情况：

第一种情况，当建筑物使用所在区域的干线控制网得到的综合变形值L(y)小于或等于其模拟贯通测量的精度m_y时，可直接使用干线控制网作为建筑物控制网。

第二种情况，当建筑物的综合变形值L(y)大于贯通测量的精度m_y时，应建立新的建筑物控制网。新的建筑物控制网建立时，建筑物的观测边长不进行高斯投影改正，但要进行高程归化投影改正。高程归化投影改正方法是，将建筑物的观测边长须投影到所选定的建筑物高程面上，并与干线控制网相衔接。

步骤3，干线控制网与建筑物控制网的衔接，即将“干渠控制网”与“建筑物控制网”有效地衔接，形成整体的施工测量控制网。

在建立新的建筑物控制网时，涉及到建筑物与干线控制网的衔接问题。还包括以下具体步骤：

步骤3-1，确定建筑物的投影高程面，一般选择建筑物工程区域的平均高程面为投影面；

步骤3-2，投影面确定后，采用椭球变换方法，对建筑物新控制网定义的参考椭球体进行变换；使得变换后的椭球体面与建筑物投影高程面相切；如图3所示，是椭球变换方法中的椭球膨胀示意图，这也是工程中最为常用的椭球变换方法；除此之外，还可以根据工程需要选择椭球变形法或椭球平移法。

步骤3-3，在建筑物周围均匀设置平面控制点，其数目一般不少于3个。对于长度较大的线状建筑物，则是在两端设置平面控制点，各端的数目都不少于3个；对于长度较大的线状建筑物，则是在两端设置平面控制点，各端的数目都不少于3个。例如，图4所示的线状地下隧洞，进口处设有J0、J1、J2、J3四个控制点，出口处设有C0、C1、C2、C3四个控制点。

步骤3-4，选定建筑物的挂靠点与挂靠方向，使用“一点一方位”平差方式与干线控制网进行衔接。其中挂靠点选取为建筑物中间区域的平面控制点，挂靠方向点选取为建筑物边缘区域离挂靠点尽量远的平面控制点。

未详细说明的均为现有技术。