一种多级控制网测量输电电缆隧道轴线的方法与流程

本发明涉及电力电缆隧道轴线测量，尤其是涉及一种多级控制网测量输电电缆隧道轴线的方法。

背景技术：

随着近年的输电电缆在城市电网的大规模应用，电缆在上海电网中所占的比重已经超过了传统的架空线路输电方式，成为了上海电能输送的主力军。目前上海110kv及以上电压等级的电缆主要采用排管敷设和隧道敷设的方法，其中隧道敷设因其能容纳大量电缆，便于敷设、检修和更换电缆等优点而在城市中应用的越来越广泛。而电缆隧道会因为周遭环境产生弯曲，或者水平高度上发生变化，无法通过相邻工井确定隧道准确位置，为测绘工作带来困难；又因为隧道内无法接收gps信号，只能通过已知位置点依次测量未知测量点，造成误差的叠加，使测量误差越来越大，以往的测量方法由于受条件的限制，实则就是依靠施工方的竣工资料及设计资料，所以电缆隧道的测量工作由于测量误差的不断叠加，经常会出现超过允许误差的情况。

当前主要依靠全站仪和水准仪等测绘仪器，采用人工画线的方法进行电力电缆隧道轴线的测量。测站坐标由控制点引线测量计算得到，联系测量由铅锤直接传递，隧道轴线点通过钢尺画线求得，以上者三个环节均存在较大的误差，其中某些电缆隧道施工方提供的竣工资料，与测绘院测绘结果相差最大可达0.52m。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多级控制网测量输电电缆隧道轴线的方法。本发明将多级控制网测量方法运用到电力电缆隧道轴线测量，通过该方法可以精准测绘电缆位置，定位隧道电缆，满足110kv及以上电压等级输电电力电缆隧道测量精度为≤0.1m的要求，同时方便日后的检修和维护工作。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多级控制网测量输电电缆隧道轴线的方法，该方法包括以下步骤：

s1、依次进行首级控制网测量和平面联系测量，获得地下导线坐标控制点的坐标；

s2、依次进行高程控制网测量和高程联系测量，获得地下导线高程控制点的高程；

s3、结合地下导线坐标控制点的坐标和地下导线高程控制点的高程，进行隧道内导线控制点布设；

s4、最后进行电缆隧道轴线确定。

步骤s1中的首级控制测量具体为：通过gps系统获取地面坐标控制点的坐标。

步骤s1中的平面联系测量是根据地面坐标控制点坐标获取地下导线坐标控制点坐标。

平面联系测量具体为：

sa1、将已测得的地面坐标控制点坐标，引测至竖井井口附近的近井点，得到近井点坐标；

sa2、根据近井点坐标，利用竖井内悬吊的吊锤线，采用双测站极坐标测量方法，得到吊锤线悬吊点的坐标值，同时得到悬吊点地下坐标值；

sa3、井下设置地下导线坐标控制点，根据悬吊点地下坐标值，计算地下导线坐标控制点的坐标和方位角。

根据悬吊点地下坐标值，计算地下导线坐标控制点的坐标，具体公式为：

xb1、yb1分别为地下导线坐标控制点的横、纵坐标；分别为悬吊点横、纵坐标；s1地下导线坐标控制点与吊锤线的测距；α1为边s1对应的坐标方位角；

计算地下导线坐标控制点的方位角公式为：

αb1b1'为地下导线坐标控制点的方位角；xb1'、yb1'分别为另一地下导线坐标控制点的横、纵坐标。

步骤s2中的高程控制网测量具体为：获得地面高程控制点的高程。

步骤s2中的高程联系测量是根据地面高程控制点的高程获得地下导线高程控制点的高程。

高程联系测量具体为测得地面高程控制点的高程，竖井内悬吊钢丝，获得与地面高程控制点高程一致的钢丝标记a2，设置地下导线高程控制点，获得与地下导线高程控制点高程一致的钢丝标记b2，通过测量钢丝标记a2与b2之间的钢丝长度获得地下导线高程控制点的高程。

步骤s3中的隧道内导线控制点布设具体为布设地下导线坐标控制点和地下导线高程控制点，设置地下导线坐标控制点和地下导线高程控制点重合。

步骤s4中的电缆隧道轴线确定具体为：将按照每10米间隔测得的轴线点连接起来即得电缆隧道轴线。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、总体方案测量误差小：测量分级设置，各级均进行精度和误差控制，满足110kv及以上电压等级输电电力电缆隧道测量精度为≤0.1m，相比于现有技术，大大降低了测量误差；

2、导线坐标测量准确性高，受外界环境影响小：首级控制网测量采用静态gps系统对控制点坐标进行采集和计算，确保了数据的准确性；

3、地下坐标控制点坐标测量精度验证：由于平面联系测量中有多余观测，使得实验结果可以得到验证，可采用间接平差的方法计算和评价地下坐标控制点的坐标，并求出导线的坐标方位角；

4、隧道内地下坐标控制点和地下高程控制点布置，控制精度：地下坐标控制点和地下高程控制点重合，便于碎步点测量。

附图说明

图1为多级控制网测量输电电缆隧道轴线的方法示意图；

图2为静态gps获取地面坐标控制点坐标原理图；

图3为竖井联系测量剖面示意图；

图4为平面联系测量推导四边形示意图；

图5为电力隧道井高程传递示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

多级控制网测量技术对测量进行了分步，分为首级控制网、高程控制网、联系测量和高程控制，结合电缆轴线测量的需要，设计的总体测量方案如图1所示。该方法将最终的误差进行了有效的分解，每一步都必须控制好误差及误差的传播，根据每一步的误差大小，选择合适的仪器和方法。初步设计以下四步，每环节按照1cm精度进行控制。

s1、依次进行首级控制网测量和平面联系测量，获得地下导线坐标控制点的坐标；

s2、依次进行高程控制网测量和高程联系测量，获得地下导线高程控制点的高程；

s3、结合地下导线坐标控制点的坐标和地下导线高程控制点的高程，进行隧道内导线控制点布设；

s4、最后进行电缆隧道轴线确定。

1.首级控制网测量

首级控制网将采用静态gps系统对控制点坐标进行采集、计算，该方法与之前采用的控制点推算法，具有准确性高、受外界环境影响小等优点。静态gps获取控制点坐标方法如下图2所示：

使用时，作业人员需根据最近图纸，定位测量点，并保证定位点与图纸给定点误差范围≤0.5m；需根据测量需求情况，布置gps设备，一般要求gps台数≥4台；gps架设点须与1确定的定位点一致；卫星高度角设定为≥15°；注意使用过程中，天线安置严格整平、对中，天线标志线指向正北，仪器天线高量取3次，分别是测前、测中、测后，取平均值，每次从3个方向量取，数据采样间隔设定为15秒。

2.高程控制网测量

对于电缆隧道轴线测量，需利用精密水准仪及配套的铟瓦水准标尺，按《国家一、二等水准测量规范》二等水准测量要求进行外业测量。为了便于高程的传递，需要在每个井口都留有相应的高程控制点，将所有井口的高程控制点与已知控制点串联成一条符合的二等水准路线。

3.平面联系测量

竖井联系测量新方法的测量原理是：在进行联系测量之前，首先按照三等导线测量精度，将竖井附近的地面控制点坐标，引测到井口附近，埋设两个近井点a1、a1’，如图3所示。利用全站仪在已知地面控制点上测量a1、a1’的坐标；在竖井内悬吊两根吊锤线o1、o2(吊锤线o1、o2的间距尽可能地大)，在吊锤线上、下部固定塑料反射片；然后,全站仪分别架设在近井点a1、a1’上，采用双测站极坐标测量的方法，测量后视边到o1、o2的角度以及测站到o1、o2的距离，此时的距离测量全部为全站仪对反射片的直接测距；再利用双测站极坐标的测量原理，可计算出吊锤线o1、o2在地面坐标系统中的坐标值。o1、o2的坐标计算公式为

其中sa1o1为a1-o1边的平距观测值，分别为o1点的横、纵坐标，xa1、ya1分别为a1点的横、纵坐标，为后视边到o1的角度。

同理可通过a1’求出吊锤线o1的地面坐标类似，通过点a1、a1’,可得另一条吊锤线o2的地面坐标因此,两吊锤线分别有两套坐标,两套坐标可相互比较、相互检核,以确保两吊锤线地面坐标测量的精度。当两测站分别测量的o1、o2坐标差值小于2mm后,取它们的均值作为o1、o2坐标的最后值。这样就将地面控制点的坐标和方位角传递到吊锤线o1、o2上。

如图3所示,获得吊锤线的地面坐标后,分别在井下布设的导线点b1、b1’上架设仪器，按地面上相同的测量精度,测量测站到o1、o2的角度以及测站到o1、o2的距离s1、s2，井下的距离测量也全部为全站仪对反射片直接测距；由于吊锤线o1、o2的坐标值已求得，故可反算o1、o2的平距s3；通过上述观测角及观测平距，利用正弦定理，进而可求得b1、b1’两点在地面坐标系统中的坐标值。平面联系测量推导四边形如图4所示，这一过程的测量计算原理为：

s2为b1o2的测距值；

s3为o2o1的测距值；

α为b1o1与o2o1的夹角；

θ为b1o1与b1o2的夹角；

分别为o1点的横、纵坐标；

分别为o2点的横、纵坐标；

再通过吊线o1的坐标，计算出点b1的坐标为：

xb1、yb1分别为地下导线坐标控制点的横、纵坐标；s1为o1b的测距值，即地下导线坐标控制点与吊锤线的测距；α1为边s1对应的坐标方位角；

实际上在三角形o1o2b1中，o1、o2点的坐标是已知的,根据观测值s1、s2和s3在计算b1点的坐标时，有一个多余观测,因此也可以采用间接平差的方法,计算和评定b1点的坐标和精度，同样b1’点坐标的计算也可采用间接平差的方法。

有了b1、b1’两点的坐标，就可求出井下导线起始边的坐标方位角

xb1、yb1分别为b1点的横、纵坐标；

xb1’、yb1’分别为b1’点的横、纵坐标；

αb1b1'为地下导线坐标控制点的方位角。

这样,就将吊锤线o1、o2的坐标和方位角传递到地下b1、b1’点和边b1b1’上了,也就是将地面控制网中的坐标、方向经由竖井传递到地下了。

4.高程联系测量

电力隧道井的高程传递如图5所示，其任务是根据地面上水准点a2的高程，求出井下水准点b2的高程。

在a2、b2点上立水准尺，电力隧道井中悬挂钢丝。水准仪在水准尺上读数a1、b2，在钢丝上只能作记号b1、a2。则b2点高程为a2-b1的值。

为了求出(a2-b1)的长度，一般在地面上先量出m、n两桩间长度，当用绞车绕起细钢丝时，就可用m、n两桩度量b1和a2两个记号间的长度，余长用钢尺量出，即可求得(a2-b1)的值。

5.隧道内精密导线及高程控制

由于隧道井间的距离较长，且隧道有一定的弯度和坡度，导致两井间无法进行通视，隧道井下按照技术设计进行四等导线的布设，根据隧道内实际的通视条件合理布设导线控制点，点间距不一定能满足四等导线的技术要求，但施测时按照四等导线的精度进行；考虑到三维坐标，我们将高程控制点与导线点重合，便于今后碎步点测量，隧道内高程控制点按照二等水准的技术要求进行测量，将各进口的所传递的点串联成一条符合的水准路线，检测各传递点的精度和隧道内二等水准的精度。

6.隧道轴线测量

在完成隧道内导线和高程控制点的加密的情况下，用全站一站一站进行轴线的测量，每10米间隔测量一个轴线点。根据隧道的内径，事先准备好水平尺、棱镜，棱镜安装在水平尺的中间(中点)，当水平尺的水平气泡居中了，棱镜所在平面位置即为隧道轴线的位置，高程再根据水平尺的长度及隧道内径，运用勾股定理计算得到，最后将10米间隔的点连接起来，即为电缆隧道的轴线。

7、测量实例：

本次世博隧道轴线测量采用上海市城建坐标，高程采用吴淞高程系统，选用经上海市测绘院竣工测绘的世博隧道龙阳路—锦绣路路段作为样本标准，对比了7-14号竖井的30个工井测量点运用上述多级电缆隧道测量方法的测量精度，测量结果和误差统计情况如下表1所示：

表1复测数据对比中误差情况统计表(单位：米)

通过上标可以看到，利用多级控制网测量方法对世博隧道龙阳路—锦绣路路段的7-14号竖井的30个工井隧道轴线进行了测量，对比上海市测绘院竣工测绘结果，可以看到偏差都在0.1m以内，满足测量精度要求。

本发明将多级控制网测量方法运用到电力电缆隧道轴线测量，通过首级控制网、高程控制网、联系测量和高程控制这几个环节的分析，综合出利用多级控制网测量隧道轴线的方法，并将该方法在世博隧道龙阳路—锦绣路路段进行了应用，测量结果表明，该方法准确性好，具有良好的适用性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。