一种用于高塔塔顶构造物精密三维定位的方法与流程

本发明涉及工程测量领域，具体而言，涉及用于高塔塔顶构造物精密三维定位的方法。

背景技术：

目前，大桥进行高塔塔顶构造物定位工作，需对构造物进行高精度安装，其控制指标有时需精确到1mm。

由于钢塔受日照及风力的影响，导致高塔本身一直处于变形之中。采用传统极坐标法进行放样特征点，经过精度估算，当采用0.5”级全站仪进行测量，距离取500m，其平面定位精度为正负2.37mm，外加高塔自身的变形量，难以达到定位精度正负1mm的要求。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种用于高塔塔顶构造物精密三维定位的方法，以解决现有的测量方法因高塔本身一直处于变形状态，而无法达到高塔定位精度1mm的要求。

本发明的实施例是这样实现的：

一种用于高塔塔顶构造物精密三维定位的方法，其包括两部分，第一部分为：在高塔上选取e点，求取e点的平面坐标，第二部分为：在高塔上选取e点，求取e点的高程；然后即可通过已知平面坐标的e点和已知高程的e点对高塔塔顶构造物进行三维定位；

其中，第一部分包括以下步骤：

1)在e点四周选取四个控制点，依次记为a点、b点、c点和d点；其中b点和d点分别位于e点的前后两侧，a点和c点分别位于e点的左右两侧；

2)将全站仪架设在a点，将基座棱镜架在b点和d点，在e点架设对中杆，并且对中整平；测量a点的温度气压，对全站仪里进行温度气压修正；在a点用全站仪分别瞄准b点、e点、d点进行全圆观测水平角，以得到∠bae和∠dae的值；并测得ab、ae、ad的距离；每个角度和距离数据通过多次测量取平均值的形式获得，每个数据测量次数至少为三次；

3)将全站仪架设在b点，将基座棱镜架在a点和c点，在e点架设对中杆，并且对中整平；测量b点的温度气压，对全站仪里进行温度气压修正；在b点用全站仪分别瞄准a点、e点、c点进行全圆观测水平角，以得到∠abe和∠cbe的值；并测得ba、be、bc的距离；每个角度和距离数据通过多次测量取平均值的形式获得，每个数据测量次数至少为三次；

4)将全站仪架设在c点，将基座棱镜架在b点和d点，在e点架设对中杆，并且对中整平；测量c点的温度气压，对全站仪里进行温度气压修正；在c点用全站仪分别瞄准b点、e点、d点进行全圆观测水平角，以得到∠bce和∠dce的值；并测得cb、ce、cd的距离；每个角度和距离数据通过多次测量取平均值的形式获得，每个数据测量次数至少为三次；

5)将全站仪架设在d点，将基座棱镜架在a点和c点，在e点架设对中杆，并且对中整平；测量d点的温度气压，对全站仪里进行温度气压修正；在d点用全站仪分别瞄准a点、e点、c点进行全圆观测水平角，以得到∠ade和∠cde的值；并测得ad、ed、cd的距离；每个角度和距离数据通过多次测量取平均值的形式获得，每个数据测量次数至少为三次；

6)对于步骤2)-步骤5)中的得到的角度和距离中的重复数据，取平均值作为该角度或距离的值；

7)根据步骤2)-步骤6)得到的最终角度和距离的值，利用边角网的平差方法进行平差处理，得到点平面位置；

第二部分包括以下步骤：

8)将一个全站仪架设在a点附近5m处，另一个全站仪架设在e点附近5m处，两个对中杆分别架设在a点及e点上；

9)用温度计和气压计分别测得a点及e点的温度气压，进行全站仪温度气压改正，并利用激光温度计测量高塔的温度；

10)用全站仪分别瞄准a点及e点的棱镜测得其竖直角及平距，每个数据测量至少三个测回，取其平均值；

11)交换全站仪及棱镜位置，重复步骤10)；

12)利用测得平距及竖直角计算ae两点的高差，并利用公式t＝0.000012*δh*δt将高差换算到此高塔处平均温度20℃时的高差，其中，△h为高塔顶至承台高差，△t为激光温度计测得温度至20℃的温差；

13)以b点替代a点重复步骤8)-步骤12)，得到be两点的高差；

14)利用附合导线的平差方法对高程进行平差处理，得到e点的高程；

然后对构造物进行三维定位,步骤如下：

15)将全站仪架设在e点处，对中整平并进行温度气压修正，后视高程点e，调整仪器高至e点高程与其理论高程一致；

16)后视500m外一处后视点，进行后视定向，以对高塔进行坐标放样。

可选地，所述全站仪采用精度0.5”的ts30型全站仪。

可选地，对于步骤2)-步骤5)中的得到的角度和距离中的重复数据每个数据至少8个测回。

本方案中的用于高塔塔顶构造物精密三维定位的方法，利用四个控制点分别得到位于高塔上的e点的平面坐标和e点的高程，然后可通过短视线极坐标法对高塔进行定位，由于e点和e点位于高塔上，测量过程中随动，从而减小了塔变形带来的误差，能够达到毫米级的定位精度，有效保证钢塔的安装质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1中示出了测e点平面坐标时e点和四个控制点的位置关系；

图2中示出了测e点高程时a点/b点和e点及其附近的全站仪布置方式。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，本发明的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本发明的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

配合参见图1和图2，本实施例提供一种用于高塔塔顶构造物精密三维定位的方法，其包括两部分，第一部分为：在高塔上选取e点，求取e点的平面坐标，第二部分为：在高塔上选取e点，求取e点的高程；然后即可通过已知平面坐标的e点和已知高程的e点对高塔塔顶构造物进行三维定位；

其中，第一部分包括以下步骤：

1)在e点四周选取四个控制点，依次记为a点、b点、c点和d点；其中b点和d点分别位于e点的前后两侧，a点和c点分别位于e点的左右两侧；

2)将全站仪架设在a点，将基座棱镜架在b点和d点，在e点架设对中杆，并且对中整平；测量a点的温度气压，对全站仪里进行温度气压修正；在a点用全站仪分别瞄准b点、e点、d点进行全圆观测水平角，以得到∠bae和∠dae的值；并测得ab、ae、ad的距离；每个角度和距离数据通过多次测量取平均值的形式获得，每个数据测量次数至少为三次；

3)将全站仪架设在b点，将基座棱镜架在a点和c点，在e点架设对中杆，并且对中整平；测量b点的温度气压，对全站仪里进行温度气压修正；在b点用全站仪分别瞄准a点、e点、c点进行全圆观测水平角，以得到∠abe和∠cbe的值；并测得ba、be、bc的距离；每个角度和距离数据通过多次测量取平均值的形式获得，每个数据测量次数至少为三次；

4)将全站仪架设在c点，将基座棱镜架在b点和d点，在e点架设对中杆，并且对中整平；测量c点的温度气压，对全站仪里进行温度气压修正；在c点用全站仪分别瞄准b点、e点、d点进行全圆观测水平角，以得到∠bce和∠dce的值；并测得cb、ce、cd的距离；每个角度和距离数据通过多次测量取平均值的形式获得，每个数据测量次数至少为三次；

5)将全站仪架设在d点，将基座棱镜架在a点和c点，在e点架设对中杆，并且对中整平；测量d点的温度气压，对全站仪里进行温度气压修正；在d点用全站仪分别瞄准a点、e点、c点进行全圆观测水平角，以得到∠ade和∠cde的值；并测得ad、ed、cd的距离；每个角度和距离数据通过多次测量取平均值的形式获得，每个数据测量次数至少为三次；

6)对于步骤2)-步骤5)中的得到的角度和距离中的重复数据，取平均值作为该角度或距离的值；

7)根据步骤2)-步骤6)得到的最终角度和距离的值，利用边角网的平差方法进行平差处理，得到点平面位置；

第二部分包括以下步骤：

8)将一个全站仪架设在a点附近5m处，另一个全站仪架设在e点附近5m处，两个对中杆分别架设在a点及e点上；

9)用温度计和气压计分别测得a点及e点的温度气压，进行全站仪温度气压改正，并利用激光温度计测量高塔的温度；

10)用全站仪分别瞄准a点及e点的棱镜测得其竖直角及平距，每个数据测量至少三个测回，取其平均值；

11)交换全站仪及棱镜位置，重复步骤10)；

12)利用测得平距及竖直角计算ae两点的高差，并利用公式t＝0.000012*δh*δt将高差换算到此高塔处平均温度20℃时的高差，其中，△h为高塔顶至承台高差，△t为激光温度计测得温度至20℃的温差；

13)以b点替代a点重复步骤8)-步骤12)，得到be两点的高差；

14)利用附合导线的平差方法对高程进行平差处理，得到e点的高程；

然后对构造物进行三维定位,步骤如下：

15)将全站仪架设在e点处，对中整平并进行温度气压修正，后视高程点e，调整仪器高至e点高程与其理论高程一致；

16)后视500m外一处后视点，进行后视定向，以对高塔进行坐标放样。

在采用该方法的某次实际测量中，测得的偏移量为0.4mm，达到毫米级精度。

可选地，全站仪采用精度0.5”的ts30型全站仪。可选地，对于步骤2)-步骤5)中的得到的角度和距离中的重复数据每个数据至少8个测回，以进一步确保数据的可靠性。

综合以上描述，本方案中的用于高塔塔顶构造物精密三维定位的方法，利用四个控制点分别得到位于高塔上的e点的平面坐标和e点的高程，然后可通过短视线极坐标法对高塔进行定位，能够达到毫米级的定位精度，有效保证钢塔的安装质量。即该随动短视线极坐标法进行三维定位，能够实现毫米级的定位精度，符合工程要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。