毕业设计（论文）-沈阳城北区电力施工基础测量设计.doc

本 科 毕 业 设 计 (论 文)沈阳城北区电力施工基础测量设计Shenyang Seongbuk electricity infrastructure construction measurement design学 院： 测绘工程学院 专业班级： 测绘工程 测绘121 学生姓名：指导教师：2016 年 6月淮海工学院本科生毕业设计（论文）诚信承诺书 1.本人郑重地承诺所呈交的毕业设计（论文），是在指导教师的指导下严格按照学校和学院有关规定完成的。2.本人在毕业设计（论文）中引用他人的观点和参考资料均加以注释和说明。3.本人承诺在毕业设计（论文）选题和研究过程中没有抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。4.在毕业设计（论文）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。 毕业设计（论文）作者签名： 年 月 日毕业设计（论文）中文摘要沈阳城北区电力施工基础测量设计摘 要： 本次设计参考了国内外电力基础测量的测算方法和相关文献，对电力基础设施建设之前的测绘工作进行设计。主要内容是先通过分析已有资料来布设GPS控制网并对其进行精度分析，方案对比之后再进行外业施工。论述工程测量的整个作业流程、各个作业环节的技术要点与要求，为指导实际测量作业提供技术依据。设计中还包括一些精度估算和地形图绘制等内业处理过程，涉及的内容基本将基础测量部分完美的涵盖其中，对大地测量学、GPS、工程测量学等学科进行最基本的总结和归纳。理论知识与实际设计相结合是本次设计的主要意义。关键词： GPS；控制网；投影变形：施工放样毕业设计（论文）外文摘要Shenyang Seongbuk electricity infrastructure construction measurement design Abstract: The design reference to domestic and international power base calculation method and the measurement of the relevant literature, the electricity infrastructure before mapping the design work.The main content is to be laid through the analysis of existing data to GPS control network and its accuracy analysis, and then outside the industry after construction scheme comparison.It discusses the entire workflow engineering survey, operational aspects of techniques and requirements to provide the technical basis for the guidance of the actual measurement operation.The design also includes some accuracy estimation and topographic mapping and other industries within the process, covering the base covers basic measuring perfect portion wherein for geodesy, GPS, surveying and other engineering disciplines basic review and summarize.Theoretical knowledge and practical design combined are the main significance of this design.Key words: GPS; control network; Projection Deformation: construction lofting目 录1绪论11.1研究的目的意义11.2国内外研究现状11.3研究内容22.测区概况22.1测区范围22.2地理环境和自然资源33.已有资料分析34.设计依据55平面控制测量方案设计65.1投影变形数据计算65.2精度等级及技术指标75.3控制网形设计85.4控制网精度估算115.5控制网方案评估195.6控制网施测206高程控制测量方案设计267地形图测绘267.1地形图分幅编号267.2碎部点数据采集278施工测量方案设计288.1建标埋石288.2施工放样298.3放样方法与流程309工作进程表及经费预算339.1 工作进程表339.2 经费概预算339.3 提供成果资料34结 论35致 谢36参 考 文 献37第 40 页 共 38 页淮海工学院二一六届本科毕业设计1 绪论1.1 研究的目的意义 随着城市化的加剧，电力设施成为人们生活中最基础的设施之一。所以电力设施的构建则成为这一切的基石，所以在测量行业里电力基础测量则是其中一个重要的分支。几十年国内外的研究，从设计到施工，再到后期的监测，从整体到局部都能够形成完整的体系。本文现在我们研究的着重点在于其中的测量环节，我们要做的就是怎样选择最佳的测量方案。近年来国家大局势强调我们工作中要在保障质量的同时去用尽量少的资源去做最合理的工作，所以我们要从技术、经济、操作等方面进行最优的设计去完善整个工作。 放线施工在整个输电线路设计中是一道重要的程序，其最大的特点就是作业面广，常常会绵延数里甚至数十里。这就必须要整个线路上的所有人员都必须紧密的结合，工作衔接搭配要有序协调。任何一个任务点的失误都可能导致整个线路的崩溃，产生的影响会非常大，因此选择适宜的方法或者适宜的工具技术将对线路施工产生非常重大的意义。 此研究的另一个意义在于线路施工特别是电力线路施工必然存在的人员安全问题，因其必然的高空作业等导致的风险性极高，所以良好的方法和先进行的技术仪器都可尽量减小这一工作的风险，也可以更加高效的完成整个作业的过程，为整个项目奠定良好的基础。 通过本研究，掌握最基础的测绘工程设计的理论、方法和程序。特别在次项目中，沈阳城北区电力基础测量中进一步巩固和加深测绘技术和工程测量的理论知识。培养学生独立分析和解决问题的能力、系统的工程设计、专业软件的应用、撰写工程技术文件等能力。1.2 国内外研究现状 我国电力基础设施网的建设在近年来发展极其的迅速，其中农业用电网以及城市用电网的复杂程度也渐渐的提高，所以对于供电的质量我们要求的也是越来越高。对于建造电网来说曾经过去的测量不能说是淘汰，但是已经很满足于现在的工作要求。我们国家面临的就是怎样去采用新的技术、新的仪器、新的方法让我们的工作衔接上世界最先进的技术步入自动化和现代化。目前国家电网加大了对电力GIS 的重视程度，促进了电力GIS 的发展与普及。 美国电科院（EPRI）定义了智能电网的新概念：智能电网应该有很多个能够自动化的输电配电系统，能够高效、可靠的运行。面对国家迫切的需求能够达到要求，不论是时间亦或是质量都能够达到目标。多结合现代的通讯技术，在最快速的时间内作出最正确的反应，传输数据的信息流。从经济、安全等方面都可以为国家和用户提供服务。 IBM提出了智能电网的解决方案：一是传感器的改革，良好的传感器能够提高电力设备数字化程度；二是对于数据的重视，包括数据的整合体系和收集；三是要提高数据的分析能力、运行能力和管理能力。 我国对于智能电力网络的定义是：智能电网代表的是一个可以完全做到自动化的供电网络，在这个网络体系之中的每个节点都要做到能够监控的到，并且还要实时快速的。从发电厂到用户，再从用户到发电厂所有的数据流和信息流都可以双向沟通。1.3研究内容 主要内容： （1）我们在做设计之初要准备足够的资料，其中比较重要的就是参考文献、已有的点资料、技术依据、当地的人文材料等； （2）本设计中运用的GPS静态测量方法、数据的分析、控制网的布设、精度解算、内业数据的解算等等； （3）测量之前对测区进行多方面的了解，以免在测量期间或者结束不了解当地的政策、障碍物以及天气出现失误； （4）内业处理建模要选择合适的坐标系，还要在其中分析一下各种因素对于整个设计的影响，多参考当地资料结合地方特点； （5）控制网布设结束外业放样要按照规范，运用到RTK动态测量时要有完整的思路，结合实际的情况； （6）结尾要进行工程的概预算，包括仪器、人工、成果等费用。总结设计并做出结束语。2 测区概况2.1 测区范围 沈阳是辽宁省省会，又称盛京，奉天，位于中国东北地区，地处东北亚经济圈和环渤海经济圈的中心，是珠三角、长三角、京津冀地区通往关东地区的必经之路连接东北与关外的交通枢纽。沈阳全市总面积约1.3万平方公里，市区面积3495平方公里。 本次研究的测量区域位于沈阳市的城北区，是由辽宁省电力设计院对该区域建设输电线路和电塔的测绘基础测量设计，该测量区域面积约40平方公里，测区周长约为28公里。位于沈阳市城北区，以杭州路和虎石台北大街交叉路的已知控制点为起点，终止于财落镇的已知控制点。电力线路建设的基础测量不比其他测量应用，应严格按照电力法与森林法等法规来选址测量。所以该测量区域附近没有大型森林和较高建筑物，适合电力基础设施的建设符合相关规定。2.2 地理环境和自然资源 沈阳位于中国东北地区南部，辽宁省中部，以平原为主，山地、丘陵集中在东南部，辽河、浑河、秀水河等途经境内。沈阳森林面积为14.7万公顷，草场面积为8.2万公顷。水资源总量为32.6亿立方米，其中地表水面积11.4亿立方米，地下水21.2亿立方米。已发现各类矿产 36 种，其中探明储量的矿种13种，煤20亿吨，天然气储量107亿立方米。3 已有资料分析 该测量区域是由辽宁省电力设计院选定，已有的资料包括已有的控制点坐标与高程。已知控制点的分布如图3-1所示：图3-1控制点分布图 该已知点是大地坐标系下的当地控制已知点，命名为点1、9、12这三个点。本次设计的控制网均以这三个已知点为基础来设计，该三个点的坐标如下表：表3-1已知控制点的坐标与高程点名XYH备注点14701217.4569981290956.32466764.485完好点94703180.4551991284122.12381251.000完好点124699090.9496051280600.95295448.213完好 以上已知坐标是有辽宁省电力设计院提供，目前在北京-54大地坐标系下的坐标点。 已有的资料还包括辽宁省电力设计院提供的同样属城北区位于蒲南路和沈北路交界处的电力设施的巡检与管理资料，电力铁塔和通讯铁塔是非常通用的长距离传输线缆的中继支撑平台，在市区、山田、农田、戈壁等不同的地形地貌的情况下，施工和使用单位都需要对它们进行巡检和监管。 除了常见的人工巡检以外，近年来采用无人机结合激光和影像等自动化等巡查方法也逐渐成熟。于此同时，作为多地貌多地形的应用，地面激光和影响相结合的巡检方式也被广泛使用。这种地面数据采集方式可以更近距离的、更精确的得到现场的结构数据。 如下图2、3、4所示，辽宁省电力设计院针对城北区运用3D激光扫描仪来对一片已有的电力基础设施电力铁塔做出的巡查建模和管理的应用实例。图3-2 3D激光扫描仪做出的巡查建模图3-3 3D激光扫描仪做出的巡查建模图3-4 3D激光扫描仪做出的巡查建模4 设计依据 我们在设计GPS控制网中有可能涉及到的测量方法和技术要严格的按照测量的规范来进行。常用的依据有GPS的测量规范： （1）全球定位系统城市测量规范 国家建设部； （2）国家三角测量和精密导线测量规范； （3）一、二、三、四等三角测量细则； （4）工程测量规范（CJJ899）； （5）三、四等水准测量规范 国家技术监督局颁布； （6）1：500、1：1000、1：2000地形图图式； （7）CJ-12001-92全球定位系统（GPS）测量规范CJ-12001-92；5 平面控制测量方案设计5.1 投影变形数据计算 已有的资料中已知坐标点的大地经纬度和北京54坐标系下的坐标是可以知道的，整个测区处于东经1232512332和北纬422424之间。所以在进行设计之前，我们要先进行投影变形看平面控制网长度投影变形。将实地的长度化算到参考椭球面上产生的变形，其公式为： （5-1） 将参考椭球面上的长度投影到高斯平面上产生的变形，其公式为： （5-2）在上述计算公式中： 是观测长度所在的法截面上的参考椭球的曲率半径； H是观测长度所在高程面相对该椭球面的高差； 是实际观测值化成平距后的长度； 是观测长度两端点横坐标的平均值； 是观测区处的参考椭球平均曲率半径； 是投影到参考椭球面上的边长值。 现令上述公式中的（5-1）和（5-2）相加，即可计算长度投影变形比m，且令公式中的，所以可以求得： （5-3）其中与的单位为公里。在整个测区中的地势比较平坦，平均高程约为56.345m测区的经度范围：测区的纬度范围： 将其带入（5-3）可得出： 小于，所以本次设计的控制网使用国家E级GPS控制网。5.2 精度等级及技术指标 全球定位系统测量规范规定了各级的GPS控制网相邻点之间平均距离。最大距离可以是平均距离的2倍或者是3倍。具体关于独立环、时段要求等如下表5-1、5-2、5-3。表5-1 各级GPS控制网中相邻点之间的距离km项目级别AAABCDE平均距离10003007010-155-100.2-5表5-2 最简独立闭合环或附合路线边数的规定 级别ABCDE最简独立闭合环或符合路线的边数566810表5-3 GPS测量基本技术要求规定项目卫星截止高度角（）同时观测有效卫星数有效卫星总数观测时段时段长度(min)采样间隔S时段中任一卫星有效观测时间(min)E级15491.0453015表5-4 GPS控制网的主要技术要求等 级平均距离（km）a（mm）b（）最弱边相对中误差四 等2/45000表5-5 各级控制网接收机和测量要求级别AAABCD、E单频/双频双频/全波长双频/全波长双频双频或单频双频或单频观测量至少有L1、L2载波相位L1、L2载波相位L1、L2载波相位L1载波相位L1载波相位同步观测接收机数表5-6 GPS控制网精度分级级 别固定误差a(mm)比例误差系数E5.3 控制网形设计 通过已有的资料分析确定的已知点和测量区域，在一个统一的坐标系中，应用静态GPS布设平面控制网和高程控制网来确定这些点的坐标和高程。再应用这些点的信息来确定其他点位的信息进行施工的放样，或者其他的测量工作。这些具有控制意义的点称为控制点，这些控制点连成的网形就是控制网。 布设控制网重要的就是导线的布设，针对不同的应用选择不同的导线设计。下图为整个测量区域的卫星影像图： 图5-3 测量区域卫星影像图 布设原则：GPS网布设时必须选择所有距离较短的相邻点直接观测, 以便满足最弱边相对中误差的精度要求。 我们一般以三角形为基本的图形去布设GPS的静态控制网。三角形的优点就是几何强度相比于多边形要好，抗粗差的能力强，可靠性高。 根据相关资料分析，本次设计选用E级GPS控制网。上表5-1中表述了GPS网中相邻点之间的平均距离在0.2-5km之间，所以如下图所示点1为已知点，点2、点3、点4与点5均为控制点。如要要满足平均距离在限定的范围内成三角形网，GPS静态控制网形如下图所示： 图5-4部分区域控制点 图5-5网形布设样例 控制点的选择也有很多的限制，例如我们选择的点位的周围上空要无障碍物，还要去避免点位的周围有能够反射无线电信号的物体。距离电台、发射塔等这种大功率的无线电发射源最少也要200米远，距离高压线、变电所等这些的距离最少也要50米远。交通要有利于其他的测量和联测。 根据依据选择10个控制点，加上原有的3个已知点，设计的控制网一共13个控制点。如下图所示： 图5-6控制点的分布根据GPS控制网的布设依据来看，边连式的网形之间要用一条公共基线去连接。这样能够最大程度的去避免测量过程中的人为误差。其优点是具有大量的非同步闭合环以及大量的重复基线边，这对于内业数据解算和自检能力都是极好的选择。所以本次设计所采用的布网形式就是边连式网形，控制网布设如图所示： 图5-7方案一控制网形的布设 根据要求设计的第二种控制网形，抛弃第一种网形设计的六个控制点，新加入三个控制点14、15、16。连接网形如图所示：图5-8方案二控制网形的布设两种控制网形的图形参数分别为表5-7和表5-8表5-7图形参数图形参数周长面积测量单边长度范围三角形网角度范围控制点高程范围测量网图形参数28km351.72km-3.35km32-9248.213m-64.486m 表5-8图形参数图形参数周长面积测量单边长度范围三角形网角度范围控制点高程范围测量网图形参数24.5km22.51.93km-3.69km29-9748.213m-64.486m5.4 控制网精度估算近似坐标是根据和两个公式所得，其中和是表示两点之间的实际的坐标差，和是表示两点之间的图上的坐标差，是地形图的比例尺。第一种网形的精度利用COSA软件估算结果如下所示：近似坐标-Name X(m) Y(m)-1 4701217.457 1290956.3254 4700044.779 1287379.9305 4702708.328 1287178.4568 4700736.391 1283719.5779 4703180.455 1284122.12412 4699090.950 1280600.95313 4701695.387 1280641.7762 4703041.585 1289262.0003 4700068.161 1289543.8806 4702399.899 1285344.5857 4699456.634 1285693.94810 4702292.341 1282374.06811 4699554.116 1282180.566-方向估算结果-FROM TO TYPE VALUE(dms) M(sec) V(sec) RESULT(dms) Ri-1 2 L 0.000000 10.00 3.93 0.000393 0.491 3 L 273.443191 10.00 -3.93 273.442798 0.494 3 L 0.000000 10.00 5.79 0.000579 0.734 5 L 266.172026 10.00 -8.17 266.171209 0.744 6 L 229.464986 10.00 3.15 229.465301 0.744 7 L 161.230027 10.00 -0.77 161.225950 0.735 2 L 0.000000 10.00 -0.61 -0.000061 0.735 3 L 57.133625 10.00 15.11 57.135136 0.755 4 L 94.454972 10.00 -15.56 94.453416 0.755 6 L 179.323275 10.00 1.06 179.323381 0.748 7 L 0.000000 10.00 3.16 0.000316 0.798 6 L 281.224160 10.00 -3.85 281.223775 0.798 9 L 246.240035 10.00 6.58 246.240693 0.808 10 L 196.115162 10.00 -11.50 196.114012 0.798 11 L 109.310375 10.00 5.61 109.310936 0.789 6 L 0.000000 10.00 -4.13 -0.000413 0.659 8 L 66.475160 10.00 10.02 66.480162 0.669 10 L 120.305323 10.00 -5.88 120.304735 0.6512 11 L 0.000000 10.00 -6.69 -0.000669 0.4912 13 L 287.141775 10.00 6.69 287.142444 0.4913 10 L 0.000000 10.00 3.85 0.000385 0.6613 11 L 73.184927 10.00 -9.27 73.184000 0.6613 12 L 109.543592 10.00 5.42 109.544134 0.662 1 L 0.000000 10.00 -3.40 -0.000340 0.652 3 L 37.281549 10.00 9.23 37.282472 0.662 5 L 123.474860 10.00 -5.83 123.474277 0.633 1 L 0.000000 10.00 7.05 0.000705 0.723 2 L 303.440808 10.00 3.03 303.441111 0.743 5 L 267.174169 10.00 -20.56 267.172113 0.753 4 L 218.314714 10.00 10.48 218.315762 0.726 5 L 0.000000 10.00 0.33 0.000033 0.786 4 L 58.424505 10.00 -3.44 58.424161 0.796 7 L 92.464027 10.00 -0.79 92.463948 0.796 8 L 143.521508 10.00 -0.81 143.521427 0.796 9 L 222.053299 10.00 4.71 222.053770 0.767 4 L 0.000000 10.00 -5.45 -0.000545 0.637 6 L 282.274109 10.00 4.86 282.274595 0.667 8 L 232.104555 10.00 0.59 232.104614 0.6410 9 L 0.000000 10.00 -7.36 -0.000736 0.7310 8 L 76.043429 10.00 5.80 76.044009 0.7410 11 L 120.582769 10.00 -1.14 120.582655 0.7410 13 L 187.550922 10.00 2.70 187.551192 0.7211 8 L 0.000000 10.00 2.70 0.000270 0.7211 10 L 311.343531 10.00 -15.40 311.341991 0.7411 13 L 271.493838 10.00 3.04 271.494142 0.7511 12 L 201.110197 10.00 9.66 201.111163 0.71-方向最小多余观测分量:0.49( 1- 2)方向最大多余观测分量:0.80( 8- 9)方向平均多余观测分量:0.70方向多余观测数总和: 32.36-距离估算结果-FROM TO TYPE VALUE(m) M(cm) V(cm) RESULT(m) Ri-1 2 S 2489.3756 1.90 -1.43 2489.3613 0.361 3 S 1821.2046 1.47 -0.41 1821.2005 0.314 3 S 2164.0095 1.69 0.41 2164.0136 0.474 5 S 2671.1723 2.02 -1.39 2671.1584 1.004 6 S 3112.8109 2.31 0.20 3112.8129 0.794 7 S 1785.7316 1.45 -0.55 1785.7261 0.175 2 S 2110.3828 1.65 -0.89 2110.3739 0.135 3 S 3545.0336 2.60 -2.40 3545.0096 0.595 6 S 1859.5053 1.49 0.06 1859.5059 0.558 7 S 2352.7538 1.81 -0.94 2352.7443 0.398 6 S 2325.6790 1.79 -0.44 2325.6746 0.528 9 S 2476.9990 1.89 -0.57 2476.9932 1.008 10 S 2057.0126 1.62 0.19 2057.0145 0.308 11 S 1940.6815 1.54 1.68 1940.6984 0.559 6 S 1450.3953 1.25 0.32 1450.3984 0.419 10 S 1960.8256 1.56 -0.08 1960.8248 0.5612 11 S 1646.0863 1.36 1.29 1646.0992 0.4312 13 S 2604.7498 1.97 0.74 2604.7572 1.0013 10 S 1832.1696 1.48 0.21 1832.1716 0.5213 11 S 2636.7918 1.99 -1.48 2636.7770 0.422 3 S 2986.9986 2.23 1.34 2987.0121 0.346 7 S 2964.0374 2.21 0.71 2964.0445 0.3910 11 S 2744.9126 2.07 0.52 2744.9179 0.45-边长最小多余观测分量:0.13( 5- 2)边长最大多余观测分量:1.00( 4- 5)边长平均多余观测分量:0.51边长多余观测数总和: 11.64-估算坐标及其精度-Name X(m) Y(m) MX(cm) MY(cm) MP(cm) E(cm) F(cm) T(dms)-1 4701217.4570 1290956.32474 4700044.7790 1287379.93005 4702708.3283 1287178.45588 4700736.3906 1283719.57739 4703180.4552 1284122.1238 12 4699090.9496 1280600.9530 13 4701695.3869 1280641.77562 4703041.5680 1289262.3534 1.92 1.46 2.41 1.98 1.38 20.09553 4700067.8469 1289543.8206 1.68 1.23 2.08 1.74 1.15 159.32386 4702400.0626 1285344.6798 1.30 0.95 1.61 1.33 0.91 15.00117 4699456.6542 1285693.8318 1.78 1.24 2.17 1.78 1.24 1.142110 4702292.2591 1282373.9986 1.39 1.06 1.75 1.42 1.02 164.011311 4699554.1676 1282180.5325 1.44 1.14 1.83 1.53 1.01 152.5018-Mx均值: 1.58 My均值: 1.18 Mp均值: 1.97-最弱点及其精度-Name X(m) Y(m) MX(cm) MY(cm) MP(cm) E(cm) F(cm) T(dms)2 4703041.5680 1289262.3534 1.92 1.46 2.41 1.98 1.38 20.0955-网点间边长、方位角及其相对精度-FROM TO A(dms) MA(sec) S(m) MS(cm) S/MS E(cm) F(cm) T(dms)- 1 2 317.070660 1.55 2489.3613 1.52 164000 1.98 1.38 20.09551 3 230.513065 1.91 1821.2005 1.22 149000 1.74 1.15 159.32384 3 89.232122 1.60 2164.0136 1.23 176000 1.74 1.15 159.3238 4 6 319.100845 0.80 3112.8129 1.06 293000 1.33 0.91 15.0011 4 7 250.461493 1.99 1785.7261 1.32 136000 1.78 1.24 1.1421 5 2 80.545276 1.81 2110.3739 1.54 137000 1.98 1.38 20.09555 3 138.084473 0.72 3545.0096 1.67 212000 1.74 1.15 159.3238 5 6 260.272718 1.40 1859.5059 1.00 187000 1.33 0.91 15.0011 8 7 122.570651 1.44 2352.7443 1.41 167000