全站仪对边测量在跨河水准中的应用

1、中铁二十四局集团福建公司QC成果 全站仪对边测量在跨河水准中的应用 第2页 共17页中铁二十四局集团福建铁路建建设有限限公司QC成果全站仪对边边测量在跨河水准准中的应应用中铁二十四四局集团团福建公公司测量量QC小组2006年年2月20日第1页 共 1 页目录课题介绍 11小组概况 22选题理由 33确定目标 33方案选择 44制定对策 77实施阶段 88效果检查 122巩固措施和和标准化化 133总结及今后后的打算算 144附录：小组组活动记记录一览览表 155第22页 共 15 页课题介绍名词解释全站仪对边边测量：根据三三角高程程测量原原理和余余弦定理理，用全全站仪间间接地测测定远处处两测点

2、点间的斜斜距、平平距、高高差，如如图1所示。在在P点安置置全站仪仪，测量P至P1、P2的斜距S1、S2和竖直直角1、2，以及及水平角角，即可可求得P1P2的平距D和高差h。制 图：洪洪 淮 斌 日 期：20004年12月16日跨河水准：利用各各种技术术测量江江河两岸岸水准点点间高差的的过程。工程概况福州市湾边边大桥是是福（州州）至厦厦（门）高高速公路路复线工工程的配配套控制制工程，是是福建省省重点工工程。大大桥位于于福州市市湾边和和闽侯县县南屿，跨跨越福州州市两大大河流之之一的乌乌龙江，大大桥全长长18744m，其中中跨江部部分15500mm，主航道道宽约5500mm。该桥桥位靠靠近闽江江口，

3、每每天受两两次潮汐汐影响，退退潮时除除主航道道外均为为沙滩，徒徒步可通通行。主主航道水水深且急急，徒步步无法通通行。为了保证大大桥施工工放样的的精度，保保证大桥桥顺利合合龙，必必须对设设置在两两岸上的的水准基基点进行行联测。课题难点和和特点河面宽：既既使在完完全退潮潮期间，河河面宽度度仍有5500mm左右；精度高：规规范规规定桥梁高高程施工工控制网网中，跨跨河两水水准点间间高差的的中误差差2mmm；仪器少：公公司没有有跨河水水准测量量所需的的高精度度水准仪仪和特制制觇牌；时间紧：建建设单位位要求在在1月28日前举行行开工典典礼，为为此项目目部要求求在1月21日前完成成大桥的的平面、高高程控制制

4、测量及及施工复复测工作作。小组概况小组概况小组名称中铁二十四四局集团团福建公公司测量QC小组注 册 号号FTJS:20005-0010-0122小组类型创 新 型成立日期2004年年12月 1日登记日期2004年年12月 1日重新登记日日期2005年年1月10日小组人数5人QC教育时时间平均48小小时以上活动时间2004.12.1020005.33.100活动次数8次制 表：洪洪 淮 斌 日 期：20004年12月 1日主要成员序姓 名性别年龄职 称文化程度组内职务及及分工1洪淮斌男32工程师大学组 长2王 澄男28助 工大学副 组 长长3林 凡男29助 工中专对策实施记录整整理4戴天荣男34

5、工程师大专对策实施资料收收集5刘传标男62高 工大学技术顾问制 表：洪洪 淮 斌 日 期：20004年12月 1日选题理由湾边大桥是是福建省省重点工工程，业业主、公公司、项项目部对对该工程程的施工工提出了了很高的的要求；湾边大桥主主桥为45+990+1106+90+45m单肋拱拱加劲V型撑刚刚构连连续梁，引引桥为预预应力连连续箱梁梁，高程程控制是是施工的的关键之之一；规范对对跨河水水准点间间高差提提出了很很高的要要求；公司目前没没有配备备跨河水水准测量量所需的的高精度度水准仪仪。确定目标活动目标活动目标活动目标精确：跨河水准点间高差中误差2mm高效：按业主要求的时间完成测量制 图：洪洪 淮 斌

6、 日 期：20004年12月13日可行性分析析小组成员具具有丰富富的工程程测量经经验，扎扎实的理理论基础础；小组成员具具有良好好的团队队精神和和很强的的创新能能力；公司和项目目部领导导非常重重视工程程实施的的每一个个环节，并并且在人人员、设设备等方方面给予予大力支支持。经过分析论论证，小小组成员员一致认认为此目目标能够够实现。方案选择制定方案通过熟读规规范、查查阅各种种专业测测量书籍籍、向兄兄弟单位位咨询，结结合现场场地形条条件和以以往的施施工测量量经验，我我们初步步拟定了了三种可可行的跨跨河水准准测量方方案。跨河水准测测量方案案编号测 量 方方 案所 需 的的 仪 器 设 备一传统的跨河河水

7、准测测量S1或S00.5高高精度水水准仪，特特制觇牌牌二光电测距三三角高程程测量全站仪或光光电测距距仪三全站仪对边边测量全 站 仪制 表：王王 澄 日 期：20004年12月17日方案比选为了保证跨跨河水准准测量方方案经济济可行、结结果准确确可靠，并并能如期期完成，我我们运用用头脑风风暴法，对对三个方方案的优优、缺点点进行细细致、全全面的分分析讨论论，为下下一步方方案评估估以及确确保方案案顺利实实施打下下坚实的的基础。跨河水准测测量方案案优、缺缺点对照照表优点缺点方 案 一规范及及各专业业书籍中中对观测测的等级级、方法法、限差差均有明明确规定定，按部部就班即即可顺利利完成测测量任务务；有成熟的

8、经经验可供供借鉴；结果的可靠靠性和准准确性较较高；需购置两台台高精度度水准仪仪；需专门制作作观测用用的觇牌牌；需两台仪器器同步对对向观测测；测量操作较较为繁琐琐，而且且要求严严格，对对观测者者、立尺尺者均有有较高要要求；方 案 二不需要另购购仪器，可可直接利利用公司司现有的的仪器；可收集到相相关的经经验供参参考；需对向观测测，要求求对向观观测的大大气条件件相同或或相近，受受天气尤尤其是大大气折光光的影响响很大；测量时间较较长；测角的精度度要求很很高，远远距离的的高差精精度很难难保证；可供参考的的成功经经验不多多；方 案 三不需要另购购仪器，可可直接利利用公司司现有的的仪器；一次置镜即即可完成成

9、观测，受受天气和和环境条条件的影影响小；结果直接显显示，人人为误差差小；测量操作简简单、快快捷；结果的可靠靠性和准准确性较较高；可供参考的的资料很很少；棱镜高度的的量取误误差较大大；对全站仪的的精度、稳稳定性、可可靠性要要求较高高；制 表：洪洪 淮 斌 日 期：20004年12月23日方案分析及及评估为了保证测测量结果果准确可可靠，并并用最经经济的方方案顺利利完成跨跨河水准准测量任任务，我我们在对对三个测测量方案案的优、缺缺点进行行比较的的基础上上，进一一步对其其可行性性进行分分析，并并在小组组内采用用民主的的方法对对这三个个方案进进行评估估，由此此得出最最终的结结论。方案评估时时我们借借鉴了

10、加加权平均均的做法法，经过过充分的的讨论，我我们筛选选出下4个因素素作为测测量方案案评估的的主要因因素，并并根据测测量专业业的特点点确定了了各因素素的权重重，具体体如下：a可靠靠性，权重为5；b准确性性，权重重为4；c易操作作性，权权重为2；d经济济性，权重为1。每个个因素的的满分为为5分。跨河水准测测量方案案评估表表可行性分析析评 估结论方 案 一多年总结形形成的成熟的的测量方方案，结结果的可可靠性、准准确性都都较高，是跨河水准测量的首选；购置仪器需需投入23万元，还要制制作专用用的观测测觇牌；测量过程较较为繁琐琐；公司缺少这这方面的的成功经验验；洪王林戴刘得分备选a55445115b554

11、4592c2212422d111126合 计235方 案 二在理论上是是可行的的，但影影响因素素太多，包包括大气气条件等等；测量结果的的误差与与距离成成正比，测测量结果果的精度度不易保保证；测量过程最最为繁琐琐；无需增加投投入；洪王林戴刘得分否定a3332265b3333256c4333230d5555424合 计175方 案 三在理论上是是可行的的；各影响因素素的影响响值可控控制在一一定范围围内；测量结果可可靠性、准准确性较较高；测量方案简简单，易易于掌握握；无需增加投投入；洪王林戴刘得分首选a5443395b5544384c5545344d5555424合 计247制 表：洪洪 淮 斌 日

12、 期：20004年12月23日结论经过综合分分析和民民主评估估，方案案三即全全站仪对对边测量量方案以以其较高高的可靠靠性和准准确性、实实施简单单、无需需增加投投入，并并可充分分挖掘全全站仪的的潜力等等优点受受到了小小组成员员的青睐睐，一致致同意将将该方案案定为首首选方案案。制定对策方案确定后后，我们们应用5W11H方法，分分析论证证该方案案实施中中存在的的问题和和难点，并并制定了了相应的的对策，具具体如下下表：全站仪对边边测量方方案对策策表序问 题对 策目 标措 施负责人时 间1测角精度对对测量结结果影响响大提高角度测测量精度度测角精度的的影响值值控制在在可接受受的范围围内使用经检定定合格的的

13、高精度度的全站站仪；选选择合适适的天气气和地形形；减少少仪器系系统误差差洪淮斌林 凡2004.12.312005. 1.202棱镜高度误误差大、棱棱镜下沉沉提高棱镜量量高精度度，降低低下沉影影响误差控制在在1mmm以内采用水准仪仪测量棱棱镜高度度；观测测过程中中多次量量取棱镜镜高；优优化对边边测量观观测顺序序洪淮斌王 澄2004.12.312005. 1.203大气折光、地地球曲率率及环境境的影响响降低影响的的程度将影响降低低到可接接受的程程度通过查阅资资料、现现场调查查，借鉴鉴他人成成功经验验；优化化跨河位位置；洪淮斌戴天荣2004.12.312005. 1.104应观测多少少测回，限限差如

14、何何控制确定观测的的测回数数和限差差计算公公式保证测量结结果的准准确性和和可靠性性从理论上分分析计算算所需测测回数；通过查查阅资料料，确定定观测限限差的计计算公式式洪淮斌2004.12.312005. 1.20制 表：林林 凡 日 期：20004年12月31日实施阶段实施一：制制定措施施，提高高测角精精度，保保证成果果精度为了保证所所制定的的措施更更有针对对性，我我们首先先从对边边测量的的原理入入手，运运用误差差理论对对其进行行分析。根据全站仪仪对边测测量原理理，由误误差传播播定律可可得，全全站仪对对边测量量高差的的中误差差公式如如下：其中，。则则由此可可知，高高差误差差的主要要来源是是距离、

15、和测角角精度，为为此我们们采取了了如下措措施：使用公司拥拥有的测测角精度度为1的全站站仪TOPPCONN GTTS6001。确保仪器处处于正常常的合格格状态：该仪器器1个前刚刚刚经省省计量检检定站检检定合格格，各项项技术指指标均符符合其标标称值。选择合适的的天气施施测对边边测量：选择在在风力微微弱以及及气温变变化较小小、呈像像清晰稳稳定的阴阴天进行行。选择最佳的的地形：经过多多次实地地踏勘，我我们巧妙妙地利用用北岸河河堤丁坝坝和码头头这些有有利地形形（如图图2），不不仅缩短短了跨河河的距离离，而且且使前、后后视边长长接近，两两岸临时时水准点点高程相相近且与与置镜点点的高差差都很小小。这避避免了

16、观观测过程程中全站站仪多次次调焦所所带来的的影响，提提高了测测角、测测距的精精度。制 图：戴戴 天 荣 日 期：20005年 1月12日观测时，全全站仪微微调螺旋旋最后旋旋转方向向均为“旋进”，并严严格按有有关操作作要求进进行作业业。实施二：采采用水准准仪量高高法，提提高棱镜镜高测量量精度如果采用钢钢尺按斜斜量法量量取棱镜镜高度，其其精度约约为23mm，对于高高精度的的跨河水水准来说说，这个个精度显显然是无无法接受受的。同同时，主主航道南南侧的临临时水准准点设在在沙滩上上，观测测过程中中棱镜的的下沉是是在所难难免的，如如何减少少这方面面的影响响这也是是我们应应考虑和和研究的的问题。经过查阅资资

17、料和论论证，我我们采用用水准仪仪法测量量棱镜的的高度，将其精度提高到0.2mm。具体做法如下：在离棱镜22.53.5mm处安置置水准仪仪，用直直尺（毫毫米刻划划）的零零点对准准棱镜觇觇牌中心心，用水水准仪读读出直尺尺上的读读数，估估读至00.1mmm。对对边观测测前、后后及观测测半数测测回时各各读取一一次直尺尺的读数数，取其其平均值值；移去去棱镜后后，立即即在转点点上立水水准尺，并并用直尺尺对准水水准尺的的整数刻刻划，用用水准仪仪读出直直尺上的的读数，估估读到00.1mmm，再再加上水水准尺的的整数刻刻划。这这两个数数值之差差即为棱棱镜高。对边测量观观测前、后后及观测测到半数测测回时各各用水准

18、准仪测量量一次棱镜镜，取其其平均值值。对边测量的的观测顺顺序进行行优化调调整：奇奇数测回回的观测测顺序为为“后前前前后”，偶数数测回的的观测顺顺序为“前后后后前”。实施三：优优化跨河河方案，减减少大气气、环境境的影响响全站仪对边边测量的的基本原原理还是是三角高高程测量量，因此此大气折折光、地地球曲率率等因素素对测量量结果的的影响是是不容忽忽视的。为为此，我我们采取取了如下下措施：查阅大量的的资料，借借鉴三角角高程测测量的成成功经验验。采用推荐的的大气折折光系数数0.113，并输输入全站站仪中实实时进行行改正。测量全站仪仪仪器中中心附近近的温度度（读记记至0.2）和大大气压（读读记至1Pa），并

19、输输入全站站仪中实实时进行行改正。观测前打开开仪器箱箱半小时时以上，以以使仪器器温度与与环境温温度一致致。前后视边长长、高差差相近，减减少地球球曲率、大大气折光光的影响响。两岸的临时时水准点点到水边边的距离离、距水水面的高高度相近近，保证证前后视视线通过过的环境境相近，降降低环境境条件的的影响。实施四：理理论分析析计算，确确定对边边测量的的测回数数和限差由于规范中中没有全全站仪对对边测量量用于跨跨河水准准测量的的资料，仅仅有光电电测距三三角高程程应用于于四、五五等测量量的资料料。为了了保证测测量成果果的可靠靠性和准准确性，我我们从理理论上进进行分析析计算。测回数的确确定：我们拟采用用的全站站仪

20、测角角精度为为1，测距距精度为为2mmm+2pppm，根据据现场情情况，前前、后视视的竖直直角均不不会大于于5，距离离均不大大于6000m，分分析时我我们取，根据据对边测测量高差差的中误误差计算算公式有有：也就是说，在在此条件件下，全全站仪对对边测量量观测一一测回的的高差值值的中误误差为44.144mm，如如果观测测5个测回回，其高高差中误误差为，就就完全能能够满足足规范范中“桥梁高高程施工工控制网网中，跨跨河两水水准点间间高差的的中误差差不应大大于2mmm”的要求求。测量限差的的确定规范规规定光电电测距三三角高程程对向观观测较差差的限差差为：规范规规定水准准仪跨河河水准测测量各测测回高差差互

21、差的的限差为为：经过分析比比较，我我们采用用后者作作为高差差观测一一测回较较差的限限差。效果检查实测结果根据分析论论证结果果，我们们于20005年1月20日组织实实测，经经过计算算和验证证，测量量取得了了成功。测测量结果果如表1所示。湾边大桥对对边测量量(跨河水水准)成果表表测回对边测量结结果棱镜高度高差（m）dDdh高差互差高差均值LBM1LBM21402.668400 1.39112 -10.001.39662402.667488 -1.40012 2402.667666 1.39448 -6.01.39778402.666722 -1.40008 3402.668400 1.39000

22、-8.61.39443402.667722 -1.39986 4402.668144 1.38880 -9.21.39226402.667700 -1.39972 5402.667922 1.39330 -9.61.39778402.667622 -1.40026 6402.667988 1.39886 -9.41.40333402.668022 -1.40080 均值402.667811 19.881.39770 1.42665 1.50992 1.31443 制 表：林林 凡 日 期：20005年 1月20日实测D15011.36638mm，D24588.64422mm，则实实测的高高差中

23、误误差为：计算结果表表明，测测量结果果满足规规范要求求，达到到了我们们预期的的目标。我我们的测测量结果果同时也也通过了了监理单单位的验验证。经济效益通过此次QQC活动，一一方面节节省了购购置高精精度水准准仪的费费用2万多元元；另一一方面，本本方案大大大缩短短了水准准路线的的长度，仅仅用时一一个半小小时就完完成了全全桥的高高程控制制测量，大大大提高高了工作作效率。技术效益通过此次QQC活动，我我们对全全站仪的的应用有有了进一一步的认认识，改改变了一一些组员员“全站仪仪就是测测角、测测距和坐坐标放样样的工具具”的片面面看法。同同时，总总结出一一种新的的跨河水水准测量量方法，这这让我们们在今后后的工程程实践中中又多一一种选择择。社会效益我们的跨河河水准测测量方案案得到了了监理单单位的好好评，监监理单位位对我们们的工作作态度、业业务能力力给予了了充分肯肯定。本次QC活活动的成成功，极极大地鼓鼓舞了小小组的每每一个成成员，增增强了大大家的自自信心，也也进一步步增强了了团队的的凝聚力力和创造造力，培培育了小小组成员员勇于开开拓、敢敢于创新新的精神神。巩固措施与与标准化化我们已将本本次测量量的方案案形成作作业指导导书，并并被收编编到公司司的工工程施工工测量指指导书中中，在公公司内推推广。另另外还撰撰写发表表论文一一篇“全站仪仪对边测测量技术术在跨河河水准中中的应用用”，详细细介绍了了测