TS30測量白山大壩三維網(wǎng)

田 甜，戴江鴻

（白山發(fā)電廠，吉林省 吉林市 132013）

TS30是一種能代替人進行自動搜索、跟蹤、辨識和精確照準(zhǔn)目標(biāo)并獲取角度、距離、三維坐標(biāo)以及影像等信息的智能型電子全站儀。它是現(xiàn)代多項高技術(shù)集成應(yīng)用于測量儀器制造領(lǐng)域的最杰出代表，它通過CCD影像傳感器和其他傳感器對現(xiàn)實測量目標(biāo)進行識別、迅速作出分析出分析、判斷和推理，實現(xiàn)自我控制，并且自動完成照準(zhǔn)、讀數(shù)等操作，以完全代替人的手工操作。

1 概述

白山大壩三維網(wǎng)設(shè)計了11個測點，編號為C0—C10，左岸為雙號、右岸為邊單號，下游編號小、上游編號大。其中C0為原點，C3，C4為聯(lián)系三角網(wǎng)項目的工作基點，D0為起始方向。由壩下游的5個點C0—C4組成的五形稱為主網(wǎng)，由全部測點組成的多邊形稱為全網(wǎng)，C4至C6為基線邊。

原來是由T2002電子經(jīng)緯儀配合DI2002光電測距儀和GRE4a數(shù)據(jù)終端進行測量，通過全圓測回法對水平角、垂直角同時觀測，共6個測回。每測回的6個數(shù)據(jù)互差應(yīng)小于0.2 mm，各測回平均值互差應(yīng)小于0.3 mm。TS30測量機器人替代T2002，運用壓電陶瓷驅(qū)動技術(shù)將電能轉(zhuǎn)換為機械能,以微米級的步進達到最大轉(zhuǎn)速和加速度,使儀器具有極佳的動態(tài)跟蹤性能。該儀器的能耗低，轉(zhuǎn)動噪聲較T2002減少很多，以0.5″的測角精度和 (0.6 mm+1×10-6D)mm的測距精度重新定義全站儀的精度標(biāo)準(zhǔn),完美融合角度測量、距離測量、自動目標(biāo)識別和快速跟蹤等功能,為白山大壩三維網(wǎng)測量提供了技術(shù)保障。

2 觀測方案

壩區(qū)三維網(wǎng)為一等邊角網(wǎng)，按一等邊角測量技術(shù)要求進行觀測，作業(yè)參照《白山大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》，共11站，逐站按全圓測回法觀測，此次使用新儀器徠卡TS30全站儀，徠卡TS30全站儀（測角精度為0.5″、測距精度為0.6 mm+1 ppm）具有自動照準(zhǔn)ATR功能，加裝“多測回測角程序”，觀測過程完全自動化，遇限差超限自動重測，所有數(shù)據(jù)記錄在儀器內(nèi)存中。觀測數(shù)據(jù)經(jīng)內(nèi)業(yè)檢查預(yù)處理后，以C0為起算點、C0-D0為起算方向進行嚴(yán)密平差。三維網(wǎng)最弱點中誤差不大于2.5 mm。

3 三維網(wǎng)觀測技術(shù)要求

3.1 觀測規(guī)定

一等水平角方向觀測法觀測12測回，天頂距對向觀測中絲法各6測回，邊長對向觀測各4測回（一測回讀記4次），氣象元素每邊觀測始末各測定1次，儀器高、覘標(biāo)高在觀測前后用鋼尺各量測1次。水平角測量時，方向數(shù)超過6個時進行分組，組間重合2個方向，其中一個為零方向。需要說明的是，上述規(guī)定是在測角、測距分步進行時的規(guī)定，隨著技術(shù)進步，全站儀測角、測距實現(xiàn)了一體化，配合多測回測角程序，測角、測距進一步實現(xiàn)了測回觀測自動化，測量過程無需人工干預(yù)。此次使用TS30測量機器人，水平角、天頂距、距離測量三者測回數(shù)統(tǒng)一設(shè)定為12測回。

3.2 重測規(guī)定

對向觀測距離、三角高差（有二等水準(zhǔn)高差的除外）超限時，重測對向值之一，直至合格為止，水平角觀測誤差超限時，按如下規(guī)定進行：

1）上半測回歸零差或零方向2C超限時，該測回應(yīng)立即重測，但不計重測測回數(shù)；

2）同測回2C較差或各測回同一方向值較差超限，可重測超限方向（應(yīng)聯(lián)測原零方向），一測回中重測方向數(shù)超過測站方向總數(shù)的1/3時，該測回重測；

3）若測錯方向或個別方向臨時被擋，均可隨時進行重測；

4）重測必須在全部測回數(shù)測完后進行，當(dāng)重測測回數(shù)超過測回總數(shù)的1/3時，該站應(yīng)全部重測；

5）利用機載軟件多測回測角程序測量時，只要把各項限差輸入全站儀，測量超限時，儀器會提示，可自動進行重測。

3.3 觀測條件

1）觀測應(yīng)在成像清晰，穩(wěn)定的條件下進行，晴天的日出、日落和中午前后，如果成像模糊或跳動劇烈，不進行觀測；

2）觀測待儀器溫度與外界氣溫一致后開始，觀測過程中用測量傘遮陽；

3）雷雨前后、大霧、大風(fēng)（四級以上），雨、雪天氣和能見度很差時，不進行距離測量；

4）安置反射棱鏡時應(yīng)精確對中整平并對準(zhǔn)測站，按儀器站的指令操作及時讀取和報告氣象元素和鏡高；

5）讀取氣象元素時，保證溫度表和氣壓表不受太陽直射，要保證空氣流通，讀取溫度前溫度表至少要通風(fēng)15 min；

6）測距時暫停無線通話，以免干擾；

7）測距時避免有另外的反光體位于測線延長線上，避免有物體在測線上晃動或人在測線上走動；

8）晴天進行往返觀測和三角觀測時，分配在兩個異午時段進行；

9）如果白天氣候不理想，可選在晚間觀測。

3.4 觀測限差與取值

《國家三角測量規(guī)范》中對測角、測距限差列于表1-4。

表1 測距作業(yè)要求

表2 水平角方向觀測法要求

表3 平面觀測 記錄 計算取位要求

4 觀測成果

原始數(shù)據(jù)按前述觀測方案要求進行采集，經(jīng)檢查合格的原始觀測數(shù)據(jù)，利用儀器與計算機通信導(dǎo)入計算機后，使用武測科傻平差軟件COSA進行整體符合性概算與預(yù)平差計算，包括觀測邊長的投影高程面、氣象元素、儀器與鏡站高、儀器參數(shù)等各種參數(shù)的改正計算。概算不滿足限差要求時，依據(jù)反饋信息分析，確定具體返工的站點與元素及時進行返工。概算滿足規(guī)范限差要求后，進入整體平差計算，當(dāng)平差后出現(xiàn)點位中誤差不滿足設(shè)計要求時，再依據(jù)平差反饋信息進行局部原始數(shù)據(jù)返工，并重復(fù)上述計算與返工程序，直至取得整體合格的原始觀測成果。

表4 多測回觀測限差設(shè)定表

概算項目：概算條件采用專用軟件自動搜索進行。三維網(wǎng)三角形閉合差一等不大于±2.5″，邊（極）條件、方位角條件與邊長對向觀測互差均滿足相應(yīng)圖形計算限差要求。壩區(qū)水準(zhǔn)網(wǎng)，測段往返測較差計算的偶然中誤差不大于±0.45 mm/km，測段往返測高差較差與環(huán)線閉合差不大于相應(yīng)線路限差。平差計算：三維網(wǎng)驗后方向單位權(quán)單誤差不大于±0.7″，最弱點中誤差不大于2.5 mm。

采用徠卡全站儀TS30施測，嚴(yán)格按一等邊角網(wǎng)相關(guān)規(guī)范測量，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。三維網(wǎng)往期平差均采用由河海大學(xué)蘭孝奇老師編寫的DOS操作系統(tǒng)下平差軟件進行三維擬穩(wěn)平差，大壩第三次定檢時建議分別進行平面網(wǎng)平差和高程平差。此次內(nèi)業(yè)對距離值進行氣象改正、周期誤差改正、儀器常數(shù)改正、傾斜改正、投影改正后得到各邊的水平距離，再使用科傻平差COSA進行平面網(wǎng)平差及三角高程平差。各項數(shù)據(jù)滿足精度要求。全網(wǎng)50個方向觀測值，25條邊長觀測值，平差以C0為固定點、以C0-D0為固定方向?qū)鶞?zhǔn)網(wǎng)進行概算平差計算，最大三角形閉合差為 2.4″，最小為-0.1″，均小于規(guī)范規(guī)定±2.5″的要求，見表5，平差驗后最大單位權(quán)中誤差±0.51″＜±0.7″，最弱點 C9 點位中誤差±0.21 mm＜±2.5 mm，見表 6，最弱邊 C6～C8邊長相對中誤差為1/416000,平均邊長相對中誤差1/800000。滿足規(guī)范與設(shè)計要求。高程按三角高程計算點到點高差，按點到點平距定權(quán)，經(jīng)平差計算得到各點高程值。見表6。

5 結(jié) 語

此次觀測在觀測條件上掌握較好，所有項目都在較好的氣象條件下完成，計算方法正確，整個計算過程經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量檢查，觀測成果達到了很高的精度，各項精度指標(biāo)滿足規(guī)范和設(shè)計要求。此次校測后得出如下結(jié)論與建議：

1）三維網(wǎng)點均位于山脊或山頂上，標(biāo)體穩(wěn)固，通視方向旁離障礙物不少于5 m，水準(zhǔn)網(wǎng)點位于壩區(qū)基巖或堅實的風(fēng)化巖基上，標(biāo)體穩(wěn)固，給高精度觀測創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)條件。

表5 壩區(qū)三維網(wǎng)三角閉合差統(tǒng)計表

2）結(jié)合壩區(qū)氣候與觀測特性，選擇合適的觀測時段，選用自動高精度觀測設(shè)備并通過觀測軟件控制，保證了測站原始觀測數(shù)據(jù)的采集在有效觀測時段內(nèi)完成，確保了原始觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

表6 壩區(qū)三維網(wǎng)平差坐標(biāo)高程精度表

[1]梅文勝，張正祿.測量機器人在變形監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J].大壩與安全，2002（5）：16-19.

[2]武漢測繪學(xué)院測量平差教研室.測量平差基礎(chǔ)（第三版）[M].北京：測繪出版社，1996，5.

[3]張正祿，測量機器人[J].測繪通報，2001（5）：17.