吳偉，李浩，孫傳勝，張國(guó)發(fā)

(中國(guó)電建集團(tuán)貴陽勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

1 引 言

測(cè)邊網(wǎng)作為控制網(wǎng)的一種布網(wǎng)方法，其作業(yè)方便、靈活，費(fèi)用較低，又能提高作業(yè)效率，而且測(cè)邊網(wǎng)不受調(diào)焦和豎軸傾斜誤差的影響，觀測(cè)的外界制約條件也較測(cè)角網(wǎng)少，精度主要取決于測(cè)邊的精度及網(wǎng)的圖形強(qiáng)度［1～3］。測(cè)角受豎軸傾斜誤差影響大，測(cè)回?cái)?shù)多觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)、工作量大、返工率高;特別在山區(qū)，測(cè)角困難、誤差大、精度難以提高。然而，測(cè)邊相比則簡(jiǎn)單得多，它速度快，效率高［4］，而且大大縮短了邊長(zhǎng)對(duì)向觀測(cè)時(shí)間，保證了大氣折光系數(shù)的一致性。但是，測(cè)邊網(wǎng)的多余觀測(cè)較少，平差時(shí)利用的幾何條件有限，網(wǎng)的可靠性程度較低［5］。近年來，徠卡TM30 以其高精度(測(cè)角精度:0.5″，測(cè)邊精度:0.6 mm+1 ppm)、高速度、全自動(dòng)化設(shè)計(jì)得到了監(jiān)測(cè)行業(yè)青睞。那么，依賴于高精度精密監(jiān)測(cè)儀器TM30，測(cè)邊網(wǎng)究竟精度如何，能否替代同精度的邊角網(wǎng)呢?為此，本文對(duì)某焦化廠監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)采用測(cè)邊網(wǎng)代替邊角網(wǎng)進(jìn)行了探索，結(jié)果表明:在設(shè)計(jì)選點(diǎn)時(shí)考慮圖形結(jié)構(gòu)，盡量增加對(duì)角線測(cè)邊，將網(wǎng)組成以中點(diǎn)多邊形、四邊形為主的重疊網(wǎng)，保證氣象條件改正的精確性及觀測(cè)時(shí)間的選擇，認(rèn)為測(cè)邊網(wǎng)可以代替同等精度的邊角網(wǎng)。

2 監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)

焦化廠擬建項(xiàng)目平面呈東—西走向的不規(guī)則展布，按三個(gè)場(chǎng)坪標(biāo)高進(jìn)行建設(shè)。場(chǎng)平后在廠區(qū)內(nèi)形成四段高大邊坡，分別為:第一段為選煤前緣邊坡，位于選煤工段前緣，長(zhǎng)度約310 m，最大高度約24 m;第二段為前部邊坡，位于煤焦工段前緣，長(zhǎng)度約340 m，最大高度約24.5 m;第三段為中部邊坡，位于化產(chǎn)工段前緣，長(zhǎng)度為530 m，高度約23.0 m;第四段為后部邊坡，位于深加工工段前緣，長(zhǎng)度約525 m，高度約21.0 m。

廠區(qū)周邊邊坡主要為南北部填、挖方形成的人工邊坡，部分坡高超過40 m。廠區(qū)南部主要為飛仙關(guān)地層剝蝕后形成剝蝕坡地貌，發(fā)育脊?fàn)钌?，地?shì)相對(duì)較陡;廠區(qū)北部為煤系地層，經(jīng)剝蝕后地形起伏相對(duì)較大，海拔高程1 518 m～1 640 m。

圖1 一等平面位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)

考慮到擬建場(chǎng)地位于富貴莊煤礦、麥子溝煤礦、龍山頭煤礦等煤礦的開采范圍內(nèi)或開采區(qū)邊緣，并且大多位于各大煤礦及眾多采煤點(diǎn)采空區(qū)的不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)均布設(shè)在廠區(qū)周邊的山頭上?；鶞?zhǔn)網(wǎng)包含5個(gè)點(diǎn)，組成1 個(gè)大地四邊形和1 個(gè)近似等邊三角形，構(gòu)成邊角網(wǎng)，如圖1 所示。外業(yè)觀測(cè)采用徠卡TM30 全圓方向觀測(cè)法觀測(cè)，水平方向、天頂距、斜距均進(jìn)行12 測(cè)回往返觀測(cè);外業(yè)觀測(cè)斜距經(jīng)氣象條件改正后，采用三角高程改平。采用邊角經(jīng)典自由網(wǎng)平差，精度滿足《工程測(cè)量規(guī)范》(GB50026－2007)中規(guī)定的一等水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)(測(cè)角中誤差≤± 0.7″，點(diǎn)位中誤差≤±1.5 mm，測(cè)邊相對(duì)中誤差≤1/30 萬)指標(biāo)要求。

3 測(cè)邊網(wǎng)代替邊角網(wǎng)可行性分析

為了考察某焦化廠監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)測(cè)邊網(wǎng)代替同精度邊角網(wǎng)的可行性，在進(jìn)行邊角網(wǎng)數(shù)據(jù)處理時(shí)，進(jìn)行了分析計(jì)算。

采用某焦化廠變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)2013年01月、06月、12月施測(cè)、復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)，以Ⅱ－04 作為起算點(diǎn)，Ⅱ－04～Ⅱ－01 為起算方位，分別按照一等邊角網(wǎng)、測(cè)邊網(wǎng)兩種方案進(jìn)行一點(diǎn)一方向經(jīng)典自由網(wǎng)平差，兩種方案平差后坐標(biāo)比較如表1 所示。

兩種方案平差后點(diǎn)位坐標(biāo)比較表 表1

從表1 中3 期數(shù)據(jù)平差結(jié)果對(duì)比分析可知，兩種方案平差后點(diǎn)位坐標(biāo)比較接近，X 方向最大差異1.7 mm，Y 方向最大差異0.6 mm。兩種方案平差后精度指標(biāo)如表2 所示。

兩種方案平差精度統(tǒng)計(jì)表 表2

由表2 可知:在3 期數(shù)據(jù)的平差成果中，測(cè)邊網(wǎng)、邊角網(wǎng)精度總體相當(dāng)，測(cè)邊網(wǎng)甚至更優(yōu)。但是，從2013年06月平差成果來看，測(cè)邊網(wǎng)誤差明顯偏大。為了探究其原因，筆者對(duì)3 期數(shù)據(jù)2 種平差方案下的絕對(duì)誤差橢圓、相對(duì)誤差橢圓進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖2～圖4 所示。

由圖2～圖4 可知，無論是相對(duì)誤差橢圓還是絕對(duì)誤差橢圓，2013年01月、12月測(cè)邊網(wǎng)精度普遍優(yōu)于邊角網(wǎng)，2013年06月測(cè)邊網(wǎng)精度普遍次于邊角網(wǎng)。這是因?yàn)?2013年06月復(fù)測(cè)時(shí)氣溫較高，大氣垂直折光角起伏較大，對(duì)天頂距觀測(cè)精度污染嚴(yán)重，進(jìn)而影響到三角高程改平精度［6］;然而方向觀測(cè)值受大氣垂直折光角影響較小，邊角網(wǎng)平差實(shí)際是對(duì)精度起到了中和作用。因此，采用邊長(zhǎng)觀測(cè)值進(jìn)行平差明顯不如邊角網(wǎng)平差精度高。

圖2 2013年01月基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)誤差橢圓示意圖

圖3 2013年06月基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)誤差橢圓示意圖

圖4 2013年12月基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)誤差橢圓示意圖

兩種方案平差后基準(zhǔn)點(diǎn)靈敏度橢圓元素及可靠性因子統(tǒng)計(jì)如表3、表4 所示。

兩種方案平差后基準(zhǔn)點(diǎn)靈敏度橢圓元素統(tǒng)計(jì)表 表3

兩種方案平差后可靠性因子統(tǒng)計(jì)表 表4

由表3、表4 可知，測(cè)邊網(wǎng)平差后各基準(zhǔn)點(diǎn)靈敏度次于邊角網(wǎng)，可靠性因子明顯不如邊角網(wǎng)，這是由于基準(zhǔn)網(wǎng)中包含1 個(gè)單三角導(dǎo)致的，無多余觀測(cè)值，平差時(shí)利用的幾何條件有限。

針對(duì)該情況，筆者對(duì)測(cè)邊網(wǎng)進(jìn)行了優(yōu)化，增加了Ⅱ－02～Ⅱ－07 邊長(zhǎng)觀測(cè)，再次采用測(cè)邊網(wǎng)平差，平差后基準(zhǔn)點(diǎn)靈敏度橢圓元素及可靠性因子統(tǒng)計(jì)如表5、表6 所示。

測(cè)邊網(wǎng)優(yōu)化后基準(zhǔn)點(diǎn)靈敏度橢圓元素統(tǒng)計(jì)表 表5

測(cè)邊網(wǎng)優(yōu)化后兩種方案平差后可靠性因子統(tǒng)計(jì)表 表6

由表5、表6 可知，測(cè)邊網(wǎng)優(yōu)化后，基準(zhǔn)點(diǎn)靈敏度接近于邊角網(wǎng)，可靠性因子有較大改善。因此，要使測(cè)邊網(wǎng)取得滿意的效果，盡量增加對(duì)角線測(cè)邊，將網(wǎng)組成以中點(diǎn)多邊形、四邊形為主的重疊網(wǎng)，加測(cè)方向值，使條件數(shù)增多、增強(qiáng)可靠性。

4 結(jié) 論

(1)一般認(rèn)為，測(cè)邊網(wǎng)由于幾何條件少，精度不可靠;但根據(jù)筆者的實(shí)踐探索表明在高精度監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)中，通過合理優(yōu)化，盡量增加對(duì)角線測(cè)邊，將網(wǎng)組成以中點(diǎn)多邊形、四邊形為主的重疊網(wǎng)，加測(cè)方向值，使條件數(shù)增多、增強(qiáng)可靠性;測(cè)邊網(wǎng)可以代替同等精度的邊角網(wǎng)。

(2)特別注意氣象條件改正的精確性及觀測(cè)時(shí)間的選擇，盡量選擇陰天作業(yè);盡量采用同時(shí)對(duì)向觀測(cè)，晴天日出、日落前后相對(duì)最佳。

(3)測(cè)邊網(wǎng)不受調(diào)焦和豎軸傾斜誤差的影響，外界制約條件也較測(cè)角網(wǎng)少，在高山區(qū)比較適用。

(4)由于測(cè)邊網(wǎng)的各邊均獨(dú)立測(cè)定，因此平差后的邊長(zhǎng)精度(縱向精度)基本上是均勻的。但是，其方向精度(橫向精度)也隨著其遠(yuǎn)離起始點(diǎn)和推算圖形的不良而逐漸降低［7］。因此，在設(shè)計(jì)選點(diǎn)時(shí)必須重視圖形結(jié)構(gòu)，以邊長(zhǎng)接近該等級(jí)的平均長(zhǎng)度的近似正三角形為理想圖形，每個(gè)三角形的內(nèi)角必須大于30°，小于100°。

［1］姜根生．測(cè)邊網(wǎng)建立平面施工控制網(wǎng)的精度分析［J］．地下水，2002，24(3):183～185．

［2］王智．測(cè)邊網(wǎng)在特大型橋梁施工控制測(cè)量中的應(yīng)用［J］．四川測(cè)繪，1994，20(1):31～32．

［3］朱號(hào)東，吳須照，徐君民．測(cè)邊網(wǎng)在電力工程測(cè)量中的應(yīng)用［J］．江蘇測(cè)繪，2002，25(1):31～35．

［4］劉緯．高山區(qū)高精度測(cè)邊網(wǎng)代替邊角網(wǎng)的探索［J］．工程勘察，1996(5):52～55．

［5］張曉明，李廷訓(xùn)．工程測(cè)邊網(wǎng)可靠性研究［J］．安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)·自然科學(xué)版，1997，5(3):46～49．

［6］蔣利龍，易又慶．高精度垂直角的觀測(cè)時(shí)間［J］．桂林工學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，27(2):212～215．

［7］顧孝烈．城市測(cè)邊網(wǎng)的設(shè)計(jì)與技術(shù)規(guī)定［J］．測(cè)繪學(xué)報(bào)，1984，13(3):171～180．