水利工程師論文范文淺析測(cè)量技術(shù)

　　摘要: 根據(jù)水上施工特點(diǎn)介紹了水上測(cè)量近年來(lái)發(fā)展方向和采取的主要技術(shù)手段。根據(jù)不同的作業(yè)環(huán)境和精度要求應(yīng)采用的測(cè)量手段。

　　關(guān)鍵詞: 水上工程測(cè)量,施工放樣,高程控制測(cè)量

　　1 概述

　　水上工程測(cè)量的主要內(nèi)容為水下地形測(cè)量和施工放樣,無(wú)論水下地形測(cè)量還是施工放樣其定位方式與陸地測(cè)量即有相同之處,也有不同之處。無(wú)論水上測(cè)量還是陸地測(cè)量,采用的坐標(biāo)系統(tǒng)與陸地是一致的。否則就沒(méi)有意義了,海上測(cè)量一般根據(jù)距離海岸的遠(yuǎn)近,采用不同的定位方法,如光學(xué)定位,無(wú)線電定位,衛(wèi)星定位,水聲定位以及組合定位等。

　　光學(xué)定位與陸上定位的原理和方法相同,但以交會(huì)方法為主,即通常所用的前方交會(huì)法、后方交會(huì)法、側(cè)方交會(huì)法以及極坐標(biāo)法等。由于后方交會(huì)法和側(cè)方交會(huì)法多采用在移動(dòng)站擺設(shè)儀器,經(jīng)緯儀無(wú)法實(shí)現(xiàn),均采用六分儀,點(diǎn)位精度比較低,不宜在近岸大比例尺水上地形圖以及水上工程測(cè)量中應(yīng)用,該法已漸被淘汰,故本文中不再提及。兩點(diǎn)前方交會(huì)法和極坐標(biāo)法為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的沿岸測(cè)量所常用的方法。尤其適用于港灣大比例尺水上地形測(cè)量、工程勘察及施工定位。

　　無(wú)線電定位方法有作用距離遠(yuǎn)全天候連續(xù)定位的特點(diǎn),故在海洋定位中應(yīng)用比較廣泛。如海用微波測(cè)距儀是目前沿岸海區(qū)定位的主要儀器之一。作用距離為幾十公里,測(cè)距精度1～2m。更遠(yuǎn)距離將采用各種不同定位原理的無(wú)線電定位系統(tǒng),其精度也有所不同。由于GPS的飛速發(fā)展,目前海上定位多采用GPS定位技術(shù),根據(jù)工程性質(zhì)不同采用不同的定位方法,目前在我國(guó)沿海地區(qū)建立了局部區(qū)域GPS無(wú)線電導(dǎo)向標(biāo)差分系統(tǒng)(RBN/DGPS),該系統(tǒng)定位精度高,在幾十公里范圍內(nèi)定位精度<1m,作用距離遠(yuǎn),當(dāng)海上作用距離在200海里之內(nèi)時(shí), 其定位精度也可達(dá)到<5m。對(duì)于定位精度要求更高的測(cè)量工作,則采用RTK定位技術(shù),該技術(shù)為載波相位差分?？墒箤?shí)時(shí)三維定位精度達(dá)到厘米級(jí),特別適合海上的工程施工放樣,精密測(cè)量。目前其作用距離根據(jù)采用的數(shù)據(jù)鏈不同而不同,從幾十公里到幾百公里甚至上千公里。就我們目前常用的幾種方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

　　2 水上測(cè)量平面定位

　　(1)前方交會(huì)法定位在沿岸海域可采用經(jīng)緯儀前方交會(huì)法進(jìn)行定位,其定位原理見(jiàn)圖1。

　　通常在岸上兩控制點(diǎn)A、B上設(shè)置經(jīng)緯儀,同時(shí)觀測(cè)施工船舶的方位角或角度來(lái)確定被測(cè)物體的坐標(biāo)。

　　對(duì)于施工區(qū)域距離海岸較近便于設(shè)站的工程較為適合,交會(huì)角應(yīng)控制在60°～120°之間,個(gè)別困難地區(qū)也不應(yīng)大于150°,小于30°。對(duì)于海上爆破工程,由于工作時(shí)間較長(zhǎng)和三班24小時(shí)連續(xù)作業(yè),宜在測(cè)站(A、B)上建立便于觀測(cè)的測(cè)量墩,采用強(qiáng)制對(duì)中盤(pán)強(qiáng)盤(pán)對(duì)中,防止儀器長(zhǎng)期安置精度和安全。交會(huì)法海上定位測(cè)量觀測(cè)記錄表格形式,見(jiàn)表1。

　　(2)極坐標(biāo)法定位

　　利用全站儀或電子經(jīng)緯儀配合測(cè)距儀按一方位一距離的極坐標(biāo)法進(jìn)行定位,該法在實(shí)際作業(yè)中應(yīng)用的也較廣泛。這種方法的原理是,當(dāng)測(cè)得方位TAP和距離S時(shí), 被測(cè)物的坐標(biāo)為:

　　GPS主要由三大部分組成:空間部分—GPS衛(wèi)星星座;地面部分——地面監(jiān)控系統(tǒng);用戶(hù)部分——GPS信號(hào)接收機(jī)。對(duì)于我們來(lái)說(shuō)主是要是利用GPS的動(dòng)態(tài)定位特點(diǎn),進(jìn)行海上測(cè)量實(shí)時(shí)求得被測(cè)物體的坐標(biāo),動(dòng)態(tài)定位可根據(jù)測(cè)量的精度要求采用不同的定位方式。

　?、?RBN/DGPS系統(tǒng)(信標(biāo)機(jī))

　　由交通部安全監(jiān)督局統(tǒng)一組織、天津海上安全監(jiān)督局海測(cè)大隊(duì)組織實(shí)施的“, 中國(guó)沿海無(wú)線電指向標(biāo)差分GPS(RBN/DGPS)系統(tǒng)目前已基本完成,整個(gè)系統(tǒng)由20個(gè)RBN/DGPS基準(zhǔn)站組成,形成從鴨綠江口到南沙群島部分區(qū)域、覆蓋我國(guó)沿海港口、重要水域和狹窄水道的差分GPS導(dǎo)航服務(wù)網(wǎng)。

　　這些基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)的用無(wú)線電播發(fā)衛(wèi)星定位改正數(shù),在其覆蓋的范圍內(nèi)用戶(hù),都可以接收到這些改正數(shù)并用來(lái)修正自己GPS接收機(jī)的定位結(jié)果,這些定位結(jié)果,在幾十公里范圍內(nèi)精度可達(dá)0.5～1.0m之間,在200海里范圍內(nèi)可達(dá)1.0～5.0m之間。一臺(tái)信標(biāo)機(jī)就可以工作了。方便了廣大用戶(hù),同時(shí)又節(jié)約了設(shè)備投入成本。該系統(tǒng)特別適合于海上大比例尺地形測(cè)量、海上資源調(diào)查、海上工程勘察、導(dǎo)航、清淤、航道疏竣等。

　?、?動(dòng)態(tài)載波相位差分定位(RTK)

　　載波相位差分技術(shù)又稱(chēng)RTK(Real Time Kinematic)技術(shù),是實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)站載波相位觀測(cè)量的差分方法。就是將一臺(tái)GPS接收機(jī)安裝在已知點(diǎn)上對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行不間斷觀測(cè),將采集的載波相位觀測(cè)量調(diào)制到基準(zhǔn)站電臺(tái)的載波上,再通過(guò)基準(zhǔn)站電臺(tái)發(fā)射出去。流動(dòng)站在對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)并采集載波相位觀測(cè)量的同時(shí), 也通過(guò)流動(dòng)站電臺(tái)接收由基準(zhǔn)站電臺(tái)發(fā)射的信號(hào),經(jīng)解調(diào)到基準(zhǔn)站的載波相位觀測(cè)量,流動(dòng)站的GPS接收機(jī)再利用OTF(運(yùn)動(dòng)中求解整周模糊度)技術(shù)由基準(zhǔn)站的載波相位觀測(cè)量和流動(dòng)站的載波相伴觀測(cè)量來(lái)求解整周模糊度,最后求出厘米級(jí)精度流動(dòng)站的位置。這種方法的關(guān)鍵是求解起始的整周模糊度,即初始化,并始終保持。因此,RTK測(cè)量除了要求有足夠數(shù)量的衛(wèi)星和衛(wèi)星具有較好的幾何頒布外,還要求基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的數(shù)據(jù)通訊必須保持良好狀態(tài)。

　　載波相位差分可使定位精度達(dá)到厘米級(jí)。大量應(yīng)用于動(dòng)態(tài)高精度測(cè)量領(lǐng)域,如海上樁基施工,鉆孔爆破船舶定位,碼頭制安等。尤其是水下爆破鉆孔定位,定位精度高,速度快。

　?、?GPS基準(zhǔn)站的建立

　　采用RTK進(jìn)行定位時(shí),基準(zhǔn)站的建立是至關(guān)重要的。因此,基準(zhǔn)站應(yīng)設(shè)在視野開(kāi)闊的控制點(diǎn)(任意點(diǎn))上,視場(chǎng)內(nèi)障礙物不應(yīng)高于10°以上。以及周?chē)鷱?qiáng)磁場(chǎng)或電信號(hào)干擾。測(cè)站應(yīng)遠(yuǎn)離高壓線、變電站、無(wú)線電信號(hào)發(fā)射設(shè)備,并且周?chē)乐褂袑?duì)電磁波有強(qiáng)列反射的物體。GPS仰角設(shè)置不應(yīng)小于10°。

　　GPS基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)天線應(yīng)盡量架設(shè)在高處。同時(shí)作業(yè)前應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地情況對(duì)無(wú)線電天線的架設(shè)高度進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算,其天線高度一般可按6式計(jì)算。 D=4.24{(h1)1/2+(h2)1/2} (6)

　　式中:h1、h2分別為基準(zhǔn)站和流動(dòng)站電臺(tái)的天線高,單位為米。

　　D為數(shù)據(jù)鏈的覆蓋范圍半徑,單位為公里。

　　以上計(jì)算結(jié)果是在海上測(cè)站周?chē)鸁o(wú)任何遮擋的前提下,實(shí)際作業(yè)中應(yīng)進(jìn)行實(shí)地測(cè)試。

　　3 水上高程控制測(cè)量

　　海上測(cè)量中高程是非常重要的,港口部門(mén)一般都采用深度基準(zhǔn)面,深度基準(zhǔn)面與大地水準(zhǔn)面兩者既有聯(lián)系又有區(qū)別。海底的高程是通過(guò)觀測(cè)瞬時(shí)水位高程減去海水深度求得。

　　3.1 水位站的建立

　　沿海水位站一般分為長(zhǎng)期、短期和臨時(shí)三種。對(duì)于海上工程測(cè)量的水位站可采用臨時(shí)水位站,水位站的布設(shè)應(yīng)能充分反

　　映測(cè)區(qū)的水位變化,無(wú)沙洲、淺灘阻隔,無(wú)壅水、回流現(xiàn)象,不直接受風(fēng)浪、急流沖擊影響,不易被船只碰撞,同時(shí)能安裝水尺或自動(dòng)水位計(jì)并便于水位觀測(cè)和水準(zhǔn)測(cè)量。水尺設(shè)置應(yīng)能控制海水變化,要高于高潮位,低于低潮位,同時(shí)還要設(shè)立校核水尺。水位的 高程零點(diǎn)應(yīng)采用圖根水準(zhǔn)測(cè)量求得。

　　3.2 水位觀測(cè)

　　施工中應(yīng)經(jīng)常校核水尺零點(diǎn),水尺傾斜時(shí)應(yīng)立即糾正并校核零點(diǎn)高程。水位觀測(cè)應(yīng)設(shè)專(zhuān)人,可采用隨時(shí)播報(bào)或定時(shí)播報(bào)的形式,水位讀數(shù)應(yīng)取波峰、波谷讀數(shù)的中數(shù),水尺應(yīng)讀至cm。當(dāng)采用定時(shí)播報(bào)時(shí),應(yīng)每10～30min觀測(cè)一次,必要時(shí)應(yīng)10min一次,觀測(cè)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)誤差應(yīng)小于1min。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)幾年來(lái)水上工程檢驗(yàn),隨著測(cè)繪儀器的進(jìn)步和發(fā)展。海上定位均采用GPSRTK技術(shù)進(jìn)行平面和高程測(cè)量。但對(duì)于控制點(diǎn)距測(cè)區(qū)較遠(yuǎn)(大于10Km時(shí))高程部分還應(yīng)采用水位觀測(cè)法,否則高程精度很難保證。

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