全站仪对边测量在跨河水准测量中的应用.docx

1、全站仪对边测量在跨河水准测量中的应用中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司QC成果全站仪对边测量在跨河水准中的应用中铁二十四局集团福建公司测量QC小组2006年2月20日目 录一、 课题介绍 1二、 小组概况 2三、 选题理由 3四、 确定目标 3五、 方案选择 4六、 制定对策 7七、 实施阶段 8八、 效果检查 12九、 巩固措施和标准化 13一十、 总结及今后的打算 14一十一、 附录：小组活动记录一览表 15一、 课题介绍1、 名词解释(1) 全站仪对边测量：根据三角高程测量原理和余弦定理，用全站仪间接地测定远处两测点间的斜距、平距、高差，如图1所示。在P点安置全站仪，测量P至P1、P2

2、的斜距S1、S2和竖直角1、2，以及水平角，即可求得P1P2的平距D和高差h。制 图：洪 淮 斌 日 期：2004年12月16日(2) 跨河水准：利用各种技术测量江河两岸水准点间高差的过程。2、 工程概况福州市湾边大桥是福（州）至厦（门）高速公路复线工程的配套控制工程，是福建省重点工程。大桥位于福州市湾边和闽侯县南屿，跨越福州市两大河流之一的乌龙江，大桥全长1874m，其中跨江部分1500m，主航道宽约500m。该桥桥位靠近闽江口，每天受两次潮汐影响，退潮时除主航道外均为沙滩，徒步可通行。主航道水深且急，徒步无法通行。为了保证大桥施工放样的精度，保证大桥顺利合龙，必须对设置在两岸上的水准基点进

3、行联测。3、 课题难点和特点(1) 河面宽：既使在完全退潮期间，河面宽度仍有500m左右；(2) 精度高：规范规定桥梁高程施工控制网中，跨河两水准点间高差的中误差2mm；(3) 仪器少：公司没有跨河水准测量所需的高精度水准仪和特制觇牌；(4) 时间紧：建设单位要求在1月28日前举行开工典礼，为此项目部要求在1月21日前完成大桥的平面、高程控制测量及施工复测工作。二、 小组概况1、 小组概况小组名称中铁二十四局集团福建公司测量QC小组注 册 号FTJS:2005-010-012小组类型创 新 型成立日期2004年12月 1日登记日期2004年12月 1日重新登记日期2005年 1月10日小组人数

4、5人QC教育时间平均48小时以上活动时间2004.12.102005.3.10活动次数8次制 表：洪 淮 斌 日 期：2004年12月 1日2、 主要成员序姓 名性别年龄职 称文化程度组内职务及分工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3林 凡男29助 工中专对策实施记录整理4戴天荣男34工程师大专对策实施资料收集5刘传标男62高 工大学技术顾问制 表：洪 淮 斌 日 期：2004年12月 1日三、 选题理由(1) 湾边大桥是福建省重点工程，业主、公司、项目部对该工程的施工提出了很高的要求；(2) 湾边大桥主桥为45+90+106+90+45m单肋拱加劲V型撑刚构连续

5、梁，引桥为预应力连续箱梁，高程控制是施工的关键之一；(3) 规范对跨河水准点间高差提出了很高的要求；(4) 公司目前没有配备跨河水准测量所需的高精度水准仪。四、 确定目标1、 活动目标制 图：洪 淮 斌 日 期：2004年12月13日2、 可行性分析(1) 小组成员具有丰富的工程测量经验，扎实的理论基础；(2) 小组成员具有良好的团队精神和很强的创新能力；(3) 公司和项目部领导非常重视工程实施的每一个环节，并且在人员、设备等方面给予大力支持。经过分析论证，小组成员一致认为此目标能够实现。五、 方案选择1、 制定方案通过熟读规范、查阅各种专业测量书籍、向兄弟单位咨询，结合现场地形条件和以往的施

6、工测量经验，我们初步拟定了三种可行的跨河水准测量方案。跨河水准测量方案编号测 量 方 案所 需 的 仪 器 设 备一传统的跨河水准测量S1或S0.5高精度水准仪，特制觇牌二光电测距三角高程测量全站仪或光电测距仪三全站仪对边测量全 站 仪制 表：王 澄 日 期：2004年12月17日2、 方案比选为了保证跨河水准测量方案经济可行、结果准确可靠，并能如期完成，我们运用头脑风暴法，对三个方案的优、缺点进行细致、全面的分析讨论，为下一步方案评估以及确保方案顺利实施打下坚实的基础。跨河水准测量方案优、缺点对照表优 点缺 点方 案 一 规范及各专业书籍中对观测的等级、方法、限差均有明确规定，按部就班即可顺

7、利完成测量任务； 有成熟的经验可供借鉴； 结果的可靠性和准确性较高； 需购置两台高精度水准仪； 需专门制作观测用的觇牌； 需两台仪器同步对向观测； 测量操作较为繁琐，而且要求严格，对观测者、立尺者均有较高要求；方 案 二 不需要另购仪器，可直接利用公司现有的仪器； 可收集到相关的经验供参考； 需对向观测，要求对向观测的大气条件相同或相近，受天气尤其是大气折光的影响很大； 测量时间较长； 测角的精度要求很高，远距离的高差精度很难保证； 可供参考的成功经验不多；方 案 三 不需要另购仪器，可直接利用公司现有的仪器； 一次置镜即可完成观测，受天气和环境条件的影响小； 结果直接显示，人为误差小； 测量

8、操作简单、快捷； 结果的可靠性和准确性较高； 可供参考的资料很少； 棱镜高度的量取误差较大； 对全站仪的精度、稳定性、可靠性要求较高；制 表：洪 淮 斌 日 期：2004年12月23日3、 方案分析及评估为了保证测量结果准确可靠，并用最经济的方案顺利完成跨河水准测量任务，我们在对三个测量方案的优、缺点进行比较的基础上，进一步对其可行性进行分析，并在小组内采用民主的方法对这三个方案进行评估，由此得出最终的结论。方案评估时我们借鉴了加权平均的做法，经过充分的讨论，我们筛选出下4个因素作为测量方案评估的主要因素，并根据测量专业的特点确定了各因素的权重，具体如下：a可靠性，权重为5；b准确性，权重为4

9、；c易操作性，权重为2；d经济性，权重为1。每个因素的满分为5分。跨河水准测量方案评估表可行性分析评 估结论方 案 一 多年总结形成的成熟的测量方案，结果的可靠性、准确性都较高，是跨河水准测量的首选； 购置仪器需投入23万元，还要制作专用的观测觇牌； 测量过程较为繁琐； 公司缺少这方面的成功经验；洪王林戴刘得分备选a55445115b5544592c2212422d111126合 计235方 案 二 在理论上是可行的，但影响因素太多，包括大气条件等； 测量结果的误差与距离成正比，测量结果的精度不易保证； 测量过程最为繁琐； 无需增加投入；洪王林戴刘得分否定a3332265b3333256c43

10、33230d5555424合 计175方 案 三 在理论上是可行的； 各影响因素的影响值可控制在一定范围内； 测量结果可靠性、准确性较高； 测量方案简单，易于掌握； 无需增加投入；洪王林戴刘得分首选a5443395b5544384c5545344d5555424合 计247制 表：洪 淮 斌 日 期：2004年12月23日4、 结论经过综合分析和民主评估，方案三即全站仪对边测量方案以其较高的可靠性和准确性、实施简单、无需增加投入，并可充分挖掘全站仪的潜力等优点受到了小组成员的青睐，一致同意将该方案定为首选方案。六、 制定对策方案确定后，我们应用5W1H方法，分析论证该方案实施中存在的问题和难点

11、，并制定了相应的对策，具体如下表：全站仪对边测量方案对策表序问 题对 策目 标措 施负责人时 间1测角精度对测量结果影响大提高角度测量精度测角精度的影响值控制在可接受的范围内使用经检定合格的高精度的全站仪；选择合适的天气和地形；减少仪器系统误差洪淮斌林 凡2004.12.312005. 1.202棱镜高度误差大、棱镜下沉提高棱镜量高精度，降低下沉影响误差控制在1mm以内采用水准仪测量棱镜高度；观测过程中多次量取棱镜高；优化对边测量观测顺序洪淮斌王 澄2004.12.312005. 1.203大气折光、地球曲率及环境的影响降低影响的程度将影响降低到可接受的程度通过查阅资料、现场调查，借鉴他人成功

12、经验；优化跨河位置；洪淮斌戴天荣2004.12.312005. 1.104应观测多少测回，限差如何控制确定观测的测回数和限差计算公式保证测量结果的准确性和可靠性从理论上分析计算所需测回数；通过查阅资料，确定观测限差的计算公式洪淮斌2004.12.312005. 1.20制 表：林 凡 日 期：2004年12月31日七、 实施阶段1、 实施一：制定措施，提高测角精度，保证成果精度为了保证所制定的措施更有针对性，我们首先从对边测量的原理入手，运用误差理论对其进行分析。根据全站仪对边测量原理，由误差传播定律可得，全站仪对边测量高差的中误差公式如下：其中，。则由此可知，高差误差的主要来源是距离、和测角

13、精度，为此我们采取了如下措施：(1) 使用公司拥有的测角精度为1的全站仪TOPCON GTS601。(2) 确保仪器处于正常的合格状态：该仪器1个前刚刚经省计量检定站检定合格，各项技术指标均符合其标称值。(3) 选择合适的天气施测对边测量：选择在风力微弱以及气温变化较小、呈像清晰稳定的阴天进行。(4) 选择最佳的地形：经过多次实地踏勘，我们巧妙地利用北岸河堤丁坝和码头这些有利地形（如图2），不仅缩短了跨河的距离，而且使前、后视边长接近，两岸临时水准点高程相近且与置镜点的高差都很小。这避免了观测过程中全站仪多次调焦所带来的影响，提高了测角、测距的精度。制 图：戴 天 荣 日 期：2005年 1月

14、12日(5) 观测时，全站仪微调螺旋最后旋转方向均为“旋进”，并严格按有关操作要求进行作业。2、 实施二：采用水准仪量高法，提高棱镜高测量精度如果采用钢尺按斜量法量取棱镜高度，其精度约为23mm，对于高精度的跨河水准来说，这个精度显然是无法接受的。同时，主航道南侧的临时水准点设在沙滩上，观测过程中棱镜的下沉是在所难免的，如何减少这方面的影响这也是我们应考虑和研究的问题。(1) 经过查阅资料和论证，我们采用水准仪法测量棱镜的高度，将其精度提高到0.2mm。具体做法如下：在离棱镜2.53.5m处安置水准仪，用直尺（毫米刻划）的零点对准棱镜觇牌中心，用水准仪读出直尺上的读数，估读至0.1mm。对边观

15、测前、后及观测半数测回时各读取一次直尺的读数，取其平均值；移去棱镜后，立即在转点上立水准尺，并用直尺对准水准尺的整数刻划，用水准仪读出直尺上的读数，估读到0.1mm，再加上水准尺的整数刻划。这两个数值之差即为棱镜高。(2) 对边测量观测前、后及观测到半数测回时各用水准仪测量一次棱镜，取其平均值。(3) 对边测量的观测顺序进行优化调整：奇数测回的观测顺序为“后前前后”，偶数测回的观测顺序为“前后后前”。3、 实施三：优化跨河方案，减少大气、环境的影响全站仪对边测量的基本原理还是三角高程测量，因此大气折光、地球曲率等因素对测量结果的影响是不容忽视的。为此，我们采取了如下措施：(1) 查阅大量的资料

16、，借鉴三角高程测量的成功经验。(2) 采用推荐的大气折光系数0.13，并输入全站仪中实时进行改正。(3) 测量全站仪仪器中心附近的温度（读记至0.2）和大气压（读记至1Pa），并输入全站仪中实时进行改正。(4) 观测前打开仪器箱半小时以上，以使仪器温度与环境温度一致。(5) 前后视边长、高差相近，减少地球曲率、大气折光的影响。(6) 两岸的临时水准点到水边的距离、距水面的高度相近，保证前后视线通过的环境相近，降低环境条件的影响。4、 实施四：理论分析计算，确定对边测量的测回数和限差由于规范中没有全站仪对边测量用于跨河水准测量的资料，仅有光电测距三角高程应用于四、五等测量的资料。为了保证测量成果

17、的可靠性和准确性，我们从理论上进行分析计算。(1) 测回数的确定：我们拟采用的全站仪测角精度为1，测距精度为2mm+2ppm，根据现场情况，前、后视的竖直角均不会大于5，距离均不大于600m，分析时我们取，根据对边测量高差的中误差计算公式有：也就是说，在此条件下，全站仪对边测量观测一测回的高差值的中误差为4.14mm，如果观测5个测回，其高差中误差为，就完全能够满足规范中“桥梁高程施工控制网中，跨河两水准点间高差的中误差不应大于2mm”的要求。(2) 测量限差的确定规范规定光电测距三角高程对向观测较差的限差为：规范规定水准仪跨河水准测量各测回高差互差的限差为：经过分析比较，我们采用后者作为高差

18、观测一测回较差的限差。八、 效果检查1、 实测结果根据分析论证结果，我们于2005年1月20日组织实测，经过计算和验证，测量取得了成功。测量结果如表1所示。湾边大桥对边测量(跨河水准)成果表测回对 边 测 量 结 果棱 镜 高 度高 差（m）dDdh高 差互 差高 差均 值LBM1LBM21402.6840 1.3912 -10.01.3962402.6748 -1.4012 2402.6766 1.3948 -6.01.3978402.6672 -1.4008 3402.6840 1.3900 -8.61.3943402.6772 -1.3986 4402.6814 1.3880 -9.21

19、.3926402.6770 -1.3972 5402.6792 1.3930 -9.61.3978402.6762 -1.4026 6402.6798 1.3986 -9.41.4033402.6802 -1.4080 均值402.6781 19.8 1.3970 1.4265 1.5092 1.3143 制 表：林 凡 日 期：2005年 1月20日实测D1501.3638m，D2458.6422m，则实测的高差中误差为：计算结果表明，测量结果满足规范要求，达到了我们预期的目标。我们的测量结果同时也通过了监理单位的验证。2、 经济效益通过此次QC活动，一方面节省了购置高精度水准仪的费用2万多

20、元；另一方面，本方案大大缩短了水准路线的长度，仅用时一个半小时就完成了全桥的高程控制测量，大大提高了工作效率。3、 技术效益通过此次QC活动，我们对全站仪的应用有了进一步的认识，改变了一些组员“全站仪就是测角、测距和坐标放样的工具”的片面看法。同时，总结出一种新的跨河水准测量方法，这让我们在今后的工程实践中又多一种选择。4、 社会效益我们的跨河水准测量方案得到了监理单位的好评，监理单位对我们的工作态度、业务能力给予了充分肯定。本次QC活动的成功，极大地鼓舞了小组的每一个成员，增强了大家的自信心，也进一步增强了团队的凝聚力和创造力，培育了小组成员勇于开拓、敢于创新的精神。了强代行箱半小时以上以使

21、仪器适应环境温度，挖掘全站仪的潜力，受到_九、 巩固措施与标准化我们已将本次测量的方案形成作业指导书，并被收编到公司的工程施工测量指导书中，在公司内推广。另外还撰写发表论文一篇“全站仪对边测量技术在跨河水准中的应用”，详细介绍了测量的实施、精度的控制以及测量中应注意的事项，供广大同行在类似工程中借鉴。一十、 总结及今后打算通过本次QC活动，完成了我们制定的“精确、高效”的目标，为湾边大桥的如期顺利开工创造了有利条件；进一步挖掘和发挥了施工单位的常规武器全站仪的功能；增强了小组成员对QC知识的了解和应用，以及综合运用专业知识的能力。从小组的自我评分表也可以看出每个组员对本次活动的真正体会！小组自

22、我评分表项 目质量改进意识解决问题能力QC知识水 平顾客满意程度团 队精 神自我评价活动前（分）22243活动后（分）44455制 表：洪 淮 斌 日 期：2005年 3月10日这次QC活动虽然达到了预期的目标，结果令人满意，但我们在实施过程中也发现了一些问题，比如：棱镜高度的量取方式虽然精度高，但操作略嫌麻烦，而且这各方法需要的人员、工具也较多，有没有更合适的方法呢？还有能否采用GPS（全球卫星定位系统）实现跨河水准测量呢？这些将是我们测量QC小组今后要重点攻关课题！附：小组活动记录一览表序号活动时间活动内容参加人数主持人12004.12.10确定课题、人员分工、活动计划5洪淮斌22004.12.13确定活动目标及目标可行性分析5洪淮斌32004.12.17提出各种测量方案5洪淮斌42004.12.23研究、分析、确定最佳测量方案5洪淮斌52004.12.31制定对策，研究实施方案5洪淮斌62005. 1.20方案实施5洪淮斌72005. 1.21实施效果检查5洪淮斌82005. 3.10制定巩固措施及活动总结5洪淮斌制 表：洪 淮 斌 日 期：2005年 3月10日