某焦化廠監(jiān)測基準測邊網(wǎng)代替邊角網(wǎng)的應(yīng)用分析

吳偉，李浩，孫傳勝，張國發(fā)

(中國電建集團貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

1 引 言

測邊網(wǎng)作為控制網(wǎng)的一種布網(wǎng)方法，其作業(yè)方便、靈活，費用較低，又能提高作業(yè)效率，而且測邊網(wǎng)不受調(diào)焦和豎軸傾斜誤差的影響，觀測的外界制約條件也較測角網(wǎng)少，精度主要取決于測邊的精度及網(wǎng)的圖形強度［1～3］。測角受豎軸傾斜誤差影響大，測回數(shù)多觀測時段長、工作量大、返工率高;特別在山區(qū)，測角困難、誤差大、精度難以提高。然而，測邊相比則簡單得多，它速度快，效率高［4］，而且大大縮短了邊長對向觀測時間，保證了大氣折光系數(shù)的一致性。但是，測邊網(wǎng)的多余觀測較少，平差時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(測角精度:0.5″，測邊精度:0.6 mm+1 ppm)、高速度、全自動化設(shè)計得到了監(jiān)測行業(yè)青睞。那么，依賴于高精度精密監(jiān)測儀器TM30，測邊網(wǎng)究竟精度如何，能否替代同精度的邊角網(wǎng)呢?為此，本文對某焦化廠監(jiān)測基準網(wǎng)采用測邊網(wǎng)代替邊角網(wǎng)進行了探索，結(jié)果表明:在設(shè)計選點時考慮圖形結(jié)構(gòu)，盡量增加對角線測邊，將網(wǎng)組成以中點多邊形、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時間的選擇，認為測邊網(wǎng)可以代替同等精度的邊角網(wǎng)。

2 監(jiān)測基準網(wǎng)布設(shè)

焦化廠擬建項目平面呈東—西走向的不規(guī)則展布，按三個場坪標高進行建設(shè)。場平后在廠區(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)育脊狀山，地勢相對較陡;廠區(qū)北部為煤系地層，經(jīng)剝蝕后地形起伏相對較大，海拔高程1 518 m～1 640 m。

圖1 一等平面位移監(jiān)測基準網(wǎng)

考慮到擬建場地位于富貴莊煤礦、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采空區(qū)的不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，監(jiān)測基準網(wǎng)點均布設(shè)在廠區(qū)周邊的山頭上?；鶞示W(wǎng)包含5個點，組成1 個大地四邊形和1 個近似等邊三角形，構(gòu)成邊角網(wǎng)，如圖1 所示。外業(yè)觀測采用徠卡TM30 全圓方向觀測法觀測，水平方向、天頂距、斜距均進行12 測回往返觀測;外業(yè)觀測斜距經(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《工程測量規(guī)范》(GB50026－2007)中規(guī)定的一等水平位移監(jiān)測基準網(wǎng)(測角中誤差≤± 0.7″，點位中誤差≤±1.5 mm，測邊相對中誤差≤1/30 萬)指標要求。

3 測邊網(wǎng)代替邊角網(wǎng)可行性分析

為了考察某焦化廠監(jiān)測基準測邊網(wǎng)代替同精度邊角網(wǎng)的可行性，在進行邊角網(wǎng)數(shù)據(jù)處理時，進行了分析計算。

采用某焦化廠變形監(jiān)測基準網(wǎng)2013年01月、06月、12月施測、復(fù)測數(shù)據(jù)，以Ⅱ－04 作為起算點，Ⅱ－04～Ⅱ－01 為起算方位，分別按照一等邊角網(wǎng)、測邊網(wǎng)兩種方案進行一點一方向經(jīng)典自由網(wǎng)平差，兩種方案平差后坐標比較如表1 所示。

兩種方案平差后點位坐標比較表 表1

從表1 中3 期數(shù)據(jù)平差結(jié)果對比分析可知，兩種方案平差后點位坐標比較接近，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如表2 所示。

兩種方案平差精度統(tǒng)計表 表2

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

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

圖2 2013年01月基準網(wǎng)點誤差橢圓示意圖

圖3 2013年06月基準網(wǎng)點誤差橢圓示意圖

圖4 2013年12月基準網(wǎng)點誤差橢圓示意圖

兩種方案平差后基準點靈敏度橢圓元素及可靠性因子統(tǒng)計如表3、表4 所示。

兩種方案平差后基準點靈敏度橢圓元素統(tǒng)計表 表3

兩種方案平差后可靠性因子統(tǒng)計表 表4

由表3、表4 可知，測邊網(wǎng)平差后各基準點靈敏度次于邊角網(wǎng)，可靠性因子明顯不如邊角網(wǎng)，這是由于基準網(wǎng)中包含1 個單三角導(dǎo)致的，無多余觀測值，平差時利用的幾何條件有限。

針對該情況，筆者對測邊網(wǎng)進行了優(yōu)化，增加了Ⅱ－02～Ⅱ－07 邊長觀測，再次采用測邊網(wǎng)平差，平差后基準點靈敏度橢圓元素及可靠性因子統(tǒng)計如表5、表6 所示。

測邊網(wǎng)優(yōu)化后基準點靈敏度橢圓元素統(tǒng)計表 表5

測邊網(wǎng)優(yōu)化后兩種方案平差后可靠性因子統(tǒng)計表 表6

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

4 結(jié) 論

(1)一般認為，測邊網(wǎng)由于幾何條件少，精度不可靠;但根據(jù)筆者的實踐探索表明在高精度監(jiān)測基準網(wǎng)中，通過合理優(yōu)化，盡量增加對角線測邊，將網(wǎng)組成以中點多邊形、四邊形為主的重疊網(wǎng)，加測方向值，使條件數(shù)增多、增強可靠性;測邊網(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時間的選擇，盡量選擇陰天作業(yè);盡量采用同時對向觀測，晴天日出、日落前后相對最佳。

(3)測邊網(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角網(wǎng)少，在高山區(qū)比較適用。

(4)由于測邊網(wǎng)的各邊均獨立測定，因此平差后的邊長精度(縱向精度)基本上是均勻的。但是，其方向精度(橫向精度)也隨著其遠離起始點和推算圖形的不良而逐漸降低［7］。因此，在設(shè)計選點時必須重視圖形結(jié)構(gòu)，以邊長接近該等級的平均長度的近似正三角形為理想圖形，每個三角形的內(nèi)角必須大于30°，小于100°。

［1］姜根生．測邊網(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．測邊網(wǎng)在特大型橋梁施工控制測量中的應(yīng)用［J］．四川測繪，1994，20(1):31～32．

［3］朱號東，吳須照，徐君民．測邊網(wǎng)在電力工程測量中的應(yīng)用［J］．江蘇測繪，2002，25(1):31～35．

［4］劉緯．高山區(qū)高精度測邊網(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)．工程測邊網(wǎng)可靠性研究［J］．安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報·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時間［J］．桂林工學(xué)院學(xué)報，2007，27(2):212～215．

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