伸臂式梁架墩塔高度量測(cè)工具制作研究

段佳佳， 段宗來(lái)

（1安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局324地質(zhì)隊(duì)， 安徽池州 247000 ；2 安徽省基礎(chǔ)測(cè)繪信息中心， 安徽合肥 230031）

伸臂式梁架墩塔高度量測(cè)工具制作研究

段佳佳1， 段宗來(lái)2

（1安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局324地質(zhì)隊(duì)， 安徽池州 247000 ；2 安徽省基礎(chǔ)測(cè)繪信息中心， 安徽合肥 230031）

本文從本量測(cè)工具的原理入手，說(shuō)明了工具的構(gòu)造、制作過(guò)程、精確性控制，分析了該工具量測(cè)所有可能的誤差及其數(shù)值以及總誤差公式，并實(shí)際設(shè)置觀測(cè)臺(tái)，用一等水準(zhǔn)與工具進(jìn)行量測(cè)對(duì)比分析以論證該工具的可靠性。最終得出“本量測(cè)工具結(jié)構(gòu)原理及方法功能可靠性好，制作簡(jiǎn)單，使用方便、快捷，量測(cè)精度高”的結(jié)論。

伸臂式；量測(cè)工具；觀測(cè)墩；制作；誤差公式；量測(cè)對(duì)比分析

1　概述

在工程測(cè)量中，一些重要或者大型設(shè)施、高樓、墩塔、體育場(chǎng)館等的空中關(guān)鍵部位，水準(zhǔn)測(cè)量不能直接到達(dá)位置，需要測(cè)設(shè)比三角高程測(cè)量方法更加準(zhǔn)確的高程數(shù)據(jù)。很多情況下量測(cè)位置在地面使用鋼尺和手持測(cè)距儀不能夠垂直測(cè)量到，使用量測(cè)工具延伸出來(lái)進(jìn)行量測(cè)成為必要的選擇。

在安徽省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)（AHCORS）的參考站建設(shè)中，建立永久性連續(xù)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)參考框架，進(jìn)行國(guó)家地殼形變監(jiān)測(cè)、地震監(jiān)測(cè)、地面沉降監(jiān)測(cè)、重要和大型設(shè)施變形監(jiān)測(cè)等，都需要高精度的高程數(shù)據(jù)。因此觀測(cè)墩頂部架設(shè)儀器位置就需要測(cè)設(shè)高精度的高程數(shù)據(jù)（二等水準(zhǔn)精度以上），由于觀測(cè)墩高度有3.8，使用水準(zhǔn)測(cè)量不能直接到達(dá)觀測(cè)墩頂部，鋼尺和手持測(cè)距儀也不能夠垂直測(cè)量到。將觀測(cè)墩地面的水準(zhǔn)標(biāo)志的高程量測(cè)傳遞到觀測(cè)墩頂部成為我們所要解決的技術(shù)難點(diǎn)。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的試驗(yàn)、研究，制作出如后圖的量測(cè)工具。

基本原理就是：采用一個(gè)非常平直的量測(cè)平面，也就是高程傳遞面，利用具有縱向每格4.1s（0.02mm/m）和橫向每格30s（0.145mm/m）兩個(gè)管水準(zhǔn)氣泡的鉗工水平儀對(duì)量測(cè)平面進(jìn)行精細(xì)整平，可以將中心固定螺孔位置（此為我們目前使用的全部?jī)x器的相位中心位置，如果其他有不同的情況，可以從儀器的說(shuō)明中得到非常準(zhǔn)確的底部到相位中心差值或者使用千分尺之類工具量測(cè)出來(lái)，其誤差可小于0.1mm，相對(duì)于我們?cè)试S的測(cè)量誤差——大約2mm——可以忽略不計(jì)） 的高程傳遞到觀測(cè)墩邊緣以外地面可以垂直量測(cè)到的位置上，下面，在觀測(cè)墩底部方形水泥平臺(tái)上有半球形水準(zhǔn)標(biāo)志，其頂點(diǎn)中心位置就是我們使用二等水準(zhǔn)測(cè)量所能到達(dá)的位置。水準(zhǔn)標(biāo)志垂直往上可以看到我們的量測(cè)平面，使用精度較高的手持式測(cè)距儀就可以準(zhǔn)確測(cè)量水準(zhǔn)標(biāo)志到觀測(cè)墩頂部?jī)x器相位中心的高差，二等水準(zhǔn)也就傳遞上去了（圖1）。

圖1　參考站觀測(cè)墩示意和實(shí)體圖Fig. 1 Schematic diagram and physical diagram of the reference station

2　結(jié)構(gòu)及制作（本文中所有涉及尺寸均以mm為標(biāo)注單位）

本量測(cè)工具包括以下部件組成：主臂平面1塊，側(cè)向固定平面共2塊，加固鐵片上下各2共4片，兩端加固鐵片共2片，調(diào)節(jié)螺桿2根，調(diào)節(jié)螺桿套筒4只（圖2）。

圖2　量測(cè)工具結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 2 Schematic diagram of measuring tool structure

2.1主臂平面

此為主要的量測(cè)平面，也就是高程傳遞平面。

長(zhǎng)度900mm、寬度80mm、厚度10mm。為了保證量測(cè)的平直要求，材質(zhì)上，我們采用厚度10mm的高強(qiáng)度的汽車彈簧鋼，保證使用過(guò)程中不易變形。兩側(cè)邊框進(jìn)行二氧化碳精細(xì)焊接，焊接前進(jìn)行平直校正，焊接過(guò)程注意控制變形?？蚣芎附雍笊夏ゴ策M(jìn)行精細(xì)磨削，磨削次序是A面—B面—A面，磨削厚度分別為0.2、0.3、0.2。上下兩個(gè)平面平直度控制在0.1mm以內(nèi)、對(duì)向平面平行度控制在0.15mm以內(nèi)，經(jīng)過(guò)上述精細(xì)處理，能夠很好地做到該量測(cè)平面的正反兩個(gè)面都各自平直并且相互并行。

圖3　中心固定螺孔示意圖（兩側(cè)銑槽中間留下梁壩）Fig.3 Schematic diagram of central fixing screw （middle left beam milling groove on both sides of the dam）

在中心固定螺孔位置（圖3），下面是一個(gè)用于安裝儀器的強(qiáng)制對(duì)中桿，本量測(cè)平面擔(dān)在對(duì)中桿肩部平面上，對(duì)中桿頂部中心螺絲穿過(guò)量測(cè)平面，上面用螺帽固定。對(duì)中桿肩部平面高度是觀測(cè)墩所要安裝儀器的相位中心高度，現(xiàn)在該肩部平面與量測(cè)平面下部貼合，因?yàn)檎麄€(gè)量測(cè)工具重量達(dá)到8公斤，基本可以排除量測(cè)平面下部與對(duì)中桿肩部平面最高位置之間產(chǎn)生的縫隙。

由于制作精細(xì)保證上下平面平直且平行，量測(cè)時(shí)量測(cè)平面上部放置鉗工水平儀，在量測(cè)平面上部整平，下部因與上部平行也保持水平，而且下部也是平直的，這樣，中間位置對(duì)中桿肩部平面高度就延長(zhǎng)傳遞到量測(cè)平面一端，以便其垂直位置地面水準(zhǔn)標(biāo)志上使用手持激光測(cè)距儀進(jìn)行精確的高度量測(cè)。

觀測(cè)墩頂部中心安放強(qiáng)制對(duì)中桿位置是一個(gè)預(yù)制構(gòu)件，在觀測(cè)墩制作安裝過(guò)程中用水泥鑲嵌上，很難保證該預(yù)制構(gòu)件頂部平面的嚴(yán)格水平，由于儀器是強(qiáng)制對(duì)中，相位中心在中間，與地面某個(gè)水準(zhǔn)標(biāo)志高差在本法切面上，量測(cè)時(shí)對(duì)中桿往往側(cè)面頂起了量測(cè)平面，該高點(diǎn)與上述法切面有一點(diǎn)差距，按照制作整平誤差2分計(jì)，長(zhǎng)度420mm，大約存在0.25mm的誤差?，F(xiàn)在，我們用銑床把中心位置的兩個(gè)側(cè)面銑凹下1.5mm，中間留3mm寬形成梁壩，這樣既保證量測(cè)平面相應(yīng)的強(qiáng)度，又能夠使上述法切面的梁壩部分與強(qiáng)制對(duì)中桿貼合，減少一定的誤差。

2.2側(cè)向固定平面

共兩塊，長(zhǎng)度900mm、寬度40mm、厚度8mm。

主要是保護(hù)主臂平面在使用過(guò)程中不致輕易發(fā)生變形，同時(shí)形成兩個(gè)背向的無(wú)蓋箱體，便于在主臂平面上進(jìn)行操作，放置的物件也不易掉落下來(lái)，保證安全。

在將兩塊側(cè)向固定平面往主臂平面上焊接時(shí)，為了減少主臂平面變形，沒(méi)有在主臂平面的正面上進(jìn)行焊接，而是在側(cè)向固定平面上每隔60mm開(kāi)一個(gè)60×16的孔，每側(cè)7個(gè)孔，從側(cè)面露出主臂平面，然后在側(cè)面進(jìn)行焊接，減少焊接高溫對(duì)于主臂平面的變形影響。同時(shí)在不影響強(qiáng)度的前提下也能夠減輕一些重量。

2.3上下及兩端加固鐵片

厚度都是4 m m，長(zhǎng)度都是9 6 m m，上下加固鐵片寬度為25mm，兩端加固鐵片寬度與上述側(cè)向固定平面的寬度相等，為40mm。加固鐵片主要起到側(cè)向固定平面緊固作用，防止其因受到外力導(dǎo)致主臂平面變形。同時(shí)兩端加固鐵片形成的箱體也便于放置鉗工水平儀等物件，不至于從高空墜落發(fā)生危險(xiǎn)，上下加固鐵片還可以當(dāng)做拿取整套工具的握持把手。

2.4調(diào)節(jié)螺桿（圖4）

圖4　調(diào)節(jié)螺桿Fig. 4 Adjusting screw

總長(zhǎng)168mm，從左至右分別是下直徑1mm、上直徑10mm、長(zhǎng)9mm的圓錐，直徑10mm、長(zhǎng)46mm圓桿，外徑12mm、長(zhǎng)60mm、螺距0.75mm的外絲螺旋，再下來(lái)是對(duì)稱相同的圓桿和圓錐，為了調(diào)節(jié)方便，在距離其中一端29mm位置焊接一個(gè)外徑30mm、內(nèi)徑10mm、厚度6mm的調(diào)節(jié)手輪。

總長(zhǎng)度的制作依據(jù)是：強(qiáng)制對(duì)中桿肩部到觀測(cè)墩平臺(tái)一般是79mm，加上主臂平面厚10mm為89mm，再考慮翻過(guò)來(lái)使用，又加上79mm，總長(zhǎng)度就是168mm。

外絲螺旋設(shè)置在正中間，量測(cè)時(shí)調(diào)節(jié)螺桿插入調(diào)節(jié)螺桿套筒再旋轉(zhuǎn)到中間位置后其兩端尖部到主臂平面的高度基本上與強(qiáng)制對(duì)中桿露出的長(zhǎng)度相等，這樣方便整套工具主臂平面正反兩個(gè)面都能夠比較方便的進(jìn)行量測(cè)。

因?yàn)閭?cè)向固定平面的厚度是40mm，留給手輪的調(diào)節(jié)空間只有64mm?？紤]到手輪的厚度，所以焊接位置距離頂端就是29mm——這是一般情況下可以調(diào)節(jié)的長(zhǎng)度上下范圍，因而外絲螺旋的長(zhǎng)度制作成60mm，如果需要更大一點(diǎn)的調(diào)節(jié)，有手輪的一端需要在主臂平面上部，翻過(guò)來(lái)量測(cè)時(shí)，調(diào)節(jié)螺桿要卸下再裝，手輪仍然在上部。理論上說(shuō)最大可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度只與調(diào)節(jié)螺桿長(zhǎng)度相關(guān)，需要多長(zhǎng)調(diào)節(jié)，就制作相應(yīng)長(zhǎng)度的外絲螺旋。

調(diào)節(jié)螺桿的兩端，頂頭車削成較尖的直徑1mm的平臺(tái)，在保證有一定強(qiáng)度不易折斷的前提下，旋轉(zhuǎn)接觸面較小，對(duì)于工具的晃動(dòng)不致顯著，方便工具整平工作的快速、準(zhǔn)確。

以強(qiáng)制對(duì)中桿作為一端支撐固定點(diǎn)，使用兩個(gè)調(diào)節(jié)螺桿作為另兩個(gè)可調(diào)節(jié)的支撐點(diǎn)，在鉗工水平儀的控制下調(diào)節(jié)主臂平面使其上下兩個(gè)面達(dá)到精細(xì)水平。

2.5調(diào)節(jié)螺桿套筒

內(nèi)徑12mm，外徑22mm，長(zhǎng)度40mm，螺距0.75mm的內(nèi)絲圓筒，用于調(diào)節(jié)螺桿插入調(diào)節(jié)。

焊接到在側(cè)向固定平面的外側(cè)，依照觀測(cè)墩平臺(tái)半徑250mm，焊接位置距離中心固定螺孔縱向220mm，到螺孔中心位置為227.8mm。

2.6制作步驟

材料選取與按尺寸剪裁，以及調(diào)節(jié)螺桿和套筒制作不予贅述，下面主要從保證主臂平面平直與平行角度說(shuō)明制作技術(shù)要點(diǎn)：

第一、主臂平面校平：在鉗工工作臺(tái)上進(jìn)行精細(xì)校正。

第二、側(cè)向固定平面制作：主要是每隔60mm開(kāi)一個(gè)60×16的孔，每側(cè)7個(gè)孔。

第三、側(cè)向固定平面與主臂平面焊接：在工作臺(tái)上將兩側(cè)都使用總長(zhǎng)900mm，寬度80mm與主臂平面大小相同的平整光滑鐵塊夾持主臂平面，兩塊側(cè)向固定平面從側(cè)面焊接到主臂平面。

第四、主臂平面精細(xì)磨削：磨削前再次校正主臂平面。然后上磨床進(jìn)行精細(xì)磨削，磨削次序是A面—B面—A面，磨削厚度分別為0.2、0.3、0.2，保證正反兩個(gè)面都平直并且并行。

第五、主臂平面精中心固定螺孔兩側(cè)銑槽中間留下梁壩：上銑床下面用長(zhǎng)度長(zhǎng)900mm寬度80mm，上面兩端350mm寬度80mm平整光滑鐵塊夾持主臂平面，中間留出200mm空間以便操作，將中心位置的兩個(gè)側(cè)面銑凹下1.5mm，中間留3mm寬形成梁壩。

第六、加固鐵片和調(diào)節(jié)螺桿套筒焊接到側(cè)向固定平面上：在工作臺(tái)上將使用鐵塊夾持主臂平面并且固定側(cè)向固定平面，將上下四塊及兩端各一塊共計(jì)6塊加固鐵片以及4只調(diào)節(jié)螺桿套筒焊接到側(cè)向固定平面上。焊接時(shí)注意保護(hù)主臂平面不可使焊渣掉落到主臂平面引起變形。注意兩端加固鐵片與主臂平面相接的地方不可焊接，防止主臂平面發(fā)生變形。

第七、考慮到磨光的主臂平面反射太強(qiáng)造成的對(duì)于測(cè)距的不利影響，將主臂平面進(jìn)行烤漆（至少是噴漆）處理，然后主臂平面的縱向軸線上標(biāo)繪距離標(biāo)尺便于手持激光測(cè)距儀垂直量測(cè)時(shí)確定位置。

3　工具使用及誤差分析（圖5）

3.1整平工具

圖5　伸臂式儀器高度量測(cè)工具測(cè)量示意圖Fig. 5 Schematic diagram of measurement instrument tools of overhangingcanopy height measurement

我們選用高精度的鉗工水平儀作為置平工具，使用前在鉗工工作臺(tái)上進(jìn)行校正，其橫向整平誤差為30"（每格0.145mm/m），縱向即主軸方向的整平誤差為4.1"（每格0.02mm/m），相比一般測(cè)量?jī)x器使用30"管水準(zhǔn)氣泡可以得到更高的整平精度。

3.2測(cè)距工具

我們使用較高精度的手持激光測(cè)距儀（Leica Disto-D5，10m內(nèi)誤差小于1mm）。

3.3量測(cè)方法

第一、首先使用垂球確定地面的水準(zhǔn)標(biāo)志相對(duì)于中心位置的方向（在觀測(cè)墩上做上標(biāo)記）以及水準(zhǔn)標(biāo)志在主臂平面的垂直投影位置（記錄紙上填寫(xiě)）；

第二、調(diào)節(jié)兩個(gè)調(diào)節(jié)螺桿（與中心位置的強(qiáng)制對(duì)中桿共同形成三個(gè)支點(diǎn)）使主臂平面即量測(cè)平面達(dá)到水平，強(qiáng)制對(duì)中桿肩部就與進(jìn)行量測(cè)的主臂平面下部在同一高度上；

第三、在下面的水準(zhǔn)標(biāo)志上使用手持激光測(cè)距儀，進(jìn)行垂直量測(cè)，得到的距離值就是所要的結(jié)果。

3.4重復(fù)量測(cè)

第一、為了減少主臂平面變形對(duì)于結(jié)果的影響，也為了提高量測(cè)精度，將工具翻身，主臂平面兩個(gè)面顛倒再量測(cè)一次，兩次各量取4個(gè)距離值，取全部8個(gè)觀測(cè)值的平均數(shù)作為量測(cè)的結(jié)果，該正反面量測(cè)方法就好像儀器觀測(cè)的盤左盤右方法一樣，可以最大限度減少工具變形對(duì)于量測(cè)結(jié)果的影響。

第二、從更進(jìn)一步地提高量測(cè)精度考慮，對(duì)于同一個(gè)水準(zhǔn)標(biāo)志可以考慮使用工具的另一端顛倒兩個(gè)面再次量測(cè)各取4個(gè)距離值，取四個(gè)面的總平均值作為最后的量測(cè)結(jié)果，將更加準(zhǔn)確可靠。

經(jīng)過(guò)實(shí)踐，一個(gè)觀測(cè)墩四個(gè)水準(zhǔn)標(biāo)志每個(gè)點(diǎn)正反面量測(cè)兩次，每次測(cè)量四個(gè)值，正反兩個(gè)面的8個(gè)觀測(cè)數(shù)作為一組觀測(cè)值，四個(gè)水準(zhǔn)標(biāo)志總費(fèi)時(shí)約25min，而且，該方法是直接得到量測(cè)結(jié)果，比對(duì)及平均值也是一目了然，沒(méi)有類似三角高程的很多數(shù)據(jù)限差檢校以及后續(xù)的計(jì)算。

3.5成果使用

制作工具的目的是獲取觀測(cè)墩頂部的水準(zhǔn)高程，所以要將工具量測(cè)的結(jié)果依照觀測(cè)值單位權(quán)中誤差歸化并納入水準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整體平差。我們將頂部位置作為水準(zhǔn)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)對(duì)待，觀測(cè)墩四個(gè)水準(zhǔn)標(biāo)志作為兩條水準(zhǔn)線路經(jīng)過(guò)的來(lái)和去的水準(zhǔn)點(diǎn)，兩條水準(zhǔn)線路交匯到頂部位置成為水準(zhǔn)網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)，頂點(diǎn)與水準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)高差納入水準(zhǔn)網(wǎng)整體平差。

3.6誤差分析

通過(guò)對(duì)工具的結(jié)構(gòu)和量測(cè)方法的分析，我們認(rèn)為對(duì)于量測(cè)結(jié)果的影響因素有：

第一、手持激光測(cè)距儀測(cè)距精度σd，此為主要的誤差源，使用高精度測(cè)距儀可以顯著提高測(cè)量精度，本文中σd=0.1mm；

第二、量測(cè)平面平直誤差造成的影響σs，本文中σs=0.1mm；

第三、量測(cè)平面上下兩個(gè)面平行誤差造成的影響σp，本文中σp=0.15mm；

第四、量測(cè)平面縱向置平誤差σl，此項(xiàng)誤差依據(jù)鉗工水平儀縱向水準(zhǔn)氣泡偏移值計(jì)算，選用的鉗工水平儀縱向每格偏差值γl=0.02mm/m ，設(shè)整平操作偏移格數(shù)為nl=4、水準(zhǔn)標(biāo)志到觀測(cè)墩中心投影的水平距離dl=420mm，則傾斜值：

第五、量測(cè)平面橫向置平誤差σv，此項(xiàng)誤差依據(jù)鉗工水平儀橫向水準(zhǔn)氣泡偏移值計(jì)算，選用的鉗工水平儀橫向每格偏差值γv=0.145mm/m ，設(shè)整平操作偏移格數(shù)為nv=3、照準(zhǔn)點(diǎn)偏離縱向軸線距離dv=25mm，則傾斜值：

第六、量測(cè)光線在量測(cè)平面投影的縱向位移造成的誤差σpl，設(shè)垂直距離為h=3800mm，縱向偏移為dl=25mm，則傾斜值：

第七、量測(cè)光線在量測(cè)平面投影的橫向位移造成的誤差σpv，設(shè)垂直距離為h=3800mm，橫向偏移為dv=25mm，則傾斜值：

上述誤差之間的相關(guān)性很弱，在忽略關(guān)聯(lián)性影響的情況下，總誤差公式：

此誤差與二等水準(zhǔn)要求的1.9mm相比是可以接受的。

3.7實(shí)際檢驗(yàn)（對(duì)比量測(cè)試驗(yàn)）

由于實(shí)際觀測(cè)墩比較高，使用電子水準(zhǔn)儀不能夠一站直接觀測(cè)到，為了獲取真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行精度檢驗(yàn)，我們?cè)O(shè)立了能夠進(jìn)行一等水準(zhǔn)一站觀測(cè)的包括頂部預(yù)制構(gòu)件以及底部水準(zhǔn)標(biāo)志在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)墩，進(jìn)行了8組工具量測(cè)（每組正反面各4個(gè)量測(cè)數(shù)據(jù)共計(jì)8個(gè)量測(cè)數(shù)據(jù)）及2站一等水準(zhǔn)觀測(cè)對(duì)比測(cè)量實(shí)驗(yàn)，以下是觀測(cè)數(shù)值比較列表1：

從表1可以看出，無(wú)論是觀測(cè)結(jié)果（觀測(cè)值總平均數(shù)）誤差，還是分組單位權(quán)中誤差，都是很小的。

3.8有關(guān)工具的變形問(wèn)題

表1　工具量測(cè)與一等水準(zhǔn)觀測(cè)的對(duì)比測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果列表 （單位：mm）Table 1 Comparison of the experimental results of instruments measurement and first order observation （unit： mm）

本工具使用箱體結(jié)構(gòu)，量測(cè)平面被保護(hù)在中間，兩側(cè)是厚鋼板固定保護(hù)，后者上下和兩端還焊接有固定鐵片加以護(hù)衛(wèi)，可以抵抗不是非常嚴(yán)重的摔、碰的影響。

根據(jù)工具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能特點(diǎn)，使用正反面的量測(cè)與平均方法可以有效地規(guī)避掉工具的變形影響，因?yàn)橹鞅燮矫娴暮穸群蛢蓚€(gè)面之間的平行性是不會(huì)變化的，即使有變形，一面觀測(cè)值變大，另一面觀測(cè)值必定變小，并且變化數(shù)值相同。

如果只有一端變形嚴(yán)重（我們以3mm為限），可以只用變形符合要求的另一端進(jìn)行量測(cè)，如果兩端都發(fā)生正反面觀測(cè)值差異過(guò)大或者發(fā)生扭曲變形等不可回避的變形，就需要進(jìn)行校正，并人工對(duì)主臂平面的平直和平行進(jìn)行磨削。

4　經(jīng)濟(jì)效益

4.1直接經(jīng)濟(jì)效益

本工具制作費(fèi)用：材料約60元，螺桿及套筒制作約200元，切割、銑槽、開(kāi)孔、焊接約240元，磨床磨削約200元，總計(jì)約700元。另外，配套的鉗工水平儀約200元，手持激光測(cè)距儀約3000元。

按照前文所述，使用本工具耗費(fèi)的人工時(shí)大約0.5×2=1（人工時(shí)），我們按照二等水準(zhǔn)的要求使用1"級(jí)全站型經(jīng)緯儀進(jìn)行三角高程測(cè)量至少需要觀測(cè)6個(gè)測(cè)回，加上1個(gè)小時(shí)計(jì)算，四個(gè)水準(zhǔn)標(biāo)志大約用時(shí)2×3+1=7（人工時(shí)），按照一臺(tái)1"級(jí)全站型經(jīng)緯儀1個(gè)人工時(shí)大約200元計(jì)算，大約相差1400-200=1200元。AHCORS的參考站大約70個(gè)站，其直接增益效益是1200×70=8.4萬(wàn)元。

本工具現(xiàn)正在國(guó)家測(cè)繪局系統(tǒng)進(jìn)行推廣，我們以全國(guó)2000個(gè)參考站計(jì)算，則直接增益效益就是1200×2000=240萬(wàn)元。

其他梁、架、墩、塔的直接增益效益未做統(tǒng)計(jì)，但其數(shù)額一定很大。

4.2間接經(jīng)濟(jì)效益

從二等水準(zhǔn)的利用價(jià)值角度，僅從省級(jí)衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)和利用的角度考慮，只有建立高等級(jí)的高程數(shù)據(jù)，才能夠?qū)崿F(xiàn)省級(jí)衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)諸如“建立永久性連續(xù)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)參考框架”、“高鐵等大型高精度重要設(shè)施施工放樣”、“國(guó)家地殼形變監(jiān)測(cè)”、“地震監(jiān)測(cè)”、“地面沉降監(jiān)測(cè)”、“水利、交通等部門大壩、橋梁、重要建筑物的變形監(jiān)測(cè)”等等工作，價(jià)值巨大。

例如“地面沉降監(jiān)測(cè)”，如果沒(méi)有二等精度的水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)，是不能夠進(jìn)行地面沉降分析的，按照測(cè)量收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，以AHCORS70個(gè)參考站2000公里計(jì)，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值將達(dá)到1365.6×2000=273.12萬(wàn)元，而成本，僅是現(xiàn)成數(shù)據(jù)的利用，也就是計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)計(jì)算的費(fèi)用，不會(huì)超過(guò)10萬(wàn)元。

上述省級(jí)衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)眾多應(yīng)用毋庸贅述，其他眾多類型梁、架、墩、塔的高等級(jí)高程數(shù)據(jù)的使用價(jià)值更加不可估量。

5　總結(jié)

（1）使用延伸臂方式進(jìn)行量測(cè)，直觀、科學(xué)，易于接受；

（2）使用正反面量測(cè)并取平均值，可以有效地進(jìn)行量測(cè)檢核，更主要的是它可以有效地消除工具變形帶來(lái)的誤差；

（3）主臂平面使用厚達(dá)10mm的彈簧鋼制作，保證了工具在后續(xù)使用中的穩(wěn)定、抗變形；

（4）使用側(cè)向固定平面和上下及兩端加固鐵片，可以有效地保護(hù)量測(cè)平面，抗摔、碰，減少變形，是本量測(cè)工具能夠得到很好使用的保障；

（5）調(diào)節(jié)螺桿的設(shè)計(jì)尺寸方便了正反面量測(cè)，其頭部設(shè)計(jì)成面積適中的尖的平臺(tái)，在保證一定強(qiáng)度的前提下，方便工具整平工作的快速、準(zhǔn)確；

（6）使用高精度的手持激光測(cè)距儀和鉗工水平儀是保證量測(cè)精度不可或缺的必要前提；

（7）經(jīng)過(guò)誤差公式推演論證以及多次實(shí)驗(yàn)性比對(duì)量測(cè)研究，證明本工具的量測(cè)精度可以達(dá)到很高水平，完全符合二等水準(zhǔn)的要求。

總之，本量測(cè)工具結(jié)構(gòu)原理及方法功能可靠性好，制作簡(jiǎn)單，使用方便、快捷，量測(cè)精度高。

說(shuō)明：本論文所述工具申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利已獲通過(guò)，專利號(hào)ZL201110157257.4。

［1］方子良，宋彪.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，2004.

［2］GB/T12897-2006 國(guó)家一、二等水準(zhǔn)水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

［3］CJJ8-85 城市測(cè)量規(guī)范［S］.北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1985.

［4］徠卡測(cè)量?jī)x器公司.Leica Disto-D5用戶手冊(cè)［S］.2008.

［5］余哲.GPS高程與精密水準(zhǔn)高程的對(duì)比分析［J］.山西煤炭，2006，26（4）：35～37.

ON MAKING A TOOL FOR MEASUREMENT OF PIER TOWER HEIGHT OF BEAM FRAME

DUAN Jia-jia1，DUAN Zhong-lai2
（1. No.324 Unit， Bureau of Geology and Mineral Exploration of Anhui Province， Chizhou， Anhui 247000， China； 2. Fundamental Mapping Information Center of Anhui Province， Hefei， Anhui 230031， China）

Starting from the principle of this measurement tool， this paper introduced the structure， making process and precise control of the tool， analyzed all possible measurement errors， their values and overall error formula， set up a real observation station to make a comparative analysis of this measurement with first-order leveling to test the reliability of this tool， and finally reached a conclusion that this measurement tool is well reliable in structure， principle， method and function， simple in making， convenient and quick for use and high in measurement precision.

boom； measurement tool； observation pier； making； error formula； comparative analysis of measurement

1005－6157（2016）03－0235－6

F204

B

2016-02-26

段佳佳（1987－ ），女，安徽安慶人，助理工程師，現(xiàn)主要從事地質(zhì)測(cè)繪工作。