CN111521148B - 快速测量塔柱上基准点的平面坐标的方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种快速测量塔柱上基准点的平面坐标的方法，包括：预设至少三个不共线的施工控制点形成的施工控制网，定义施工控制网所在的面为施工控制网投影高程面；架设全站仪在塔柱上，全站仪的发射中心为基准点，并确定基准点高程和基准点高程面；根据基准点高程，对全站仪的目标测量参数设置长度变形因子λ；启用设置长度变形因子λ后的全站仪为自由设站模式，依次观测三个施工控制点，并依次得到基准点与三个施工控制点在施工控制网投影高程面的第二平距；根据三个施工控制点的平面坐标和得到的对应的第二平距，确定基准点在施工控制网投影高程面的平面坐标。本申请测量的方法简单易操作，且作业时间短。

Description

快速测量塔柱上基准点的平面坐标的方法

技术领域

本发明涉及工程施工辅助设备技术领域，具体涉及一种快速测量塔柱上基准点的平面坐标的方法。

背景技术

大型斜拉桥主塔施工、索锚系统的定位测量，悬索桥主塔的施工测量，均需要将塔柱不同高程的基准点的平面坐标归算至施工控制网投影高程面上，以保证塔柱与地面参考椭球面的铅垂线一致。

在现有技术中，大多的基准点在施工控制网投影高程面上的平面坐标，采用三维坐标法测量定位完成。全站仪自由设站法传递坐标基准具有作业速度快、精度高的优点而成为普通桥梁坐标基准传递的有效手段，然而，却不适于宽阔水域、高塔施工的测量。根据全站仪的说明书，基准点与施工控制点在基准点高程面上第一平距的计算公式为：

L＝Y-A·X·Y，

式中：

L为全站仪在基准点高程面的第一平距(m)，Y为S·︱sind︱(m)，X为S·cosd(m)，A为(1-k/2)/R(m-1)，k为平均大气折光系数，R为地球半径(m)，d为竖盘读数，S为全站仪测量的斜距，并且，该第一平距L由全站仪测量直接显示。

一般来说，全站仪测量的平距为全站仪发射中心高程面处的长度，也即基准点在基准点高程面上的平距，与目标棱镜所处高程面无关，也与施工控制网投影高程面无关。高塔施工过程中，全站仪架设在主塔的基准点，通过观测与施工控制点的距离，采用全站仪自由设站法获取基准点的平面坐标。然而，该方法测量得到的基准点在基准点高程面上的平距没有归算至施工控制网投影高程面上，影响坐标传递成果。

为消除归算至施工控制网投影高程面上的差值对坐标基准传递成果影响，还可采用第二种方法，具体来说是，先将高程准确传递至基准点，确定基准点高程，也即基准点高程，然后观测基准点与施工控制点的斜距，根据基准点高程、目标棱镜中心的高程，通过观测的斜距，根据公式(1)(引自铁路工程测量规范)计算基准点与施工控制点在施工控制网投影高程面的第二平距，公式(1)为：

式中：R-地球半径(m)，H_镜为目标棱镜中心高程，H_仪为全站仪发射中心高程或基准点高程，h为全站仪发射中心H_仪、棱镜中心H_镜的高差(m)，S为全站仪测量的斜距，H_m为施工控制网投影高程。

然而，第二种方法必须将高程准确传递至基准点后，才能进行全站仪的斜距测量，即基准点高程、平面坐标传递不能同步进行，而且斜距数据采集结束，需要根据公式(1)进行数据处理，作业时间长，容易出现数据错误。

发明内容

本申请实施例提供一种快速测量塔柱上基准点的平面坐标的方法，其适用于高塔或宽水域桥梁的塔柱上基准点在施工控制网投影高程面上的平面坐标的精准测量，该测量的方法简单易操作，且作业时间短。

本发明实施例提供了一种快速测量塔柱上基准点的平面坐标的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：预设至少三个不共线的施工控制点形成的施工控制网，定义所述施工控制网所在的面为施工控制网投影高程面；

步骤S2：架设全站仪在塔柱上，所述全站仪的发射中心为基准点，并确定所述基准点高程和基准点高程面；

步骤S3：根据所述基准点高程，对所述全站仪的目标测量参数设置长度变形因子λ；所述目标测量参数为所述施工控制点与所述基准点在所述基准点高程面上的第一平距；

步骤S4：启用设置长度变形因子λ后的全站仪为自由设站模式，依次观测三个所述施工控制点，并依次得到所述基准点与三个施工控制点在所述施工控制网投影高程面的第二平距；

步骤S5：根据三个所述施工控制点的平面坐标和得到的对应的第二平距，确定所述基准点在施工控制网投影高程面的平面坐标。

一些实施例中，优选地，所述步骤S3中的长度变形因子λ的计算公式为：

式中，H_m为施工控制网投影高程，H_仪为基准点高程，R_A为参考椭球体在施工控制网投影高程面的曲率半径。

优选地，所述步骤S4的具体步骤包括：

依次正、倒镜观测三个所述施工控制点。

优选地，沿所述塔柱的竖直方向设置多个所述基准点。

优选地，所述步骤S2的具体步骤为：

架设全站仪在已施工完毕的塔柱的顶部，并根据塔柱的顶面高程与全站仪的高度确定所述全站仪的基准点高程和基准点高程面。

优选地，在所述步骤S4之前，还包括步骤：

对所述全站仪进行温度、气压及湿度修正。

优选地，所述施工控制点到所述塔柱的距离范围为300m～1000m。

优选地，所述基准点高程为+20m～+330m，其中，定义所述施工控制网投影高程面的高程为0。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本发明提供的一种快速测量塔柱上基准点的平面坐标的方法，其适用于高塔或宽水域桥梁的塔柱上基准点在施工控制网投影高程面上的平面坐标的测量，不局限于施工控制点和基准点在基准点高程面上的第一平距或是塔柱的高度；本发明对全站仪的目标测量参数(第一平距)进行长度变形因子设置，根据基准点高程匹配对应的长度变形因子，能够在常规测量第一平距的方法的基础上，快速准确地通过参与坐标传递的施工控制点获取塔柱上的基准点在施工控制网投影高程面的第二平距，且该测定的方法简单易操作，测量精度高，且作业时间短。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的快速测量塔柱上基准点的平面坐标的方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的基准点和一个施工控制点的分布示意图；

图3为本申请实施例提供的基准点和三个施工控制点在施工控制网投影高程面上的分布示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种快速测量塔柱上基准点的平面坐标的方法，该方法能够快速将基准点的平面坐标传递至施工控制网投影高程面上，且测量方法简单易操作，精度高，以及作业时间短。

参见图1～3所示，本发明实施例提供一种快速测量塔柱上基准点的平面坐标的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：预设三个不共线的施工控制点形成的施工控制网，定义所述施工控制网所在的面为施工控制网投影高程面；

步骤S2：架设全站仪在塔柱上，并确定所述全站仪的基准点高程和基准点高程面；

步骤S3：根据所述基准点高程，对所述全站仪的目标测量参数设置长度变形因子λ；所述目标测量参数为所述施工控制点与所述基准点在所述基准点高程面上的第一平距；

步骤S4：启用设置长度变形因子λ后的全站仪为自由设站模式，依次观测三个所述施工控制点，并依次得到所述基准点与三个施工控制点在所述施工控制网投影高程面的第二平距。

步骤S5：根据三个所述施工控制点的平面坐标和得到的对应的第二平距，确定所述基准点在施工控制网投影高程面的平面坐标。

在现有技术中，全站仪测量第一平距的原理为，全站仪从基准点出发，依次测量得到基准点到每个施工控制点的斜距、水平夹角和垂直角，根据所述斜距和垂直角计算得到第一平距的大小。

本发明快速测量塔柱上基准点的平面坐标的方法工作原理为：

根据已知的三个施工控制点确定待测的基准点的空间位置，得到第一平距，并引进长度变形因子，将第一平距转变为基准点与施工控制点在施工控制网投影高程面的第二平距，根据三个施工控制点的平面坐标和每个施工控制点到基准点的第二平距的大小，能够得出基准点在施工控制网投影高程面上的平面坐标，即本发明能够在现有技术的基础上，通过设置长度变形因子的方式快速测得距施工控制网投影高程面一定高度的基准点在施工控制网投影高程面上的平面距离，且在测量时，不需要另行计算基准点的高度、基准点到施工控制点的距离，其测量的方法简单易操作。

具体来说，根据塔柱的不同高度，确定不同的基准点高程和基准点高程面，其中，所述步骤S3中的长度变形因子λ的计算公式为：

式中，H_m为施工控制网投影高程，H_仪为基准点高程，R_A为参考椭球体在施工控制网投影高程面的曲率半径。

具体地，所述步骤S4的具体步骤包括：

依次正、倒镜观测三个所述施工控制点。

在本实施例中，启用设置长度变形因子λ后的全站仪的自由设站模式，依次正、倒镜观测所述施工控制点，能够准确快速地获取第二平距的值。

在实际的测量过程中，常需要对不同高度的基准点进行测量，因此，沿所述塔柱的竖直方向设置多个所述基准点。

具体来说，所述步骤S2的具体步骤为：

架设全站仪在已施工完毕的塔柱的顶部，并根据塔柱的顶面高程与全站仪的高度确定所述全站仪的基准点高程和基准点高程面。

在本实施例中，塔柱在不断向上施工，其高度不断变化，将全站仪直接架设在已施工完毕的塔柱的顶部，其对于全站仪的取样位置要求低，更易操作。

优选地，在所述步骤S4之前，还包括步骤：

对全站仪进行温度、气压及湿度修正。

在本实施例中，通过对全站仪进行温度、气压及湿度修正，使得全站仪的测量结果更为准确。

具体地，所述施工控制点到所述塔柱的距离范围为300m～1000m。将施工控制点布置在距离塔柱300m～1000m，符合实际常施工的距离范围，且也进一步体现本申请适用于远距离宽水域的桥梁上的塔柱上不同高度的基准点的平面坐标传递至施工控制网投影高程面上。

更进一步地，所述基准点高程为+20m～+330m，其中，定义所述施工控制网投影高程面的高程为0。在实际施工测量中，根据常施工的塔柱的高度，全站仪的发射中心到施工控制网投影高程面的距离为20m～330m。

地球为一球体，通过验证计算可以得出基准点到某一施工控制点在施工控制网投影高程面的第二平距与在基准点高程面的第一平距的比值即为长度变形因子λ，因此，该长度变形因子λ能够以全站仪的基准点高程来求得。

具体来说，某长江大桥的施工控制网投影高程为+20m，塔柱施工过程中，在塔柱的不同高度设置基准点，全站仪测量时，已进行温度、气压及湿度改正，显示的第一平距为全站仪基准点高程面处的施工控制点与所述基准点的距离，与目标棱镜所处高程面无关，基准点在高精度坐标计算时，需将该基准点换算至在施工控制网投影高程面上的投影点的坐标，该投影点的坐标通过三个所述施工控制点的平面坐标和得到的对应的第二平距计算得到。

某长江大桥的施工控制网投影高程面H_m(+20m)，全站仪发射中心高程(基准点高程)取+20m～+330m，全站仪与施工控制点在投影高程面H_m(+20m)的距离取300m～1000m，按照以下公式计算后进行比较第一平距和第二平距；其中，

式中：D₁为第二平距，L为第一平距，H_m为施工控制网投影高程，H_仪为基准点高程，R_A为参考椭球体在施工控制网投影高程面的曲率半径。

按常规计算方法计算不同的基准点高程、不同的第二平距对应的第一平距，并将基准点高程、第一平距、第二平距三者的数据并记录在表1中，单位为米。

表1不同的基准点高程、不同的第二平距对应的第一平距

计算每组第一平距和第二平距的比值，并将每组的比值记录在表2中。

表2第一平距和第二平距的比值

可见，全站仪在同一基准点高程面上观测的第一平距的长度归算至施工控制网投影面上的第二平距的长度比例是一致的，也即在全站仪自由设站前，根据已知的基准点高程，推算出长度变形因子λ，其与施工控制点的位置无关，输入全站仪即可快速测得基准点在施工控制网投影高程面上的平面坐标。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种快速测量塔柱上基准点的平面坐标的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：预设至少三个不共线的施工控制点形成的施工控制网，定义所述施工控制网所在的面为施工控制网投影高程面；

步骤S2：架设全站仪在塔柱上，所述全站仪的发射中心为基准点，并确定所述基准点高程和基准点高程面；

步骤S3：根据所述基准点高程，对所述全站仪的目标测量参数设置长度变形因子λ；所述目标测量参数为所述施工控制点与所述基准点在所述基准点高程面上的第一平距；

步骤S4：启用设置长度变形因子λ后的全站仪为自由设站模式，依次观测三个所述施工控制点，并依次得到所述基准点与三个施工控制点在所述施工控制网投影高程面的第二平距；

步骤S5：根据三个所述施工控制点的平面坐标和得到的对应的第二平距，确定所述基准点在施工控制网投影高程面的平面坐标；

所述步骤S3中的长度变形因子λ的计算公式为：

式中，H_m为施工控制网投影高程，H_仪为基准点高程，R_A为参考椭球体在施工控制网投影高程面的曲率半径。

2.如权利要求1所述的快速测量塔柱上基准点的平面坐标的方法，其特征在于，所述步骤S4的具体步骤包括：

依次正、倒镜观测三个所述施工控制点。

3.如权利要求1所述的快速测量塔柱上基准点的平面坐标的方法，其特征在于，沿所述塔柱的竖直方向设置多个所述基准点。

4.如权利要求1所述的快速测量塔柱上基准点的平面坐标的方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤为：

架设全站仪在已施工完毕的塔柱的顶部，并根据塔柱的顶面高程与全站仪的高度确定所述全站仪的基准点高程和基准点高程面。

5.如权利要求1所述的快速测量塔柱上基准点的平面坐标的方法，其特征在于，在所述步骤S4之前，还包括步骤：

对所述全站仪进行温度、气压及湿度修正。

6.如权利要求1所述的快速测量塔柱上基准点的平面坐标的方法，其特征在于，所述施工控制点到所述塔柱的距离范围为300m～1000m。

7.如权利要求1或6所述的快速测量塔柱上基准点的平面坐标的方法，其特征在于，所述基准点高程为+20m～+330m，其中，定义所述施工控制网投影高程面的高程为0。

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