CN114440844B - 高寒环境下大曲率沉管一次标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高寒环境下大曲率沉管一次标定方法，包括如下步骤：布设控制点：在沉管管顶的外表面上以及沉管附近分别布设多个控制点；建立坐标系：建立水平坐标系和垂直坐标系；测量控制点坐标：利用各控制点之间的位置关系，测量各控制点的水平坐标和高程；选取沉管特征点：在沉管首尾端的端面、沉管的中廊道内以及管顶的外表面分别选取特征点；沉管特征点标定：利用测量获得的控制点坐标进行特征点的标定，获得各特征点的三维坐标，从而得到各特征点的相对位置关系。本发明所提供的方法，在沉管外即可完成标定，提高了标定精度，保证了标定的整体性。
Description
技术领域
本发明属于沉管标定测量技术领域，尤其涉及一种高寒环境下大曲率沉管一次标定方法。
背景技术
随着沉管技术的不断发展，沉管的应用范围不断扩大，对沉管安装精度的要求也越来越高。在沉管安装定位过程中，需要对沉管进行标定，从而实现精准定位和安装。
现有的标定方法有两种：第一种需要沉管中廊道通视，具体的，全站仪架设于首端穿过中廊道后视尾端棱镜进行标定，但在高寒地区大曲率半径沉管首尾通视困难，并且沉管内外温差很大，很可能导致标定误差增大；第二种是全站仪直接架设在加密控制网中进行沉管一次标定，但这种方法需要架设多站进行标定，难以保证标定整体性及标定精度。
现有技术中的沉管标定方法无法适用于高寒环境下大曲率沉管的标定，无法保证标定精度。
发明内容
针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供了一种高寒环境下大曲率沉管一次标定方法，不需要首尾通视，适用于高寒环境和大曲率沉管的标定，提高了标定的精度，保证标定的整体性。
本发明提供一种高寒环境下大曲率沉管一次标定方法，包括如下步骤：
布设控制点：在沉管管顶的外表面上以及沉管附近分别布设多个控制点；
建立坐标系：建立水平坐标系和垂直坐标系；
测量控制点坐标：利用各控制点之间的位置关系，测量各控制点的水平坐标和高程；
选取沉管特征点：在沉管首尾端的端面、沉管的中廊道内以及管顶的外表面分别选取特征点；
沉管特征点标定：利用测量获得的控制点坐标进行特征点的标定，获得各特征点的三维坐标，从而得到各特征点的相对位置关系。
在本发明一些实施例中，在布设控制点的步骤中，具体包括：沿沉管管顶的对角线上在管顶外表面的首尾两端分别布设两控制点A1、A2，在沉管外部靠近沉管首端附近布设两控制点S1、S2，在沉管外部靠近尾端附近布设两控制点W1、W2。
在本发明一些实施例中，S1、W1是使用测量支架布设的控制点，以便于测量仪器稳定架设；S2、W2是使用十字测点布设的控制点；S1和W1所在的位置需保证在视野范围内能看到沉管端面以及中廊道内的特征点；S2所在的位置需满足S1与S2之间的距离大于S1与A1之间的距离，W2所在的位置需满足W1与W2之间的距离大于W1与A2之间的距离。
在本发明一些实施例中，在测量控制点坐标的步骤中，具体包括：将全站仪架设在A1点向A2点测量，获得A1到A2之间的平距x1，随后将全站仪架设在A2点向A1点测量，获得A2到A1之间的平距x2；在水平坐标系下，命名A1点的水平坐标为(0,0)，则A2点的水平坐标为((x1+x2)/2,0)。
在本发明一些实施例中，在测量控制点坐标的步骤中，还包括：将全站仪架设在A1点，后视A2点，引测出S1、S2点的水平坐标；将全站仪架设在A2点，后视A1点，引测出W1、W2点的水平坐标。
在本发明一些实施例中，在测量控制点坐标的步骤中，当测量各控制点的高程时，假设沉管附近某一控制点的高程为0，使用电子水准仪，基于国家二等水准方法，测量沉管附近其它控制点的高程；采用向管顶吊钢尺法引测出A1和A2点高程。
在本发明一些实施例中，在沉管特征点标定的步骤中，当进行沉管首端的端面特征点和靠近首端的中廊道内特征点标定时，将全站仪架设于S1点，后视S2点，使用极坐标法，检核A1点进行测量；当进行沉管尾端的端面特征点和靠近尾端中廊道内特征点标定时，将全站仪架设于W1点，后视W2点，使用极坐标法，检核A2点进行测量。
在本发明一些实施例中，在沉管特征点标定的步骤中，当进行沉管的管顶特征点标定时，将全站仪架设于A1点，后视A2点，使用极坐标法，检核S2点进行测量；或者，将全站仪架设于A2点，后视A1点，使用极坐标法，检核W2点进行测量。
在本发明一些实施例中，在沉管特征点标定的步骤中，当进行首端端面特征点的高程标定时，利用三角高程法，采用全站仪测量首端端面特征点与首端附近已知高程的控制点的相对高度差，即可得到首端端面特征点的高程；当进行尾端端面特征点高程标定时，采用全站仪测量尾端端面特征点与尾端附近已知高程的控制点的相对高度差，即可得到尾端端面特征点的高程。
在本发明一些实施例中，在沉管特征点标定的步骤中，当进行中廊道内及管顶特征点的高程标定时，采用电子水准仪，基于普通水准测量法，测得高程。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
(1)本发明所提供的高寒环境下大曲率沉管一种标定方法，利用外表面及沉管附近布设的控制点，在沉管外即可对沉管的特征点进行标定，解决了寒冷地区由于沉管内外温差大而导致测量误差大的技术难题，提高标定精度。
(2)本发明所提供的高寒环境下大曲率沉管一种标定方法，由于标定过程中观测视线不需要穿过沉管中廊道，解决了大曲率沉管中廊道不通视的技术难题，保证了沉管一次标定的整体性。
(3)本发明所提供的高寒环境下大曲率沉管一种标定方法，摆脱了沉管标定控制网，采用独立坐标系，各控制点之间的位置关系便于检核，省去了沉管标定控制网复测时间，测量效率大幅度提升，达到了降本增效的效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中控制点的分布示意图；
图2为本发明实施例中沉管端面特征点的分布示意图；
图3为本发明实施例中沉管管内特征点的分布示意图；
图4为本发明实施例中沉管管顶外表面的特征点分布示意图。
图中：
11、第一车道；12、第二车道；13、中廊道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“首”、“尾”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本发明的描述中：“大曲率沉管”是指沉管曲率达到沉管中廊道内部首尾不通视或通视时视线距离侧墙小于半米的情况。关于沉管的“首端”和“尾端”根据相关规定，具体地，“首端”是指安装有G I NA止水带的一端，“尾端”则为没有安装G I NA止水带的另一端。
本发明实施例提供一种高寒环境下大曲率沉管一次标定方法，包括如下步骤：
布设控制点：在沉管管顶的外表面上以及沉管附近分别布设多个控制点；
建立坐标系：建立水平坐标系和垂直坐标系；
测量控制点坐标：利用各控制点之间的位置关系，测量各控制点的水平坐标和高程；
选取沉管特征点：在沉管首尾端的端面、沉管的中廊道内以及管顶的外表面分别选取特征点；
沉管特征点标定：利用测量获得的控制点坐标进行特征点的标定，获得各特征点的三维坐标，从而得到各特征点的相对位置关系。
本发明实施例针对高寒环境下大曲率沉管提供了一种标定方法，利用外表面及沉管附近布设的控制点，可在不进行首尾通视的情况下，在沉管外即可对沉管的特征点进行标定，解决了寒冷地区由于沉管内外温差大而导致测量误差大的技术难题，提高标定精度。同时，由于标定过程中观测视线不需要穿过沉管中廊道，解决了大曲率沉管中廊道不通视的技术难题，保证了沉管一次标定的整体性。
进一步地，在布设控制点的步骤中，如图1所示，具体包括：沿沉管管顶的对角线上在管顶外表面的首尾两端分别布设两控制点A1、A2，在沉管外部靠近沉管首端附近布设两控制点S1、S2，在沉管外部靠近沉管尾端附近布设两控制点W1、W2。本实施例中，对控制点的位置和数量进行了具体的限定，各控制点之间的关系便于检核，省去了沉管标定控制网复测的时间，测量效率大幅度提升。
在上述实施例中，S1、W1是使用测量支架布设的控制点，以便于测量仪器稳定架设；S2、W2是使用十字测点布设的控制点；S1和W1所在的位置需保证在视野范围内能看到沉管端面以及中廊道内的特征点；S2所在的位置需满足S1与S2之间的距离大于S1与A1之间的距离，W2所在的位置需满足W1与W2之间的距离大于W1与A2之间的距离，使得后视距离大于前视距离，从而可满足全站仪的使用要求。
在一些实施例中，在测量控制点坐标的步骤中，具体包括：将全站仪架设在A1点向A2点测量，获得A1到A2之间的平距x1，随后将全站仪架设在A2点向A1点测量，获得A2到A1之间的平距x2；在水平坐标系下，命名A1点的水平坐标为(0,0)，则A2点的水平坐标为((x1+x2)/2,0)。在本步骤中，为保证测量的精度，采用复核的方式，分别从A1点和A2点来测量平距，但可以理解的是，仅采用从A1点或A2点测量一次的方法，也可以获得A1与A2点之间的相对位置关系。
进一步地，在测量控制点坐标的步骤中，还包括：将全站仪架设在A1点，后视A2点，引测出S1点和S2点的水平坐标；将全站仪架设在A2点，后视A1点，引测出W1点和W2点的水平坐标。本步骤利用全站仪本身的功能即可测量获得，具体如何操作全站仪属于本领域常规操作，本处不做详细描述。
通过以上步骤，采用全站仪，获得各控制点的水平坐标。
进一步地，在测量各控制点的高程时，假设沉管附近某一控制点的高程为0，使用电子水准仪，基于国家二等水准方法，测量沉管附近其它控制点的高程；采用向管顶吊钢尺法引测出A1和A2点高程。一般来讲，沉管附近的控制点中首尾端仅测量一个即可；例如，假设S2点高程为0，利用电子水准仪可测量得到控制点W2的高程。电子水准仪和吊钢尺法属于本领域技术人员需掌握的常规测量方法，具体测量方法本处不做详细描述。
通过以上，获得各控制点的坐标，可以进行沉管特征点的标定工作。
图2为沉管端面的示意图，两侧分别有开设有第一车道11和第二车道12，第一车道11和第二车道12中的车行方向相反，第一车道11和第二车道12之间开设有中廊道13。在图2所示的实施例中，在沉管首端的端面依次选取B1-B10，共10个特征点，相应地，在沉管尾端的端面上依次选取C1-C10，共10个特征点，B1-B10分别与C1-C10对称设置。
图3为沉管管内，即中廊道13内特征点的分布示意图。在图3所示的实施例中，在中廊道内靠近首端的位置选取GT1和GT1-1两个特征点，在中廊道内靠近尾端的位置选取GT2和GT2-1两个特征点。
图4为沉管管顶的外表面上特征点的分布示意图。在图4所示的实施例中，在管顶外表面上靠近首端和尾端的位置分别选取两个特征点，即图中P1和P2、P3和P4，在对角线上间隔选取K1-K3特征点。进一步地，还可在P1-P4的内侧追加特征点G1-G4。
可以理解的是，以上图2-图4所示的实施例中关于特征点的选取仅作为参考，本领域技术人员还可根据实际需要在不同位置选取特征点，并选取不同数量的特征点，只要能够实现沉管的标定即可。
在沉管特征点标定的步骤中，当进行沉管首端的端面特征点和靠近首端的中廊道内特征点标定时，将全站仪架设于S1点，后视S2点，使用极坐标法，检核A1点的坐标，测量沉管首端的端面特征点和中廊道内特征点坐标；当进行沉管尾端的端面特征点和靠近尾端的中廊道内特征点标定时，将全站仪架设于W1点，后视W2点，使用极坐标法，检核A2点的坐标，测量沉管尾端的端面特征点和中廊道内特征点坐标。采用全站仪利用极坐标法测量以及已知坐标点的检核属于本领域技术人员需掌握的常规测量方法，本处不做详细描述。
在沉管特征点标定的步骤中，当进行沉管的管顶特征点标定时，将全站仪架设于A1点，后视A2点，使用极坐标法，检核S2点的坐标，测量沉管的管顶特征点的坐标。此外，在另一些实施例中，还可以将全站仪架设于A2点，后视A1点，使用极坐标法，检核W2点进行测量。
在沉管特征点标定的步骤中，当进行首端端面特征点的高程标定时，利用三角高程法，采用全站仪测量首端端面特征点与首端附近已知高程的控制点(例如S2点)的相对高度差，即可得到首端端面特征点的高程；当进行尾端端面特征点高程标定时，采用全站仪测量尾端端面特征点与尾端附近已知高程的控制点(例如W2)的相对高度差，即可得到尾端端面特征点的高程。采用三角高程法属于本领域技术人员需掌握的常规测量方法，本处不做详细描述。
在沉管特征点标定的步骤中，当进行中廊道内及管顶特征点的高程标定时，采用电子水准仪，基于普通水准测量法，测得高程。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种高寒环境下大曲率沉管一次标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
布设控制点：在沉管管顶的外表面上以及沉管附近分别布设多个控制点；
建立坐标系：建立水平坐标系和垂直坐标系；
测量控制点坐标：利用各控制点之间的位置关系，测量各控制点的水平坐标和高程；
选取沉管特征点：在沉管首尾端的端面、沉管的中廊道内以及管顶的外表面分别选取特征点；
沉管特征点标定：利用测量获得的控制点坐标进行特征点的标定，获得各特征点的三维坐标，从而得到各特征点的相对位置关系。
2.根据权利要求1所述的高寒环境下大曲率沉管一次标定方法，其特征在于，在布设控制点的步骤中，具体包括：沿沉管管顶的对角线上在管顶外表面的首尾两端分别布设两控制点A1、A2，在沉管外部靠近沉管首端附近布设两控制点S1、S2，在沉管外部靠近尾端附近布设两控制点W1、W2。
3.根据权利要求2所述的高寒环境下大曲率沉管一次标定方法，其特征在于，S1、W1是使用测量支架布设的控制点，以便于测量仪器稳定架设；S2、W2是使用十字测点布设的控制点；S1和W1所在的位置需保证在视野范围内能看到沉管端面以及中廊道内的特征点；S2所在的位置需满足S1与S2之间的距离大于S1与A1之间的距离，W2所在的位置需满足W1与W2之间的距离大于W1与A2之间的距离。
4.根据权利要求3所述的高寒环境下大曲率沉管一次标定方法，其特征在于，在测量控制点坐标的步骤中，具体包括：将全站仪架设在A1点向A2点测量，获得A1到A2之间的平距x1，随后将全站仪架设在A2点向A1点测量，获得A2到A1之间的平距x2；在水平坐标系下，命名A1点的水平坐标为(0,0)，则A2点的水平坐标为((x1+x2)/2,0)。
5.根据权利要求4所述的高寒环境下大曲率沉管一次标定方法，其特征在于，在测量控制点坐标的步骤中，还包括：将全站仪架设在A1点，后视A2点，引测出S1、S2点的水平坐标；将全站仪架设在A2点，后视A1点，引测出W1、W2点的水平坐标。
6.根据权利要求2所述的高寒环境下大曲率沉管一次标定方法，其特征在于，在测量控制点坐标的步骤中，当测量各控制点的高程时，假设沉管附近某一控制点的高程为0，使用电子水准仪，基于国家二等水准方法，测量沉管附近其它控制点的高程；采用向管顶吊钢尺法引测出A1和A2点高程。
7.根据权利要求2所述的高寒环境下大曲率沉管一次标定方法，其特征在于，在沉管特征点标定的步骤中，当进行沉管首端的端面特征点和靠近首端的中廊道内特征点标定时，将全站仪架设于S1点，后视S2点，使用极坐标法，检核A1点进行测量；当进行沉管尾端的端面特征点和靠近尾端中廊道内特征点标定时，将全站仪架设于W1点，后视W2点，使用极坐标法，检核A2点进行测量。
8.根据权利要求2所述的高寒环境下大曲率沉管一次标定方法，其特征在于，在沉管特征点标定的步骤中，当进行沉管的管顶特征点标定时，将全站仪架设于A1点，后视A2点，使用极坐标法，检核S2点进行测量；或者，将全站仪架设于A2点，后视A1点，使用极坐标法，检核W2点进行测量。
9.根据权利要求2所述的高寒环境下大曲率沉管一次标定方法，其特征在于，在沉管特征点标定的步骤中，当进行首端端面特征点的高程标定时，利用三角高程法，采用全站仪测量首端端面特征点与首端附近已知高程的控制点的相对高度差，即可得到首端端面特征点的高程；当进行尾端端面特征点高程标定时，采用全站仪测量尾端端面特征点与尾端附近已知高程的控制点的相对高度差，即可得到尾端端面特征点的高程。
10.根据权利要求2所述的高寒环境下大曲率沉管一次标定方法，其特征在于，在沉管特征点标定的步骤中，当进行中廊道内及管顶特征点的高程标定时，采用电子水准仪，基于普通水准测量法，测得高程。
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