第10节精密工程测量
大纲要求：监测方案、实施方法
重点：精密工程测量方法
知识点一：精密工程测量方案设计
精密工程测量是指采用的设备和仪器，其绝对精度达到毫米量级，相对精度达到10-5量级的精确定位和变形监测等所进行的测量工作。它是传统工程测量的现代发展和延伸。其任务是准确求定控制点和工作点的坐标、高程以及进行精密定向、精密准直、精密垂准。
精密工程测量的工作内容与普通工程测量相似，主要包括精密工程控制网建立（如特大型桥梁）、精密施工放样（如超高层建筑物）、精密设备安装与检测（如高能粒子加速器）、精密变形监测（如大型水坝）。精密工程测量方案设计的基本步骤为：
（1）对工程区的环境条件、工程及水文地质、气候特点等进行详细的分析和描述，并分析总结这些条件对测量作业的影响。要全面完整地掌握测区已有的测量资料，分析和评价这些资料的精度及利用价值。
精密工程测量方案设计的基本步骤为：
（2）确定工程区基准，在详细进行精度分析和遵循有关规范条款的基础上兼顾整个工程区建设的需要，提出控制方案和施测方法，对精度进行预估等。
（3）确定测量中的关键技术所在，并结合自己的经验，广泛吸收同类工程实例的成功经验，提出数个实施方案。实施方案应包括采用的仪器、测量方法、关键技术、预期精度以及不同方案的比较。
（4）拟定数据处理方法．
（5）对方案可行性的论证、工作量和经费的概算等。
知识点二：精密工程测量方法
精密角度测量
精密角度测量是精密三角测量、精密边角测量、精密导线测量和精密定向测量中的主要环节。精密角度测量通常使用高精度的光学经纬仪、电子经纬仪或全站仪。例如徕卡tps2000系列全站仪、tm5100a电子经纬仪等，仪器的一测回方向标准偏差达到±0.5”，具有动态角度扫
描系统及三轴自动补偿、目标自动识别和动态频率校正等功能。
在精密工程测量中，要获得高精度的角值，除了使用高精度仪器外，还必须注意减弱仪器对中误差、目标偏心误差、照准误差、竖轴倾斜误差及环境条件的影响。
数百米内的精密距离测量使用因瓦基线尺比较方便。用特制的因瓦基线尺配合显微镜读数及专门的机械装置，可使一尺段的测量误差降低到几微米，相对精度高于10-6次方.
数百米至数千米的精密距离测量宜使用精密的光电测距仪（或全站仪）。为保证精密测距成果的可靠性，应注意减弱观测环境的影响，光电测距仪须经过严格的检验。
双频激光干涉仪是目前测长仪中精度较高的一种仪器，它能在较差的环境中达到5×10 -7左右的测量精度，测程可达数十米，而且自动化程度高，适用于精密距离测量以及测距仪、全站仪测距精度的自动检测。
几何水准测量仍是精密高程测量的最主要方法。液体静力水准测量具有高精度、遥测、自动化、可移动和可持续测量等特点，已成为一种新的工程水准测量方法。它一般不用于建立精密高程控制网，而用于特殊条件下的工程水准测量。
在大坝、防洪大堤及其他构筑物的变形监测，以及高精度的机械设备安装中，需要观测基本位于同一水平基准线上的许多点的偏移值，称为准直测量。
准直测量方法很多，光学测量方法有小角法、活动标牌法；光电测量方法有激光准直法等；机械法有引张线法等。
在数百米高大厦、电视塔、烟囱等建筑物施工，以及核电站，火箭发射架等机械设备安装中，必须进行高精度垂准测量，垂准精度通常要求达到亚毫米级。
垂准测量是以过基准点的铅垂线为垂直基准线，测定沿垂直基准线分布的目标点相对于铅垂线的水平距离。与准直测量一样，铅垂线可以用光学法、光电法或机械法产生。
知识点三：精密工程控制网布设方法
控制网布设方案设计
精密工程控制网的精度指标是根据精密工程关键部位竣工位置的容许误差要求，结合实际情况，综合分析确定。
精密水平控制网通常布设为固定基准下的独立网，网形主要取决于工程任务和实地条件，一
般不作具体要求。控制网一般由基准线、三角形、大地四边形及中点多边形等基本图形构成，根据具体情况可布设成基准线、三角网、三边网或边角网，也可采用gps网建立相对水平控制网。
精密高程控制网主要采用水准测量的方法建立，布设为闭合环或附合路线构成的结点网。
精密工程测量的平面点常采用带有强制对中装置的测量标志。一般用基岩标作为绝对位置要求非常稳定的平面和高程基准点；在软土地区可用深埋钢管标作为高程基准点，用倒锤作为平面基准点。
特殊精密控制网布设
1．直伸形三角网
在线状设备的安装或直线度、同轴度要求较高的设备安装工程中，如大桥、大坝的横向变形监测、自动化流水线的长轴线或导轨的准直测量等，需要建立直线控制，可布设直伸形三角网，网形如图3-10-1所示。
2．环形控制网
在环形粒子加速器工程施工中．为精确放样储能环上的磁块等设备，并在运行期间监测其变形，需要建立环形控制，可布设环形控制网。环形控制网一般布设成量边（三角形的2条短边）、测高（三角形的高）环形三角网，网形如图3-10-2(a)所示，或者布设成量边环形四边形网，网形如图3-10-2 (b)所示。(a)环形三角网(b)环形四边形网
3．三维控制网
在小范围内，采用高精度全站仪或激光跟踪仪可以同时获得精度相匹配的斜距、水平角、天顶距等观测元素，经过三维网整体平差可一次性得到网中待定点的三维坐标。因此，在安装控制网中三维网的应用越来越广泛。
知识点四：工业设备形位检测
精密安装控制网建立
大型设备的安装和检修，特别是需要分段、分块安装时，必须建立安装控制网。安装控制网通常布设成由规则图形构成的精密微型网。与常规的测量控制网相比，安装控制网的特点为边长短、范围小，其精度与设备安装的精度要求有关。对于大型精密设备，安装控制网的控制点点位中误差通常要求不超过±1 mm。
形位检测方法及其选择
1．形位检测常用方法
工业设备形位检测的常用方法有如下4类：
(1)电子经纬仪（或全站仪）基于前方交会的测量方法；
(2)全站仪（或激光跟踪仪）基于极坐标的三维坐标测量方法；
(3)近景摄影测量方法；
(4)激光准直测量方法。
2．形位检测方法的选择
工业设备形位检测方法的选择原则如下：
(1)选择工业设备形位检测用的电磁波测距仪或扫描仪，其测量精度可达±(0. 02～2) mm。但是，测量精度要求越高，测量距离就得越短。
(2)基于测角仪器（如电子经纬仪或全站仪）的最佳极限高精度是最短视距与仪器测角中误差的乘积。可见，缩短观测距离和选用高精度仪器，是保证工业设备形位检测精度的根本保证。
(3)近景摄影测量的极限高精度是像点点位中误差与影像比例尺分母的乘积。
(4)对于运动物体的形位检测，进行直接测量或摄影测量的传感器工作频率是重要技术指标。
习题
精密工程水平控制网的等级是以相邻点相对点位中误差为精度指标的，其中一级控制网的相邻点中误差为（）mm。
a. 0.2
b.0.5
c. 1
d. 2
答案：a
解析：精密工程测量规范规定。一级为0.2mm，二级为1mm，三级为3.0mm，四级为5mm。
习题
精密高程控制网中的路线坡度应平缓、视野开阔、视线距周围障碍物应超过（）m。
a. 0.2
b.0.5
c. 1
d. 2
答案：b
解析：精密工程测量规范规定。
习题
在精密测角仪器中，基于测角仪器(如电子经纬仪或全站仪)的最佳极限高精度是最短视距与仪器测角中误差的（）乘积。
a. 之和
b. 之差
c. 乘积
d. 商
答案：c
解析：基于测角仪器(如电子经纬仪或全站仪)的最佳极限高精度是最短视距与仪器测角中误差的乘积。可见，缩短观测距离和选用高精度仪器，是工业设备形位检测精度的根本保证。