某焦化廠監測基準測邊網代替邊角網的應用分析

吳偉，李浩，孫傳勝，張國發

(中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

1 引 言

測邊網作為控制網的一種布網方法，其作業方便、靈活，費用較低，又能提高作業效率，而且測邊網不受調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少，精度主要取決于測邊的精度及網的圖形強度［1～3］。測角受豎軸傾斜誤差影響大，測回數多觀測時段長、工作量大、返工率高;特別在山區，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的一致性。但是，測邊網的多余觀測較少，平差時利用的幾何條件有限，網的可靠性程度較低［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、全自動化設計得到了監測行業青睞。那么，依賴于高精度精密監測儀器TM30，測邊網究竟精度如何，能否替代同精度的邊角網呢?為此，本文對某焦化廠監測基準網采用測邊網代替邊角網進行了探索，結果表明:在設計選點時考慮圖形結構，盡量增加對角線測邊，將網組成以中點多邊形、四邊形為主的重疊網，保證氣象條件改正的精確性及觀測時間的選擇，認為測邊網可以代替同等精度的邊角網。

2 監測基準網布設

焦化廠擬建項目平面呈東—西走向的不規則展布，按三個場坪標高進行建設。場平后在廠區內形成四段高大邊坡，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。廠區南部主要為飛仙關地層剝蝕后形成剝蝕坡地貌，發育脊狀山，地勢相對較陡;廠區北部為煤系地層，經剝蝕后地形起伏相對較大，海拔高程1 518 m～1 640 m。

圖1 一等平面位移監測基準網

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或開采區邊緣，并且大多位于各大煤礦及眾多采煤點采空區的不穩定區域內，監測基準網點均布設在廠區周邊的山頭上?；鶞示W包含5個點，組成1 個大地四邊形和1 個近似等邊三角形，構成邊角網，如圖1 所示。外業觀測采用徠卡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;外業觀測斜距經氣象條件改正后，采用三角高程改平。采用邊角經典自由網平差，精度滿足《工程測量規范》(GB50026－2007)中規定的一等水平位移監測基準網(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 測邊網代替邊角網可行性分析

為了考察某焦化廠監測基準測邊網代替同精度邊角網的可行性，在進行邊角網數據處理時，進行了分析計算。

采用某焦化廠變形監測基準網2013年01月、06月、12月施測、復測數據，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、測邊網兩種方案進行一點一方向經典自由網平差，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 期數據平差結果對比分析可知，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計表 表2

由表2 可知:在3 期數據的平差成果中，測邊網、邊角網精度總體相當，測邊網甚至更優。但是，從2013年06月平差成果來看，測邊網誤差明顯偏大。為了探究其原因，筆者對3 期數據2 種平差方案下的絕對誤差橢圓、相對誤差橢圓進行統計，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月測邊網精度普遍優于邊角網，2013年06月測邊網精度普遍次于邊角網。這是因為:2013年06月復測時氣溫較高，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平差精度高。

圖2 2013年01月基準網點誤差橢圓示意圖

圖3 2013年06月基準網點誤差橢圓示意圖

圖4 2013年12月基準網點誤差橢圓示意圖

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計表 表3

兩種方案平差后可靠性因子統計表 表4

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

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

測邊網優化后基準點靈敏度橢圓元素統計表 表5

測邊網優化后兩種方案平差后可靠性因子統計表 表6

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

4 結 論

(1)一般認為，測邊網由于幾何條件少，精度不可靠;但根據筆者的實踐探索表明在高精度監測基準網中，通過合理優化，盡量增加對角線測邊，將網組成以中點多邊形、四邊形為主的重疊網，加測方向值，使條件數增多、增強可靠性;測邊網可以代替同等精度的邊角網。

(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;盡量采用同時對向觀測，晴天日出、日落前后相對最佳。

(3)測邊網不受調焦和豎軸傾斜誤差的影響，外界制約條件也較測角網少，在高山區比較適用。

(4)由于測邊網的各邊均獨立測定，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，在設計選點時必須重視圖形結構，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，每個三角形的內角必須大于30°，小于100°。

［1］姜根生．測邊網建立平面施工控制網的精度分析［J］．地下水，2002，24(3):183～185．

［2］王智．測邊網在特大型橋梁施工控制測量中的應用［J］．四川測繪，1994，20(1):31～32．

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

［4］劉緯．高山區高精度測邊網代替邊角網的探索［J］．工程勘察，1996(5):52～55．

［5］張曉明，李廷訓．工程測邊網可靠性研究［J］．安徽建筑工業學院學報·自然科學版，1997，5(3):46～49．

［6］蔣利龍，易又慶．高精度垂直角的觀測時間［J］．桂林工學院學報，2007，27(2):212～215．

［7］顧孝烈．城市測邊網的設計與技術規定［J］．測繪學報，1984，13(3):171～180．