1、精密工程测量技术序 言l工程测量，被工程牵着鼻子走 听从工程建设召唤，随叫随到任劳任怨 满足工程建设要求，中规中矩保质保量l工程测量，借助其他科学技术进步 对仪器工具的依赖 对科学理论的借鉴l工程测量的代表作精密工程测量 大型特种精密工程精密仪器工具相关理论与方法l工程测量人员因失误而“出名”2精密工程测量的概念l精密工程测量（特种精密工程测量、大型特种精密工程测量、精密测量）是以经典的测绘学理论与方法为基础，运用现代大地测量学和计量学等科技新理论、新方法与新技术，针对工程与工业建设中的具体问题，使用专门的仪器设备，以高精度与高科技的特殊方法采集数据、进行数据处理，为获得所需要的数据与图形资料
2、而进行的测量工作。 高精度（毫米级或更高精度。相对精度一般要求优于10-6） 高可靠性 自动测控 工程规模大、投资大、影响大 通常需要常规以外的方法和手段 “精密”是一个相对性概念3精密工程测量的概念l精密的工程需要精密的测量 线性粒子加速器的一些部件的安装和校正在600m距离上的高程误差要求小于0.1mm，横向误差小于0.5mm； 大型射电天文望远镜的安装、人造卫星和导弹的发射轨道、高速铁路建设、大型建筑物和设备的形变监测、地壳运动和地震的监测等等，都要求测距精度达到毫米或亚毫米级； 长、大隧道的横向贯通精度虽然在厘米、分米级，但对测量精度要求很高，仍属于精密工程测量； 精密工程测量对测量仪
3、器的鉴定检核、测量标志的稳定、测量方法的严密、测量方案的优选、观测量之间的相互检查控制，以及严密的数据处理和对测量的质量检查控制以及监理等要求也很高。4精密工程测量的概念l精密工程测量的研究内容主要包括精密工程测量的理论、技术、方法、专用的仪器设备以及测量软件研发等方面。l精密工程测量的理论、技术和方法是以大地测量学为基础的。因为所有测量工作都要涉及参考面和线，如地球椭球体、大地水准面、垂线、经纬线、真北方向等。l对于许多精密工程来说，不宜采用单纯的GPS网。GPS网与地面网、特别是与高精度测边相结合乃是最新的发展方向。l在精密工程测量仪器方面，多传感器集成测绘系统、激光跟踪仪、激光扫描仪、测
4、量机器人、各种高精度GPS接收机、电子全站仪、水准仪以及各种专用测量仪器，为精密测绘提供了技术保障。l精密工程测量的软件的研发与测量仪器设备的研制具有同等重要的意义。5精密工程测量的概念l精密工程测量是服务于各种工程中精度要求“特高”、“特难”的那部分工作，服务范围相对较小，但重要性十分显著，起着关键性作用。l精密工程测量的发展 工程测量内外业作业的一体化 数据获取及其处理的自动化 测量过程控制和系统行为的智能化 测量成果和产品的数字化 连续、动态、遥测、实时、精确、可靠、快速、简便6典型案例l北京正负电子对撞机 是世界八大高能加速器中心之一，是我国第一台高能加速器，也是高能物理研究的重大科技
5、基础设施；由长202米的直线加速器、输运线、周长240米的圆型加速器（也称储存环）、高6米重500吨的北京谱仪和围绕储存环的同步辐射实验装置等几部分组成，外型象一只硕大的羽毛球拍。 北京正负电子对撞机的精密控制网，点位精度达0.3mm。设备定位精度优于0.2mm，200米长的直线段漂移管准直精度达0.1mm。7典型案例l中国科技大学同步辐射加速器 主要研究粒子加速器后光谱的结构和变化，从而推知这些粒子的基本性质。它始建于1984年4月，1989年4月26日正式建成。8同步辐射装置储存环大厅典型案例l巨型对天射电望远镜1963年美国安装在波多黎各的阿雷西博射电天文台的著名抛物面射电望远镜，直径3
6、05米。表面精度为2.00mm。2013年最后一天，中国在建世界最大射电望远镜主体在贵州合龙，直径500米。主索索长控制精度须达到1毫米以内，主索节点的位置精度须达到5毫米。9典型案例10射电望远镜建设过程图典型案例11世界最长跨海大桥青岛胶州湾大桥上海磁悬浮列车三峡工程典型案例12高速铁路超高层建筑隧道工程大型设备安装延伸：工程测量的质量与精度l工程控制网质量准则精度准则相对精度（比例误差&相邻点误差）；绝对精度（真误差&相对于基准的误差）可靠性准则内部可靠性指控制网发现（或探测）观测值粗差的能力；外部可靠性指网抵抗观测数据中残存粗差对平差成果的影响的能力灵敏度准则费用准则l关于测量精度“测
7、不准原理”。粒子在客观上不能同时具有确定的坐标位置及相应的动量。通俗地说就是：位置测量越准确动量测量就越不准确，反之亦然。一切都可以测量，一切测量都有误差。坚持科学质量观。不是越精确越好，而是够用就行；被过高精度要求的测绘（伪精密工程测量）比比皆是。精度与成本成正比，应珍惜测绘人员劳动，好钢用在刀刃上。精度责任。不仅是测量人员的义务。目前“限差分配”不尽合理。13精密工程测量实施方案l要求 广泛收集各种有关资料及深刻理解对精度要求的涵义 找出关键问题及拟定处理方案 借鉴已有案例，吸收成功经验 能以不同方法进行验证l方案设计的基本步骤对环境条件、工程及水文地质、气候特点等进行详细调查，分析其对测
8、量作业的影响。基准的选择，在进行精密分析和遵循有关规范的基础上，兼顾整个工程建设的需要，提出控制方案和施测方法，对精度进行预估。确定出测量中的关键精度所在，并提出数个备选方案。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。数据处理的方法。对方案可行性的论证，工作量及经费的概算等。精密工程测量的方法和仪器。14GPS测量技术l施工专用GPS网误差来源 与卫星有关的误差：主要包括卫星钟差、卫星星历误差、地球自传的影响、相对论效应影响 信号传播误差：电离层和对流层折射的影响、多路径效应的影响 仪器误差和观测误差：主要包括各种不同类型接收机本身的精度、观测过程中的操作等误差
9、15GPS测量技术lGPS控制网提高精度的措施 基准点的选择：地质稳固、保存完好、兼容性好。 网的点位布设：根据GPS网模拟优化的结果，GPS网应由三角形、大地四边形、中心多边形构成。 基线的选择：为了提高基线的精度，减弱电离层和对流层折射的影响，基线长度控制在20km以内。根据模拟优化结果，选择最佳的重复观测基线和地面测距基线。 改进观测条件：采用双频GPS接收机；严格鉴定以消除仪器误差：设置强制对中观测墩；每个时段的观测时间控制在2h以上。lGPS数据处理中提高精度的措施 采用精密星历，例如，上海磁悬浮工程GPS网采用由WUHA（武汉）、BJFS（北京）、SHAD（上海）GPS跟踪站通过跟
10、踪GPS卫星信号解算的精密星历减弱卫星星历误差的影响，以提高基线解算的精度。 基线解算方法：采用双差固定解、双差浮点解和三差解解算各条基线，并采用多种不同的软件进行解算、比较，以保证基线成果的可靠性、精密性。 网平差方法：网平差中舍弃大于20km的基线。16精密定线l作用：给出基准线（基准面）。l方法精密经纬仪；准直望远镜；引张线；真空管激光准直。17精密定线l激光准直 波带板激光准直。利用激光衍射原理进行准直。在待测点C安置特定波带板，B 点探测到i并计算C点的偏距i，偏距精度可达到测线AB 长度的106。 CCD感应激光准直测量系统：该测量系统发射一束激光作为基准直线，在需要准直的位置安装
11、CCD摄像头，通过摄取激光束的像，经过图像处理即可得到竖向和横向的垂直偏离值。18精密定线 激光准直 真空管激光准直：将高精度激光准直系统安装于真空管道内，准直精度可达到107 108。19精密定线l准直望远镜测微精度：30米距离时为0.05mm20测微准直望远镜精密定线21精密定线l引张线 电场式引张线直线准直测量系统：在两点引张一条细钢丝，给钢丝引入强电流，钢丝周围就会产生柱状空间电场，在需要准直的位置安装上电场感应传感器，通过测量传感器感应到的电场强度的变化量即可得到垂直偏离值，由于引张线不受气流的影响，其测量精度优于0.1mm。22精密测角l传统的光学经纬仪与现代电子经纬仪在精密工程测
12、量中出现了并用的局面，但是电子经纬仪更具优势。l观测时要用适当的方法减少或避免望远镜调焦误差及其他仪器误差的影响，要选择或创造良好的观测条件以削弱外界因素的不良影响，要尽量减少仪器和目标偏心差的影响，必要时可在观测成果上加入仪器竖轴倾斜改正数及测微器读数的行差改正数。l带伺服马达的、可以自动识别和自动照准目标自动测量的全站仪，也称为智能型全站仪或者测量机器人，通过仪器自动精确照准后测量水平角、天顶距和距离，可以快速获得目标点相对于仪器中心的三维空间坐标。用LEICA TCA1800在15m距离所做的自动照准测量试验表明，水平方向的测量精度可达到0.3。23精密测角l从光学经纬仪到电子经纬仪l徕
13、卡PS2000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05，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，除了应使用相应精度的仪器外，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。24精密测距l精密测距仪器1.因瓦合金制成的线尺或带尺，配备特制的对中设备和读数显微镜，适用于几百米内测距；2.双频激光干涉测长仪，精度可达0.01mm，测量长至50米左右的距离，其反光镜要沿导轨移动，可用以精确测定其他尺子的长度；3.较长的距离宜用精密的光电测距仪测量，测距达2.5公里，测距的
14、相对精度可达10-6。如Kern ME5000等。4.激光扫描仪，通过提高测距调制信号的频率（达到100GHz），在无合作目标的情况下测量精度可以达到几十微米量级。25精密测距ME5000精密激光测距仪：瑞士Kern厂产品测程单棱镜 约4km 三棱镜 约8km精度（0.2mm+0.210-6D）内分辨力为0.01mm光源He-Ne激光器，波长0.6328m调制频率约500MHz 作业温度-10+40t26精密测距l以ME5000为代表的精密激光测距仪和TERRAMETER LDM2双频激光测距仪，中长距离测量精度可达亚毫米级；许多短距离、微距离测量都实现了测量数据采集的自动化，其中最典型的代表
15、是铟瓦线尺测距仪DISTINVAR，应变仪DISTERMETER ISETH，石英伸缩仪，各种光学应变计，位移与振动激光快速遥测仪等。采用多谱勒效应的双频激光干涉仪，能在数十米范围内达到0.01m的计量精度，成为重要的长度检校和精密测量设备；采用CCD线列传感器测量微距离可达到百分之几微米的精度，它们使距离测量精度从毫米、微米级进入到纳米级世界。27精密测高精密水准；当视线短至510米时，测量高差的精度可以达到0.05毫米左右。目前已经出现了精度为0.m4m/Km的电子水准仪。用带有机械测微装置的精密水准器安装设备时，测量相距不到1.5米的两点高差精度，可以达到0.01毫米左右。用精密的静力水
16、准仪测量高差的误差可减少至几个微米。28WILD N3 水准仪及 DNA03 数字水准仪静力水准仪精密测高l静力水准仪主要由传感器、连通管、数据采集系统组成。 传感器。用来精密测定液面高度，不同静力水准仪的区别在于测定和读取液面位置的方法不同。如CCDS、电容式、非接触光电式、超声波式静力水准传感器等。更传统的静力水准仪采用目视法，精度不高。 连通管。连接各传感器钵体，在精密工程测量中，通常会包括气管和水管两部分。 数据采集系统。用来采集传感器记录下的读数，供后期处理使用。29精密投点l精密投点仪 激光自动安平垂准仪30激光测量仪器l激光测量仪器激光经纬仪（测角、准直）激光水准仪（测高、准直）
17、激光铅直仪（轴线垂直控制）旋转激光水准仪（场地整平）31激光跟踪仪l激光跟踪仪是一台以激光为测距手段，配以反射标靶的仪器，同时配有绕两个轴转动的测角机构，形成一个完整球坐标测量系统。可以用它来测量静止目标，跟踪和测量移动目标或它们的组合。l对目标连续跟踪，每秒读数可达1000次，特别适合于动态目标的检测，己经广泛应用于高能粒子加速器工程的准直测量中，为加速器工程设备测量、隧道控制网测量及设备在隧道中安装的精确定位测量提供了先进的测量手段。l测量范围达到40m，甚至有些型号到100m以上，三维点精度达0.6mm，测距达到0.05mm。32API激光跟踪仪激光跟踪仪l激光跟踪仪组成 简而言之，激光
18、跟踪测量系统的所要解决的问题是静态或动态地跟踪一个在空间中运动的点，同时确定目标点的空间坐标。 激光跟踪测量系统基本都是由激光跟踪头（主机）、控制器、用户计算机、反射器（标靶）及测量附件等组成。 内置综合气象站，能够测量环境温度、湿度、和气压，并自动补偿环境误差，保证设备的精度及稳定性。控制器还可外接温度传感器,可对测量现场或大工件附近温度的变化误差进行自动补偿。 主机配备3个跟踪器安装复位器，可同时放置3个反射镜标靶。 内置电子水平仪，可以自动进行水平面的测量，建立空间的水平基准，实现对工件的调平及测量点高程测量。33激光跟踪仪lAT401绝对激光跟踪仪技术参数 测角性能分辨率：0.07秒重
19、复性(MPE)：7.5m+3/m倾斜设置角度(2)：1秒 测距性能分辨率：0.1m准确度(MPE)：10m重复性(MPE)：5m34AT401绝对激光跟踪仪三维激光扫描技术l三维激光扫描技术是用三维激光扫描仪获取目标物表面各点的空间坐标，然后由获得的测量数据构造出目标物的三维模型。l三维激光扫描测量技术优势非接触、全天候测量测量精度高、密度大适合危险、复杂情况下的工程测量快速获得海量的点云数据数据信息丰富，实时传输自动化、数字化程度高三维数字化建模l三维激光扫描系统数据：包括数据获取、坐标纠正、地理参考、数据缩减、数据滤波、数据分割与数据分类，曲面拟合、三角网格建立、三维建模、纹理映射等35三
20、维激光扫描技术l按照搭载平台分类机载式、车载式、手持式、地面激光扫描系统l目前地面激光扫描仪已经得到广泛应用。在一些应用中，如文物保护、工厂设施、资料文本等，不需要特别在乎其测量精度，通过数据预处理、剔除粗差、后处理后基本能达到厘米级精度。但如果应用到精密工程测量中，需要达到毫米级精度，则必须顾及测量精度。由于扫描仪总体上还是个黑箱系统，器件的分辨率决定，也与安装不准确有关(如轴系不相互垂直)，而且测角系统是个黑箱，因此现在主要研究的是其距离测量的精度。对于无合作目标的反射，距离测量的精度除了与气象条件(温度、气压、湿度)和内部测距方式有关外，更多地则与反射面的物理特性(表面反射强度、颜色、表
21、面平整度等)、激光入射角度和距离测量的长度有关。36三维激光扫描技术37三维激光扫描技术38四、3D建模三、获取线画图二、点云数据一、扫描现场三维激光扫描技术39三维激光扫描技术l常用三维激光扫描仪的主要技术指标40厂家厂家仪器型仪器型号号扫描距扫描距离（离（m）扫描速扫描速度（点度（点/秒）秒）扫描视扫描视场（场（）重量重量（kg）扫描精度扫描精度光斑大小光斑大小数码数码相机相机Leica瑞士ScanStation21-30050000H:360V:2706mm/50m6mm/50m内置HDS60001-79500000H:360V:310123mm/50m无Riegl奥地利LMS-Z210
22、i4-120/40012000H:360V:80131525外置LMS-Z420i2-250/8008000H:360V:8014.551025mm/100m外置Mensi法国CS20001-2007005000H:360V:6013.66mm/100m3mm/50m内置Optech加拿大ILRIS-3D350/15002000H:40V:40127mm/100m30mm/30m内置三维激光扫描技术41机载式激光扫描系统车载式激光扫描系统三维激光扫描技术42手持式激光扫描系统地面激光扫描系统（瑞士、美国、加拿大、日本、奥地利）三维激光扫描技术l国内主要产品 北京天远推出国内首款OKIO-I三维
23、激光扫描仪，测量精度优于0.04mm，采用双CCD传感器，UHP冷光源，具有速度快、精度高、标志点自动拼接的特点。后来又推出OKIO-II、OKIO-V、OKIO-SC（单CCD式）等；主要应用在产品设计及检测、医学领域及文物考古领域。 北京北科天绘公司的LaMM1600是一套专为在严酷工作环境下设计的产品，适合危险目标测量，测程为5600m，视场角为3640。43合成孔径雷达干涉系统（INSAR）l以两张SAR象片导出精确的几何信息，利用机载或星载雷达可用于农作物监测、环保测量和数字地面模型（DTM）的制作，根据差分雷达干涉测量具有检测地面微小变化的特性，可获得厘米级的测量精度和地壳形变位移
24、。INSAR无疑又成为精密工程测量武库中新的一员。44精密工程测量在今后一段时间内对精度要求不会再行提高，而将侧重于全天候，并在困难条件下快捷、连续动态地获取一定精度的成果，因此使用各种传感器和通讯技术、微电子技术的内外业一体化与智能化系统将是精密工程测量的发展方向。传感器l传感器是一种以一定的精度把被测量转化成与之有对应关系的便于应用和处理的物理量的装置。简言之，传感器是把输入信息变成不同形式输出信号的装置。例如：位移传感器就是把位移量（长度、角度）转换成电信号输出，从而计算、记录、存储等处理，以达到应用的目的。通过传感器可以自动、快速、准确地获取可靠的信息，为实现对测量工作的遥测、遥感和遥
25、控，工业自动化生产过程中，用于监视和控制生产过程中的各个参数，达到对生产自动检测和自动控制的目的。l传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路组成。敏感元件敏感元件转换元件转换元件转换转换电路电路电电量量被被测测量量45自动测量系统46自动测量系统l智能型全站仪系统在隧道开挖过程有着广泛的实际应用。例如从一个已知点出发，该系统可以自动测量安装在开挖机上棱镜点的三维坐标。通过相应的数据处理可确定钻头的实际位置。这样钻头的实际位置可以实时地显示在显示屏上。将实际位置与设计位置比较后的差值提供给机器操作者或者通过智能控制，实现隧道开挖的自动化。显然，这种新技术在许多方面都远远优于传统的测量技术，而且可
26、达到3mm/100m的精度。47精密工程控制网l一般包括施工测量控制网、安装测量控制网和变形监测网。 施工测量控制网：对工程起总体控制作用，保证整个工程各部分的连接及统一工艺流程的精度。 安装测量控制网：采用大地测量理论和方法，结合机械制造和计量学的仪器和手段。因此称为“微型大地测量”或“大型计量测量”。 变形监测网：变形监测工作贯穿于整个工程建设的始终。运营阶段的变形监测必须周期性地进行。48精密工程控制网l布网原则 必须具备必要的精度 网形结构主要取决于工程建筑的形状、规模和安装测量方法，要求构网坚强、图形划一、密度均匀和便于使用 控制点的密度要满足安装工艺设备各基本构件的要求，为了减少误
27、差积累，应尽可能对安装测量控制网进行一次布网和统一平差 必须保证控制点高度的稳定性和可靠性 要考虑外界条件对观测精度的影响，如温度梯度、大气湍流和扰动，以及地球形状、垂线偏差等影响49精密工程控制网l因投影而引起的长度变形值 工程测量规范GB50026-2007：应满足测区内投影长度变形不大于2.5cmkm（即1/40000） 的要求。 精密工程测量一般要求测区内投影长度变形不大于1cmkm（即1/10万）。 选择施工区平均高程面，可不考虑高程归化的影响。因此投影变形主要来自将椭球面上的边长S投影至高斯平面上。该项变形S主要与该边两端点的平均横坐标ym（即离开中央子午线的平均距离）有关。近似关
28、系为 高斯投影距离改化的相对数值表50222RySSmym(km)1020253050100S/S1/8100001/2000001/1300001/900001/320001/8100精密工程控制网l观测方案 控制网观测方案的选择是布网时应考虑的重要问题，它与网形、所采用的仪器有关。在设计时要对所使用的仪器进行检验标定和试验测量，确定观测精度；对于各种可能的网形和观测方案进行模拟计算，从费用、精度、可靠性以及灵敏度等方面检查网的质量，通过统计检验分析研究网的随机模型，确保实测网模型与模拟模型充分一致。 尽量不采用单纯的GPS网，将GPS网与边角网同时联合解算是一个不错的选择，但要注意GPS网
29、与地面网边之间的精度匹配以及地面边角测量精度匹配的影响。51精密工程控制网l高程控制网 建立高程控制网的目的：监测地基的垂直形变，将设备安装到设计高程，并在运行期定期检查实际高程与设计高程之间的偏差。 高程控制点的布设：可与平面控制点布置在一起（平高点），也可单独设置，一般要将它们布置在不同高程平面上。根据放样和变形观测的要求往往布置成水准点群。对于现代化大型精密工程，要建立自动化遥测系统，高精度水准测量一般由静力水准测量系统实现观测和数据处理的自动化。52精密工程控制网l内业数据处理 坐标系和投影面的选择。一般采用地方独立坐标系，若考虑到今后的需要,，应与国家控制网进行联测。为了反映网的内部
30、实际精度而不受起始点误差的影响，常选择一个已知点和一个已知方向作为网的起算数据。 数据预处理。边角网涉及的数据预处理项目有：数据整理，方向投影改化，边长常数及周期误差改正、倾斜改正和投影改化，闭合差验算等。水准测量包括数据整理，尺长改正、水准面不平行改正，闭合差验算等。 网的平差。由于观测值涉及到多个不同类型和来源，通常采用按方差分量估计进行定权平差。53精密测量标志1. 强制对中装置，球与圆柱孔配合的对中装置，可使仪器在标志上的对中误差小于0.1毫米,精密研磨的轴与轴套匹配的装置，可使对中误差小于0.01毫米。2. 基岩标志；3. 倒锤标志；4. 双金属杆标（钢、铝）。54精密测量标志l强制
31、归心（对中）55精密测量标志l倒锤主要结构 十字标志 锚块 浮筒 浮子 不锈钢丝 保护管等十 字 标 志保 护 井浮 筒浮 子液 体不锈钢丝保 护 管基 岩土 层锚 块56精密测量标志l双金属标 主要作为水准测量的控制点。制作时一般采用钢管和铝管，由于两种金属的热膨胀系数不同，根据温度变化对两种金属管长度产生不同影响，可求得标志头由于管长变化后得高程。钢管h钢钢钢T铝管h铝铝铝T为孔口垂直位移，钢、铝分别为温度引起的钢管与铝管的轴向变形而线膨胀系数铝2钢某次观测时的高程温度改正数为h铝h钢因此每次实测沉降为2h钢h铝钢管铝管标 志 头锚 块标 尺57精密工程测量的应用领域l新兴高技术工程，如高
32、能物理设备、粒子对撞机、回旋加速器、核电站、原子能反应堆等；l大型军事设施，如火箭发射架、航天技术试验基地、大型雷达天线、火炮弹道试验场、大型军事机场等；l大型工程及民用高层建筑物的变形观测，如水坝及闸门槽、水力发电机组、高烟囱、大型矿场、油田开采区的地面建筑及井下设施、“三下”采掘区的重要地面建筑物的变形观测等；l海上及沿岸工程，如海上钻井平台、大型港口、码头、船坞滑道等；l地下工程，如地铁、大型隧道、水底（越江、跨海）隧道、大型地下建筑等；58精密工程测量的应用领域l大型工厂的厂房及设备安装，如轧钢车间、化工车间、金工车间的自动生产线，巨型压机、复杂地下管线的安装等；l巨型容器体积、形状及
33、其变形的测定，如油罐、气罐、高炉、平炉、船舱、机身等体积和形状的测定，静态和动态变形监测等；l地基变形的监测，如地层移动、断裂位移、矿藏开挖、水库蓄水或城市地下开采引起的地面下沉，海浪拍击引起沿海城市的地面振荡，地震孕育引起的固体潮汐的振幅变化；l其他特殊任务，如大型设备基础稳定性的确证，古建筑复原，大型艺术品的定型和安装等。59精密工程测量的应用领域l应用领域的扩展（1）轧钢厂厚板的切割（在CCD相机“监视下”进行切割）（2）码头集装箱管理（借助GPS接收机随时确定某个箱体的确切位置）（3）高层建筑的风振测量（在RTK模式下，将一台GPS接收机安装在距待测建筑物不远且相对稳定的地基上作为基准
34、站，而另一台GPS接收机安装在待测建筑物楼顶作为流动站，可以动态监测高层建筑物的顶部位移和振动频率。精度达到5mm）（4）减灾防灾的监测（用GPS、全站仪和精密水准仪进行24小时不间断的立体监测，协助防洪等）（5）在军事领域的应用（为战略导弹落弹点提供精确的地理坐标和形态，为空间技术提供空间站与宇宙飞船对接的信息，大型军用抛物柱面天线的标校，战舰、隐形飞机、航空器等现代武器的设计等）60精密工程测量的应用领域名称精度要求实现精度采用方法1.大坝变形监测坝基水平位移0.30.3倒垂，真空激光准直坝顶水平位移1.01.0张引线、正锤、激光准直、GPS技术坝体位移1.0张引线、正锤、激光准直、GPS
35、技术坝体垂直位移1.01.0精密水准、静力水准坝体裂缝0.20.2裂缝仪、应变计坝基倾斜1.0”1.0”精密水准、静力水准、电子倾斜仪近坝区岩体2.02.0监控网闸门、闸墙3.01-2近景摄影61精密工程测量的应用领域名称精度要求实现精度采用方法2.高精度控制网2.01.0-2.0TC2003全站仪、GPS测量、ME-3000，配合T33.大桥精密测量高塔柱变形3.03.0TC2003，GPS技术钢箱梁拼装1.01.0TC2003桥梁曲线控制5.03.0现场测控系统高塔柱垂直度1/200001/50000TC2003、自动整平垂准仪合拢段拼接3.03.0精密测距、测温及模型拟合62精密工程测量
36、的应用领域名称精度要求实现精度采用方法4.88m灵山大佛造型微型控制网数字化成像安装定位1.010.08.00.35.05.0ME-3000，T2000近景摄影，数字化处理技术、解析测图仪分层投影导线，距离交会5.800m顶管工程方位传递7.0”3.5”联系三角测量，GAK陀螺经纬仪贯通误差（平面）12.58.0TC1800智能测控系统，精密水准贯通误差（竖直）4.01.8TC1800智能测控系统，精密水准63精密工程测量的应用领域名称精度要求实现精度采用方法6.垂准测量高楼垂直度电视塔变形8.02.02.01.6自动安平（1”）垂准仪激光铅锤仪加竖直面温度梯度改正7.大型机械安装汽车发电机轴
37、线汽轮发电机高程0.10.050.030.02波带级激光准直系统液体静力水准仪8.核电站微型控制网1.00.8边角网，ME-3000测距堆心各构件同轴0.20.2专用对中器边孔同轴度0.60.4水银池自准直仪64精密工程测量的应用领域名称精度要求实现精度采用方法9.精密跨江工程1.21.0L=1.5km，采用经纬仪测角法及强反光标志10.电子对撞机地面控制网1.00.3边角网，ME-3000测距地下控制网1.00.3边角网，ME-3000测距地下高程控制网1.00.5几何水准及静力水准漂移管0.20.06激光准直仪及调节设备磁铁体0.20.12多种专用测量设备65三峡大坝施工控制网6667上海
38、磁悬浮工程l磁悬浮列车是一种利用磁极吸引力或排斥力悬浮的高科技交通运输工具。磁浮列车主要依靠电磁力，不用机械力来实现传统铁路中的支承、导向、牵引和制动功能；运行中的磁浮列车与线路之间没有机械接触或大大避免机械接触，无接触、无摩擦，可以达到较高速度（400550公里/小时）。68上海磁浮铁路工程69线路走向图上海磁浮铁路工程69测量机器人在上海磁浮铁路GPS控制网上海磁浮铁路地面控制网70加速器环形网测量71三维控制网测量环形三角网四边形环锁 加速器环道加速器环形网测量l国内外部分加速器环形网测量仪器设备72光源名称光源名称能量能量（GeV）储存环周储存环周长（长（m）测量仪器设备测量仪器设备距
39、离测量角度测量高程测量ALS（美国）1.9200ME5000E2N3APS（美国）7.01104ME5000Smart310T3000Smart310NA3000N3/HLSESRF（欧洲）6.0844DI2002T3000N3/HLSSpring9（日本）8.01436ME5000Smart310T3000Smart310N3PLS（韩国）2.0280.56ME5000T3000/E2N3SRRC（台北）1.5120DI2002T3000NA3000N3BEPC（中国）2.8240.40ME3000DISTINVARTC2000Ni002SLS（瑞士）2.4288LTD500LTD500N3
40、高速铁路精密工程测量l高速铁路发展概况 1964年，日本新干线开通运营，开启了世界铁路发展的新时代。1981年，法国高速铁路后来居上，将高速铁路的发展推上一个新台阶，同时带动了欧洲高速铁路的发展，意大利、德国、西班牙等国先后投入建设高速铁路的行列。 2008年中国大陆拥有了第一条时速350公里的高速铁路-京津城际铁路。 2009年中国拥有了世界上一次建成里程最长、运营速度最高的高速铁路-武广客运专线。 2013年底中国高铁运营里程达11028公里，占世界总营业里程的一半。 高铁已成为中国外交一张“名片”。73高速铁路精密工程测量l时速达到350km/h的高速铁路对平顺度要求非常高，其测量方法、
41、测量精度与传统的铁路工程测量完全不同。l高速铁路精密工程测量的内容 线路平面高程控制测量 线下工程施工测量 轨道施工测量 运营维护测量74板式无碴轨道 75高速铁路精密工程测量l作业依据 高速铁路无碴轨道铁路工程测量暂行规定（铁建设2006189号） 时速200250公里有碴轨道铁路工程测量技术指南（试行）（铁建设200776号）l无碴轨道静态几何尺寸允许偏差 高低幅值2mm 轨向幅值2mm 水平幅值1mm 轨距轨距幅值1mm 扭曲（基长6.25m）2mm76高速铁路精密工程测量l传统铁路工程测量体系已远远不能满足高速度铁路建设要求。表现在以下三方面： 平面坐标基准投影变形大（采用1954年北
42、京坐标系3带投影，投影带边缘边长投影变形值可达340/km）； 自身测量精度、技术要求低； 测量控制网分阶段施测（初测、定测、线下工程施工测量、铺轨测量），未形成一个整体网，各阶段起算基准不一致，存在系统差。由于测量误差的积累，轨道的几何参数与设计参数不一致。77高速铁路精密工程测量l高速铁路精密控制网建立的方法 坐标系统建立方法：平面坐标系统的建立按照投影变形和高程改化之和不大于10mm/km要求，采用WGS84或国家2000椭球，建立投影于抵偿高程面上的任意中央子午线的高斯正形投影平面直角坐标系。抵偿高程面设为对应的线路轨面设计高程面。采用1985国家高程基准建立高程系。 测量方法：CP0
43、框架平面控制网、CPI基础平面控制网采用GPS方法测量。CPII线路平面控制网，在路基、桥梁地段采用GPS方法测量，在隧道洞内采用导线测量。CPIII轨道控制网采用自由设站边角交会法测量。线路水准基点和CPIII轨道控制网的高程采用国家二等水准测量或精密三角高程测量。78高速铁路精密工程测量l高速铁路精密控制测量体系的主要技术特点1.确定了高速铁路精密控制网分级布设原则。2.实现了三网合一。将原铁路工程测量规范中分别独立建立的勘察设计控制网、施工控制网、运营维护控制网合并为高速铁路精密控制网。统一了坐标基准、高程基准，消除了三个独立控制网间存在的系统差。使设计线路定位、施工放样更准确，减少设计
44、与施工间的协调。3.明确了必须采用绝对定位与相对定位测量相结合的铺轨测量定位模式。4.提出了建立高速铁路精密控制网的具体方法，详细阐述了高速铁路各级精密控制测量网精度指标和具体技术内容。5.规定了高速铁路精密控制测量网，在施工各阶段和竣工后的复测要求，并制定了评估验收和其他相关内容。79高速铁路精密工程测量l高速铁路精密控制测量体系的技术创新提出了建立CP0框架平面控制网思想，统一了坐标基准，对精密控制测量网的复测和被破坏桩点的恢复带来了便利；在软基地段埋设深埋水准点和基岩水准点，使高程成果的稳定性得到了提高；首次提出了使用精密三角高程进行二等水准测量方法，大大提高了山区高程测量的效率；采用自
45、由设站边角交会法测量CPIII平面坐标和高程，利用CPIII轨道控制网直接指导铺轨，同时检测铺轨误差，保证铺轨精度。80高速铁路精密工程测量l高速铁路精密工程测量平面控制网在框架控制网（CP0）基础上分三级布设 第一级:基础平面控制网（CPI），为勘测、施工、运营维护提供坐标基准； 第二级:线路平面控制网（CPII），为勘测和施工提供控制基准； 第三级:轨道控制网（CPIII）,为轨道铺设和运营维护提供控制基准。81高速铁路精密工程测量l坐标系选择要求：投影至对应的线路设计平均高程面上的边长投影变形值10mm/km（意味着投影带宽不能超过40，与投影面的高程差不得大于60m）。l采用绝对定位与
46、相对定位测量相结合的铺轨测量定位模式l高程控制网的分二级布设 第一级线路水准基点控制网，为高速铁路工程勘测设计、施工提供高程基准； 第二级轨道高程控制网（CPIII），为高速铁路轨道施工、维护提供高程基准82高速铁路精密工程测量l各级平面控制网的测量精度 GPS测量精度 导线测量精度83控制网级别基线边方向中误差最弱边相对中误差CPI1.31/170000CPII1.71/100000控制网级别附合长度km边长m测距中误差mm测角中误差相邻点位坐标中误差（mm）导线全长相对闭合差限差方位角闭合差限差（）对应导线等级CPII440060052.5101/400005n四等CPIII1150200
47、3451/200008n五等高速铁路精密工程测量l平面控制测量作业流程 CPI控制测量：一般在初测时完成，为高速铁路无碴轨道铁路工程提供平面基准。B级GPS网施测。相对点位精度不低于（8mm + 1ppm）。 CPII控制测量：一般在定测时完成，作为高速铁路无碴轨道铁路工程施工平面控制网。四等导线测量。相对点位精度不低于10mm。 CPIII平面控制测量：在施工测量时施测，线下工程施工时作为施工加密平面控制网，铺设无碴轨道时作为无碴轨道铺设基桩控制网。点间距60m70m，采用基于“全站仪自由重叠设站”方法的边角网测量，测点分段起闭于CPII点。相对点位精度不低于3mm。84高速铁路精密工程测量
48、l平面控制测量方法 GPS测量：用于建立CPI、CPII控制网；沿线路每4km布设1对GPS点，GPS点间距不小于1000m，采用大地四边形或三角锁的形式构成整个CPI网。 导线测量：用于建立CPII、CPIII平面控制网；控制点的点间距以8001000m为宜，离线路中线一般在50100m，便于施工放线且不易破坏的范围内。 后方交会网测量：用于建立无碴轨道铺设基桩控制网。85高速铁路精密工程测量lCPIII边角交会网测量 该方法为德国建立无碴轨道铺设控制网采用的方法，称之为轨道设标网。每隔两个接触网柱建立一个测量点位；两个方向各瞄准32个永久标记点；每个永久标记点将被瞄准三次；最大的测量范围的
49、距离约150m；仪器在每个方向测量两次；与CPII控制点进行连接测量.86高速铁路精密工程测量lCPIII 控制网的点位要求成等边直伸附和导线，点位距线路中线的距离应为 34m，直线部分宜设于线路一侧，曲线部分宜设于线路外侧。对线路特殊地段、曲线控制点、线路变坡点、竖曲线起终点及道岔区均应增设加密控制点，加密控制网形如图：87高速铁路精密工程测量l高程控制测量 分为勘测高程控制测量、水准基点高程测量、CPIII控制点高程测量。 应按二等水准测量精度要求施测。在勘测阶段，不具备二等水准测量条件时，可分两阶段实施，即：勘测阶段按四等水准测量要求施测，线下工程施工完成后，全线再按二等水准测量要求建立
50、水准基点控制网。l高程控制网精度88控制点类型可重复性测量高差限差相邻点高差限差水准测量等级水准基点二等水准CPIII控制点精密水准L4L4L8L8高速铁路精密工程测量l仪器设备89仪器精度要求备注GPS接收机双频5mm1ppm控制网复测全站仪2，2mm2ppm线下工程施工测量1，mm2ppm铺轨施工测量水准仪S011mm/km控制网复测、施工控制网测量、铺轨施工测量S033mm/km土建工程施工测量序号仪器名称最低型号备注二等、精密水准四等1水准仪DS1DS3用于水准测量2水准尺线条式因瓦标尺条码式因瓦标尺木质区格水准尺条码式水准尺用于水准测量3全站仪1 1mm+2ppm22mm+2ppm用
