(刘先洪)宜兴油车水库监测网技术总结报告

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1、江苏省宜兴市油车水库监测网技术总结报告北京勘测设计研究院2013年5月测绘甲级 甲测资字1111011勘测证书等级 甲级0100030批 准：审 查：校 核：编 写： 目 录1.任务来源12.工程概况13.起算点资料13.1平面控制13.2高程控制24.作业技术依据25.外业工作25.1.平面控制25.1.1监测网的布设25.1.2平面控制的选点、埋石25.1.2.1选点35.1.2.2标石类型35.1.2.3埋石35.1.3观测35.1.3.1采用的仪器设备35.1.3.2水平方向观测35.1.3.3边长观测45.1.3.4天顶距观测45.1.4高程控制45.2.1水准点选埋45.2.1.1

2、选点45.2.1.2标石类型及埋设55.2.2外业观测55.2.2.1测量仪器的选用及检测55.2.2.2DNA03数字水准仪主要功能的设置51).测量模式的设置52).显示格式的设定53).记录模式的设置54).系统参数的设置55.2.2.3水准路线65.2.2.4水准观测方法及限差66.数据预处理66.1水平方向66.2距离改正及归化76.3水准观测数据的预处理87.平差87.1平面监测网平差87.1.1监测网的起算基准87.1.2平差计算87.2水准网平差107.2.1水准网的起算基准107.2.2数据处理107.2.3几何水准测量的平差计算128.两次观测成果比较128.1平面点坐标比

3、较128.2高程比较139.质量自评1310.提交资料清单和时间1411.鉴定证书、附表和附图142江苏省宜兴市油车水库监测网技术总结1. 任务来源宜兴市油车水库监测网由上海勘测设计研究院设计，北京勘测设计研究院根据设计要求组织外业实施。宜兴市油车水库监测网的选、埋点工作从2013年1月开始至2013年2月完成；外业观测工作自2013年5月8日开展，到5月下旬结束。2. 工程概况油车水库属太湖流域的蠡河水系，。如图1所示。蠡河水系位于宜兴市东南部，上游为洑西涧，发源于浙江天目山余脉。油车水库工程的任务是防洪和城镇生活供水。水库总库容为3324万m3，属等中型水库工程。水库的大坝、溢洪道、引水放

4、空管等主要建筑物为3级建筑物；次要建筑物为4级建筑物；临时性建筑物为5级建筑物。区内永久公路按三级公路设计。油车水库的正常蓄水位为38.2m（镇江吴淞高程系），相应库容为1945万m3，汛限水位为38.3m。设计洪水标准为100年一遇，相应水位42.42m，相应库容3075 万m3，校核洪水标准为2000年一遇，相应水位43.20m，相应库容3324万m3。水库死水位24.54m，相应库容100万m3。油车水库枢纽建筑包括主坝、副坝、溢洪道、引水放空钢管等。水库主坝坝顶及马道均设置了水平位移监测点。主坝坝顶及33.0m马道两端延长线上各设置了1条视准线，共设置了2条视准线4个水平位移监测工作基

5、点。为校测水库大坝施工及运营期水平位移监测工作基点的稳定性，在水库周围布设变形监测控制网。图1 油车水库地理位置示意图。3. 起算点资料3.1 平面控制测区原有葛洲坝集团施工控制网资料，平面系统为1954年北京坐标系统系。联测时的坐标和高程，见下如表3-1所示：。 表3-1 平面起算点数据点 名纵坐标X（m）横坐标Y（m）高程H（m）G0154478.308777635.793532.9446G0254785.764577471.298348.40033.2 高程控制测区原有上海勘测设计研究院施测的水准点HF01，高程系统为镇江上海吴淞高程基准。最终采用的高程资料如下：表3-2所示。 表3-2

6、 高程起算数据点名高程(m)HF0141.72804. 作业技术依据1、油车水库安全监测边角网设计及观测要求？（技术设计书）2、水利水电工程测量规范 （规划设计阶段 SL 197-97）3、水电水利工程施工测量规范 （DL/T 5173-2012）4、国家三角测量规范 （GB/T 17942-2000）5、国家一、二等水准测量规范 （GB 12897-2006）6、中、短程光电测距规范 （GB/T 16818-1997）7、土石坝安全监测技术规范 （SL 60-94）5. 外业工作5.1. 平面控制1.1.1. 监测网的布设根据油车水库安全监测边角网设计及观测要求所确定的网形进行实地点位布设。

7、本监测网由5个平面控制点组成，点号S1、S2、S3、S4、S5、。通过测边、测角形成具有较强图形结构的边角网，如图5-1所示。图5-1 油车水库安全监测边角网网形图。1.1.2. 平面控制的选点、埋石5.1.2.1 选点监测网点点位的最终确定是依据技术设计的点位进行现场选点，点位位置基本未做大的变动。5.1.2.2 标石类型按设计要求，油车水库监测网的标石类型为普通钢筋混凝土观测墩。通过对各平面监测点埋设位置的开挖和对点位基础及周边土质、岩石状况的进一步了解，在遵循规范要求的基础上，从有利于标点的稳定出发，对标石进行混凝土垫层、周围场地平整及排水等处理。5.1.2.3 埋石普通钢筋混凝土观测墩

8、及底部垫层采用混凝土现场浇注，标点基坑开挖尺寸、开挖深度、底部基础及周边土质岩石状况、所处地理位置,在平面控制点点之记中做了详细的描述。使用的材料及配合比例均参照规范要求执行。全部三角观测墩外业埋设工作于2013年2月底完成。1.1.3. 观测5.1.3.1 采用的仪器设备根据监测网技术设计的精度要求，采用测角标称精度为0.5，测距标称精度为（0.6mm+1ppm）的徕卡TM30电子全站仪进行观测。测角测边均按水利水电工程测量规范（规划设计阶段 SL 197-97）专用二等观测技术要求进行。全站仪TM30委托中国地震局第一监测中心计量检定站检测，水准仪DNA03委托湖北省测绘产品质量监督检验站

9、，每年检测一次，由检定站提供检测成果。5.1.3.2 水平方向观测水平方向观测采用方向观测法按6测回进行，观测照准目标使用TM30配套覘牌。水平角观测全部测回在一个时段完成；一测回观测的操作程序按国家三角测量规范进行，在此基础上要求一测回正镜、倒镜各独立照准目标两次，分别记录观测数据，取中数作为盘左、盘右的观测成果，以保证水平方向的观测精度。记录采用徕卡三维变形监测软件进行外业数据的自动记录。各项限差完全按规范及技术设计要求执行。根据设计书要求，边角网观测全部按规范要求观测两次，取两次平差后的坐标平均值作为首期成果。第一次观测：全部水平方向观测结果经测站平差求得一测回方向中误差及6测回方向中误

10、差测站平差统计结果如见下表5-1所示。：表5-1 第一次观测测站平差成果测站S1S2S3S4S5一测回测角中误差0.500.340.260.380.206测回测角中误差0.200.140.100.150.08第二次观测：全部水平方向观测结果经测站平差求得一测回方向中误差及6测回方向中误差测站平差统计结果如见下表5-2所示。： 表5-1 第二次观测测站平差成果测站S1S2S3S4S5一测回测角中误差0.470.480.410.210.226测回测角中误差0.190.200.170.090.095.1.3.3 边长观测边长观测目标采用与仪器配套的徕卡观测棱镜，气象数据观测使用空盒式温度气压表，该辅

11、助设备已经过检测机构的全面检验。边长观测全部进行对向观测（不同时），边长观测往、返各2测回，每个测回4次读数。温度估读至0.2，气压估读至50Pa。测站与目标站气象数据的观测记录与边长观测同步进行。5.1.3.4 天顶距观测由于所测的斜距需要有足够精度的天顶距化算成水平距离，因此结合中、短程光电测距规范进行观测，并按中、短程光电测距规范的有关天顶距测量的技术要求执行。测回数：中丝法4测回，目标采用与观测仪器配套的徕卡TM30棱镜覘牌。天顶距观测与边长观测同时进行，测前、测后对仪器高与镜站高分别进行量测，每次量测至1mm，两次读数差不应超过2mm，以确保三角高程的观测精度。记录采用徕卡三维变形监

12、测软件进行外业数据的自动记录。高程控制5.2.1. 高程控制5.2.1 水准点选埋5.2.1.1 选点点位选定依据设计要求进行。力求选在通行便利，地基稳定且能长期保存的地方。本工程现场共布设水准点11座。如图5-2所示。 图5-2 油车水库安全监测水准网网形图（不清楚，重画）5.2.1.2 标石类型及埋设测区新设11座水准点，其中L1L5标石类型为混凝土普通水准标石，标心选用四川飞翔测绘仪器厂生产的不锈钢水准标志，分别位于相应监测网点S1S5观测墩平台上； LE1LE3和LS1LS3标石类型为钢管水准标。全部水准点外业埋设工作于2013年2月完成。5.2.2 外业观测5.2.2.1 测量仪器的

13、选用及检测水准作业仪器采用DNA03数字水准仪，其主要部件包括：主机、脚架、3M条码铟钢水准尺和尺承，该设备是由瑞士徕卡公司生产的高精度数字电子水准仪，具有自动观测、自动记录的功能，可以显示水准尺读数、视距、高差、高程等观测结果，该仪器的标称精度为0.3mmkm，测距精度为1cm/20m（500ppm），最大测程是110m，最小测程是1.8m，最小读数0.01mm。DNA03数字水准仪仪器的检测工作委托湖北省测绘产品质量监督检验站完成，各项精度指标符合要求，检定结果见附件。5.2.2.2 DNA03数字水准仪主要功能的设置徕卡DNA03数字水准仪的工作状态由仪器的系统参数决定，系统参数的设定正

14、确与否将对仪器的实测效果产生影响，仪器主要功能设置的说明如下：1). 测量模式的设置本次观测选择的测量模式为中值观测法。假定单次测量为次，中值观测法是将次观测值排序，当是奇数时，取中间一次观测值为观测结果；当是偶数时，取中间两次观测的平均值为观测结果。单次测量次数我们选定2次。2). 显示格式的设定显示格式施测时我们选择了精密型，读数显示及记录至0.00001m。3). 记录模式的设置DNA03数字水准仪可以通过三种形式记录，即：手工记录模块记录和计算机记录。此次观测选择的是模块记录，将观测数据自动记录在REC模块中。4). 系统参数的设置系统参数设置的内容共十三项，其中重要项设置如下表：设置

15、项选定内容地球曲率改正不加地球曲率改正观测精度高精度观测：仪器内部观测中误差小于0.03mm设置限差前后视距差限差为1.5m，前后视距累计差限差为6m，基辅分划所测高差的差设定为0.6mm测量单位测量单位选定m设置角输入现场检定的角值5.2.2.3 水准路线结合测区现场地形条件、道路交通状况的要求，确定以LE1-LE2-LE3-L2-LS1-L1-LS2-LS3-L3-L4（LS4）-L5-HF01-LE1构成闭合环线。高程引测是以HF01为起算。5.2.2.4 水准观测方法及限差按技术设计要求，宜兴油车水库水准测量等级为等，观测方法：对所有水准路线均采用往返测。奇数站观测顺序为：后视前视前视

16、后视；偶数站观测顺序为：前视后视后视前视。各种限差要求参照国家一、二等水准测量规范（GB 12897-2006）执行。6. 数据预处理6.1 水平方向水平观测全部方向均以观测墩中心为准，全部观测数据在野外均进行了200%的检查，并在此基础上进行了测站平差。根据方向观测值对控制网图形条件进行了计算，网中有7个三角形，最大三角形闭合差没有超限。对闭合差进行偶然误差特性的检验如下：第一次观测：正闭合差个数为4，负闭合差个数为3；三角形闭合差最大的是以S2、S3、S4组成的三角形，其值为1.41，小于2.5，以上各项检验均满足检验限差要求，可以认为水平方向的观测不存在系统误差的影响。按菲列罗公式计算测

17、角中误差为0.52，限差为0.7，各项指标均优于技术设计的精度指标，如下表6-1所示。：第一次观测三角形闭合差第一点第二点第三点闭合差S2S3S1-0.15S2S3S41.41S2S1S4-0.10S2S1S50.87S2S4S5-0.28S3S1S41.15S1S4S50.60 表6-1 第一次观测三角形闭合差第一次观测三角形闭合差第一点第二点第三点闭合差S2S3S1-0.15S2S3S41.41S2S1S4-0.10S2S1S50.87S2S4S5-0.28S3S1S41.15S1S4S50.60第二次观测：正闭合差个数为4，负闭合差个数为3；三角形闭合差最大的是以S2、S1、S5组成的三

18、角形，其值为1.22，小于2.5，以上各项检验均满足检验限差要求，可以认为水平方向的观测不存在系统误差的影响。按菲列罗公式计算测角中误差为0.32，限差为0.7，各项指标均优于技术设计的精度指标，如下表6-2所示。： 表6-2 第二次观测三角形闭合差第二次观测三角形闭合差第一点第二点第三点闭合差S2S3S10.10S2S3S4-0.38S2S1S40.35S2S1S51.22S2S4S5-0.33S3S1S4-0.13S1S4S50.546.2 距离改正及归化外业观测的斜距均加入气象改正，固定误差0.6mm，比例误差1mmkm。气象改正按全站仪说明书提供的算式进行：其中：p表示气压 单位：hP

19、a表示温度 单位：经过气象改正后的斜距进行了平距归算，并考虑球气差对归化算平距的影响，按测站高程进行投影改正。全部边长均进行了对向观测（不同时段），按往返测归化归至44m高程面计算水平距离比较。6.3 水准观测数据的预处理对水准测量外业的各测段观测资料进行严格的检查、整理，在确认计算检查无误、各项限差符合要求的基础上，计算观测高差的各项改正数和水准点的概略高程。7. 平差7.1 平面监测网平差7.1.1 监测网的起算基准本次油车水库监测网的是以原施工控制网的两个点（G01和G02）为基准， 采用徕卡TM03电子全站仪进行联测，利用G01和G02与S1、S2、S3组成附和导线，求得S2、S3的坐

20、标，并以S2为已知点，S2S3为已知方向作为油车平面监测网的起算数据，如下表7-1。表7-1 监测网起算基准：点名X（m）Y（m）方位角备注S256124.078576826.46951522619.65”已知点S354817.455077508.4297定向点7.1.2 平差计算常规边角网参与平差的有关数据如下表：总点数方向观测数边长观测数(对向)平均边长最大边长最小边长51891211.51920.3233.6将预处理后的观测数据进行整理，按一定规律组织各点的方向观测值、化算后的平距值以及点名、概略坐标等相关数据生成二维平差数据文件，利用平差软件平差。使用的平差软件为武汉大学开发地面测量工

21、程控制与施工测量内外业一体化和数据处理自动化系统（COSA），其平差方法为间接观测平差，定权采用方差分量估计法迭代定权，能够完成从概算到平差的数据自动化处理，同时具有粗差探测与剔除、方差分量估计、闭合差计算、网图显绘、坐标转换与换带计算、控制网优化设计以及叠置分析等功能。该软件具有完善的数据处理功能，输出成果完整齐全。 本监测网平差时按二维经典自由网平差进行处理，其处理结果如下：第一次和第二次观测值精度统计如下表7-2、7-3所示。：表7-2 第一次观测值精度按三角形闭合差计算的测角中误差按平差值计算的方向中误差按平差值计算的平均边长中误差（mm）0.5170.371.38表7-3 第二次观测

22、值精度按三角形闭合差计算的测角中误差按平差值计算的方向中误差按平差值计算的平均边长中误差（mm）0.3220.280.69平差后最弱点的点位精度、相对误差统计如下表7-4到7-7所示。：表7-4 第一次观测最大点位误差最大误差椭圆最大点位误差备注长轴（mm）短轴（mm）长轴方向dMx（mm）My（mm）M（mm）0.190.10115.0020.120.170.21S5表7-5 第二次观测最大点位误差最大误差椭圆最大点位误差备注长轴（mm）短轴（mm）长轴方向dMx（mm）My（mm）M（mm）0.520.31115.8630.360.490.61S5表7-6 第一次观测最大相对误差最大相对误

23、差椭圆最大相对坐标误差备注长轴（mm）短轴（mm）长轴方向dMx（mm）My（mm）M（mm）0.180.1294.6650.120.180.22S1-S5表7-7 第二次观测最大相对误差最大相对误差椭圆最大相对坐标误差备注长轴（mm）短轴（mm）长轴方向dMx（mm）My（mm）M（mm）0.530.3689.0280.360.530.64S1-S5从平差结果可以看出，2次观测按三角形闭合差计算的测角中误差均小于0.7;按平差值计算的方向中误差均小于1.0。最弱点点位中误差远远小于要求的2.5mm，与精度估计的结果接近。7.2 水准网平差7.2.1 水准网的起算基准在测区收集已有水准点HF0

24、1。HF01为上海勘测设计研究院施测的等施工控制网点，高程系统为镇上海江吴淞高程基准，本次以HF01的高程41.7280m作为本次水准网的起算基准。7.2.2 数据处理由于本测区范围较小，未计入水准面不平行的改正未予计入。其观测与平差成果如表7-8、7-9所示。表7-8 测段实测高差数据统计序号起点终点观测值(m)水平距离(km)权重1HF01L51.15210.442712.262L5HF01-1.1520.442712.263HF01LE1-17.41932.96680.344LE1HF0117.419512.96750.345L1LS111.562420.782611.286LS1L1-

25、11.56220.770251.37L2LS114.67071.180320.858LS1L2-14.67121.18580.849LE1L219.716442.297440.4410L2LE1-19.71642.029380.4911LE1LE2-0.851570.0575417.3812LE2LE3-0.97240.0630515.8613LE3LE11.823880.10029.9814LE1LE3-1.823960.100199.9815LE3LE20.972430.0629315.8916LE2LE10.851520.0574517.4117LS1LS2-1.914640.04208

26、23.7618LS2LS11.914630.0420723.7719LS2L1-9.648420.802091.2520L1LS29.647990.80671.2421LS2LS3-11.78161.892810.5322LS3LS211.781291.91180.5223LS3L35.646670.300343.3324L3LS3-5.64670.301873.3125LS3LS4-0.265080.0945810.5726LS4LS30.265210.0974310.2627LS4HF01-3.006430.388182.5828HF01LS43.006640.388112.5829LS4

27、L35.911810.272683.6730L3LS4-5.911410.273283.6631LS4L5-1.854070.658451.5232L5LS41.855080.654131.5333LS4LE1-20.42572.537850.3934LE1LS420.426152.798830.36表7-9= 高差平差值及其精度=序号起点终点高差平差值(m)改正数(mm)中误差(mm)1HF01L51.152-0.080.122L5HF01-1.152-0.020.123HF01LE1-17.4194-0.160.2384LE1HF0117.4194-0.10.2385L1LS111.562

28、60.140.1376LS1L1-11.5626-0.370.1377L2LS114.67090.180.2148LS1L2-14.67090.270.2149LE1L219.7163-0.120.26210L2LE1-19.71630.050.26211LE1LE2-0.85150.040.04512LE2LE3-0.972400.04613LE3LE11.82390.060.05114LE1LE3-1.82390.020.05115LE3LE20.9724-0.030.04616LE2LE10.85150.020.04517LS1LS2-1.91460.010.04418LS2LS11.9

29、146-0.010.04419LS2L1-9.64790.480.13820L1LS29.6479-0.050.13821LS2LS3-11.78150.060.25322LS3LS211.78150.210.25323LS3L35.6466-0.080.08824L3LS3-5.64660.120.08825LS3LS4-0.2651-0.040.06226LS4LS30.2651-0.10.06227LS4HF01-3.0066-0.130.11228HF01LS43.0066-0.080.11229LS4L35.9117-0.110.08730L3LS4-5.9117-0.290.087

30、31LS4L5-1.8545-0.470.1332L5LS41.8545-0.540.1333LS4LE1-20.426-0.30.23234LE1LS420.426-0.180.232 水准路线总长度为29.770km，共计34个测段，闭合水准LS1-LS2-L1路线总长度1.619km，环线闭合差为-0.53mm；闭合水准LE1-LE2-LE3路线总长度0.2206km，环线闭合差为-0.05mm；闭合水准L5-HF01-LS4路线总长度1.4849km，环线闭合差为-0.09mm；闭合水准LE1-HF01-LS4路线总长度6.1544km，环线闭合差为0.01mm；闭合水准LS4-LE1

31、- L2-LS1-LS2-LS3路线总长度8.0653km，环线闭合差为0.23mm；闭合水准L3-LS4-LS3路线总长度0.6726km，环线闭合差为0.22mm。多边形个数为6，由闭合差计算的观测值精度每公里高程测量的高差中误差为0.21(mm/km)。7.2.3 几何水准测量的平差计算宜兴油车水库水准是由6条闭合环线组成。以二等水准施测，共计观测34个测段。水准网平差使用的是武汉测绘科技大学开发的科傻地面控制测量数据处理系统，经严密平差计算，第一次计算：单位权中误差为0.242mm，最弱点为L1，高程中误差为0.343mm；第二次计算：单位权中误差为0.325mm，最弱点为L1，高程中

32、误差为0.459mm。平差结果远远优于二等水准的要求。8. 平差成果两次观测成果比较8.1 平面点坐标两次观测成果比较表8-1 平面监测点两次坐标差点名第1次观测坐标(m)第2次观测坐标(m)X(mm)Y(mm)X(m)Y(m)X(m)Y(m)S155616.215276336.311355616.214676336.31100.60.3S256124.078576826.469556124.078576826.4695已知点S354817.456377508.429054817.455077508.42971.3-0.7S454621.628477380.929254621.62727738

33、0.92901.20.2S554212.982277014.223354212.981577014.22320.70.1由上表看出，两次观测成果平差后的X坐标之差最大的为1.3mm；Y坐标之差最大的为-0.7mm，满足限差要求。根据设计要求，取两次独立测量所得坐标的平均值作为油车水库安全监测控制网最终坐标，见附表。8.2 两次观测高程成果比较表8-2 水准监测点两次高程差点名第1次观测高程(m)第2次观测高程(m)差值(mm)平均高程(m)LE124.308724.3085-0.224.3086LE223.457123.4570-0.123.4571LE322.484822.4845-0.32

34、2.4847S14838164838190.348.3818LS158.695758.69590.258.6958S2466836466834-0.246.6835LS256.781156.78130.256.7812S35184655184680.351.8467LS344.999544.99990.444.9997S44594734594740.145.9474S5454889454886-0.345.4887LS4(L4)44.734444.73470.344.7346L147.133047.13350.547.1332L244.025044.0248-0.244.0249L350.64

35、6150.64640.350.6463L542.880242.87990.342.8800 由上表看出，两次观测成果平差后的高程之差最大的为0.5mm，两次观测的差值很小，满足限差要求。监测网平差最终成果表8-3 油车水库安全监测边角网坐标平差成果表点名X(m)Y(m)H(m)S155616.214976336.311248.3818S256124.078576826.469546.6835S354817.455777508.429451.8467S454621.627877380.929145.9474S554212.981977014.223345.4887表8-4 油车水库安全监测水准网

36、平差成果表点名平均高程(m)备注LE124.3086LE223.4571LE322.4847LS158.6958LS256.7812LS344.9997LS4(L4)44.7346L147.1332L244.0249L350.6463L542.88009. 质量自评1). 网形设计合理，精度指标选取适当。实施结果证明，技术准备工作充分、有效。2).点位选定、埋设符合设计要求。3).观测成果质量稳定可靠，没有有返工重测现象，未出现粗差。4).数据处理方法正确合理，定权方式先进。5).平差结果表明各项精度指标均满足要求，成果质量优良。6).外业数据采集全部实现电子记录，有效地杜绝了人工读数误差和记

37、数误差。10. 提交资料清单和时间1). 平差计算资料2). 技术总结报告3). 提交资料时间2013年5月11. 附件鉴定证书、附表和附图 附件1 国家甲级工程测量资质证书.9.附件2 仪器检定证书附图1油车水库安全监测边角网网形图附图2油车水库安全监测水准网网形图附表1 油车水库安全监测边角网坐标平差成果表：点名X(m)Y(m)H(m)S155616.214976336.311248.3818S256124.078576826.469546.6835S354817.455777508.429451.8467S454621.627877380.929145.9474S554212.981977014.223345.4887附表2 油车水库安全监测水准网平差成果表：点名平均高程(m)备注LE124.3086LE223.4571LE322.4847LS158.6958LS256.7812LS344.9997LS4(L4)44.7346L147.1332L244.0249L350.6463L542.8800