高程导线测量竞赛对策研究.pdf

第4 6卷第5期2 0 2 3年9月现 代 测 绘M o d e r nS u r v e y i n ga n dM a p p i n gV o l.4 6,S e p t.,2 0 2 3 项目来源:江苏工院2 0 1 9校级教研课题-路桥工程计量与计价课程项目化教学改革与实践 第一作者简介:姚先锋,高级工程师,研究方向为工程测量、测绘职业技能鉴定与指导。高程导线测量竞赛对策研究姚先锋1,王宏俊2,刘伟宏2(1.江苏省测绘地理信息职业技能鉴定指导中心,江苏 南京2 1 0 0 1 3;2.江苏工程职业技术学院,江苏 南通2 2 6 0 0 5)摘 要 高程导线测量在地面起伏较大、视线较长的地区有着广泛的应用,只要作业过程严谨细致,高程导线可以代替高等级水准控制测量。高程导线测量作为竞赛项目可以比较全面地考核参赛队伍使用全站仪进行平面控制、高程控制的测量与计算技能。参照江苏省住房与城乡建设系统2 0 2 1年工程测量员职业技能大赛竞赛细则和 城市测量规范(C J J T8-2 0 1 1),分析了高程导线的原理和技术要求,通过多次测量比对,找出了高程导线测量往返测高差较差超限的原因,论述了高程导线测量若要取得合格成果必须进行仪器高修正,给出了仪器高修正值测定方法,最后结合组织“工程测量员”技能大赛备赛的经验,阐述了竞赛制胜的对策建议。关键词 高程导线;仪器高修正;竞赛对策中图分类号:P 2 2-4 文献标志码:A 文章编号:1 6 7 2-4 0 9 7(2 0 2 3)0 5-0 0 5 7-0 50 引 言2 0 2 0年习近平总书记致首届全国职业技能大赛贺信中说“职业技能竞赛为广大技能人才提供了展示精湛技能、相互切磋技艺的平台,对壮大技术工人队伍、推动经济社会发展具有积极作用”“各级党委和政府要高度重视技能人才工作,大力弘扬劳模精神、劳动精神、工匠精神,激励更多劳动者特别是青年一代走技能成才、技能报国之路”2 0 2 1年江苏省住房与城乡建设系统积极响应国家号召,为了营造全省住房城乡建设系统广大职工学技术、赶先进、创品牌、争贡献的良好氛围,在广大职工中掀起岗位练兵、技能比武的热潮,促进职工技能水平的提高和高技能人才队伍建设,推动全省住房城乡建设高质量发展,组织开展了全省百万城乡建设职工职业技能竞赛活动。其中“工程测量员”职业技能竞赛主赛项目是高程导线测量。工程施工中,高程导线在地面起伏较大、视线较长的地区有着广泛的应用1。按照 城市测量规范(C J J/T8-2 0 1 1)高程导线是用全站仪进行的三角高程测量,测量作业过程中,高程导线和平面导线同步布设、同步测量,采用三联脚架法每点设站,同步解算导线点平面坐标和高程。高程导线成果精度可以达到一二等水准精度要求2,完全可以代替三四等水准测量,具有观测简单灵活、受地形起伏限制小的优点3,能解决水准测量因场地条件无法快捷施测的问题。如何在竞赛中保证成果合格,取得优异的竞赛成绩是急需思考的问题。1 高程导线测量基本原理高程导线是通过利用三角高程测量按类似导线路线方式获取各点高程的测量方法,其原理如图1所示,一站高差的计算公式如公式(1)所示。图1 三角高程原理示意hA B=Ss i n+i-v+(1-k)(Sc o s)22R(1)式中,hA B为A、B两点的高差(m);S为全站仪实测的高程导线边斜距(m);为垂直角观测值,该值很小,一般取c o s2=1;k为当地的大气折光系数,通常在0.0 80.2 0之间;R为地球平均曲率半径(m),一般取63 7 1k m;i为仪器高(m);v为棱镜高(m)。(1-k)(Sc o s)22R是顾及地球曲率和大气折光的高差计算修正值(通常称为双差改正),以边长3 0 0m、竖直角2 0、折光系数0.1 2来算,其值为0.0 0 5mm,在平原地区,高差很小,假设垂直角为5、边长为1 5 0m时,其值为0.0 0 15mm。式(1)中除了i、v是用卷尺测量容易产生人为测量误差之外,其他是仪器自动测量记录,不容易出错。对向观测用往返测高差平均值作为两点间高差时,其公式推导为如下:hA B=12(hA B往-hB A返)=12Ss i n往+i往-v往+(1-k)(Sc o s往)22R-Ss i n返+i返-v返+(1-k)(Sc o s返)22R(2)往与返数值相差极小,只是符号相反,往测、返测间隔时间较短的情况下,k看作不变,双差改正值相等,其影响相互抵消,继续推导为4:hA B=12(ss i n往-Ss i n返)+(i往-i返)-(v往-v返)(3)测量过程中,采用三联脚架法,脚架高度保持不变,调节觇标中心至支座底部的高度与仪器横轴中心至支座底部的高度相等,有i往=v返、i返=v往,更可以简化成:hA B=12(Ss i n往-Ss i n返)(4)对向观测所得高差hA B消除了仪器高i、棱镜高v的测量误差。光电测距的精度较高,公式的推导说明三角高程测量的精度关键在提高竖直角的观测精度,对向观测取高差平均值可以不用考虑双差改正。2 高程导线测量技术要求及超限原因2.1 竞赛主办方高程导线测量的技术要求竞赛主办方参照 工程测量标准(G B5 0 0 2 6-2 0 2 0)、建筑变形测量规范(J G J8-2 0 1 6)、城市测量规范(C J J/T8-2 0 1 1),结合一级导线技术要求和比赛条件,对高程导线测量作了与竞赛相应的技术要求,如表1所示。表1 江苏省高程导线施测技术要求垂直角观测边长测量仪器测角精度测回数指标差较差测回较差仪器测距精度观测次数对向观测高差较差/mm高差闭合差/mm2 27 7 2mm+21 0-6往返四次4 0D2 0D*表中D为两点间水平距离,单位为k m。南通市组织该赛项,为了尽快选拔赛手备战省赛,简化了技术要求,一级导线改成三级导线,高程导线为了配合三级导线测量要求,改成了单向观测,高差计算不考虑地球曲率和大气折光影响,其具体要求如表2所示。表2 南通市高程导线施测技术要求垂直角观测边长测量仪器测量精度测回数仪器测距精度观测次数高差闭合差/mm2 12mm+21 0-6往测一次2 0D2.2 超限问题出现的原因得到江苏省住房与城乡建设系统举办“工程测量员”技能竞赛的消息,我们立即组织选手备赛,布设了一个闭合高程导线,为了检测高程导线测量正确性用二等水准测量精度施测了相邻点高差,水准高差及高程导线示意如图2所示。图2 二等水准所测高差及高程导线示意图在高程导线测量训练过程中,我们发现往返测高差较差很大,超过了允许误差4 0D,但往返平均之后的高差跟水准测量得到的高差基本一致,计算出来的高差闭合差也合格,加上双差改正,也不能保证每次都合格,表3是其中一次的测量成果比对。表3中的对向观测高差较差大多超限,即使更换仪器测量,都不能保证每次往返测高差较差合格,取对向观测高差中数则与二等水准测量的结果基本一致,说明通过取平均值消除了某项误差,但对向观测高差较差超限仍为不合格成果,必须找到超限产生的原因。南通市的选拔细则出台之后,找到了原因。南通市该赛项细则要求单向观测,几个训练组多次高程导线测量的高差闭合差都超限而且一直是负值,“对测量结果的影响总是负值或者总是正值的误差是系统误差”,意识到全站仪实际的横轴轴心很可能由仪器外壳标注的轴心不一致导致,如图3所示,必须在量取仪器高时加上一个修正值。表3中把往测的高差求和,其闭合差为-0.0 3 9m,返测的高差求和,其闭合差为-0.0 3 1m,都是负值而且超限,说明了存在着系统误差。85现 代 测 绘 第4 6卷表3 某次高程导线测量成果比对点名距离/m三角高程测量高差/m对向观测高差较差/m高差较差允许值/m备注对向观测高差中数/m二等水准测量高差/mF 3Z 4F 4T 2F 31 6 4.8 5 91 4 0.4 3 41 7 7.0 1 11 4 0.6 3 96 2 2.9 4 3往 0.0 2 8返-0.1 0 1往-0.0 8 9返 0.0 7 2往 0.1 0 2返-0.1 2 3往-0.1 3 7返 0.1 2 1往-0.0 3 9返-0.0 3 1-0.0 1 60.0 1 60.0 9 30.0 9 3-0.0 1 70.0 1 5超限-0.0 8 1-0.0 7 9-0.0 2 10.0 1 7超限-0.1 1 30.1 1 4-0.0 1 60.0 1 5超限-0.1 2 9-0.1 2 7-0.0 0 4图3 仪器的横轴中心标志 2.3 仪器高修正值的确定假设仪器高的修正值为,用高等级水准测量的高差作为标准值h,有:h+=h(5)=h-h(6)根据式(6)并结合表3实例,推算该仪器的仪器高修正值,结果如表4所示。表4修正后高差用仪器高修正值取多次平均值+0.0 0 9m参与计算,其值与二等水准测量的高差基本相等,表明该仪器的横轴轴心比仪器标定的横轴轴心高9mm。量取仪器高i时加上9mm,用这台仪器进行三角高程测量时,单向观测的线路高程闭合差不再超限,结果说明高程导线的精度完全可以与水准测量的精度媲美。这个实例也说明了高程导线测量过程中,对向观测不可以忽视仪器高误差的修正。表4 仪器高修正值解算及修正后高差计算点名三角高程测量高差/m二等水准测量高差/m仪器高修正值/m修正后高差/m对向观测高差中数/mF 3Z 4F 4T 2F 3往0.0 8 5返-0.1 0 1往-0.0 8 9返0.0 7 2往0.1 0 2返-0.1 2 3往-0.1 3 7返0.1 2 1往-0.0 3 9返-0.0 3 10.0 9 3-0.0 7 90.1 1 4-0.1 2 80.0 0 80.0 0 80.0 1 00.0 0 70.0 1 20.0 0 90.0 0 90.0 0 70.0 0 90.0 9 4-0.0 9 2-0.0 8 00.0 8 10.1 1 1-0.1 1 4-0.1 2 80.1 3 0-0.1 1 40.0 0 40.0 9 3-0.0 8 10.1 1 3-0.1 2 93 高程导线备赛对策竞赛得奖的途径是苦练加巧练,平面导线和高程导线测量同步观测过程中,每站记录、计算的数据都在2 0多个,极容易记错位置、计算出错,来不及检核测量是否超限,其记录表格如图4所示。竞赛取胜是 多 方 面 因 素 作 用 的 结 果,必 须 采 取 多 种措施5。95第5期姚先锋等:高程导线测量竞赛对策研究图4 高程导线外业观测手簿3.1 组织措施(1)单位重视组织员工积极参加各类技能大赛,有助于提升单位形象和美誉度,有助于培养员工积极向上的工作氛围,况且很多竞赛组织方都有相应的奖励措施,譬如南通市组织的选拔赛前五名的单位参加项目投标时,技术标额外加分,给得奖的员工颁发“技术能手”称号。(2)利益倾斜备赛的职工通常需要用业余时间进行训练。集中备赛时,需要放下手中的工作,影响收入,必须给予一定的利益倾斜,譬如备赛不影响工资收入,得奖会予与工资升级、职称评聘加分。(3)专家指导专家指导可以少走弯路,避免盲目备赛,提高备赛成功率。(4)注重选才很多职工由于项目繁忙、奖励没有吸引力,没有参与积极性。应当广泛宣传动员,让有成功欲望有集体荣誉意识有能力有积极性的员工参与到竞赛中来,也唯有那些有成功欲望的员工才能取得好成绩。3.2 技术措施(1)加强仪器的检校,仪器的指标差和2 C差过大,会增加口算难度,影响记录计算速度,更怕忙中出错,影响心态,功亏一篑。有必要通过仪器自带的检校程序,把仪器的指标差、2 C校核到1 0 以内。测量过程中,还必须把仪器的双轴补偿器打开,否则所测角度极易超限。(2)对所用的仪器提前做好仪器高修正值的测定,记录仪器高时加上修正值;棱镜常数正确设置。(3)测量与记录人员需要良好的配合。除了通常的回报数据,测量人员必须明确报出所测的数据种类(水平角、竖直角、距离、目标高、仪器高、后视、前视),记录人员必须弄清楚所测数据的具体情况才能下笔记录,避免记录的无效划改,这些划改往往会被裁判认定为伪造成果而导致取消比赛成绩的严重后果。记录过程中经常发现的错误有竖直角读数、水平角读数记录位置错误,前后目标高记录错位。要做到细心认真,形成固定的测量读数、记录、计算顺序。(4)加强基本功训练,除了安置仪器要保证一定的精度和速度之外,字体端正不影响识读、口算快速准确等都不是一时的功夫,需要长期苦练。更重要的是仪器高、目标高是人工量取读数,极易出错,譬如1.5 0 5m的仪器高极易读成1.5 5 0m,这些常见的错误往往导致成果不合格而没有成绩。(5)测站人员与目标对点人员的配合也十分重要。为了能精确瞄准目标,需要改造觇标。目标对点人员汇报仪器高时,由于距离长,尽量采用必要的辅助手段。图5展示了改造之后的觇标及对点人员汇报仪器高的一种方式,在觇板两侧贴上反射片,便于准确两次量取仪器高,也便于竖直角观测时准确照准,提高测量精度,避免了过大的误差。4 结 语本文结合江苏省住建系统“工程测量员”技能竞赛备赛经验,指出了高程导线测量中可能存在着仪器高误差及仪器高修正值测定的方法、阐明了高程导线测量过程中进行仪器高修正的必要性。结合自己在备赛训练过程中的得失,总结了技能竞赛提高成绩的相关对策,不足之处,敬请批评指正。06现 代 测 绘 第4 6卷图5 改造后的觇标及汇报仪高的一种方式参考文献1 赵铖.三角高程测量在山区高程测量中的应用研究与精度分析J.工程建设与设计,2 0 2 2(2):1 6 8-1 7 0.2 邹进贵,朱勇超,徐亚明.基于智能全站仪的机载精密三角高程测量系统设计与实现J.测绘通报,2 0 1 4(3):1-5,1 0.3 张正禄,邓勇,罗长林,等.精密三角高程代替一等水准测量的研究J.武汉大学学报(信息科学版),2 0 0 6(1):5-8.4 孔宁,林鸿,欧海平,等.基于自动照准全站仪的精密三角高程测量代替二等水准测量的研究与应用J.测绘通报,2 0 1 6(2):1 0 7-1 0 9.5 唐根林.全国职业院校技能大赛中职工程测量赛项研究J.现代测绘,2 0 1 2,3 5(6):6 3-6 4.R e s e a r c ho nC o u n t e r m e a s u r e so fE l e v a t i o nT r a v e r s eS u r v e yC o m p e t i t i o nY A OX i a n-f e n g1,WA N GH o n g-j u n2,L I UW e i-h o n g2(1.J i a n g s uS u r v e y i n ga n dM a p p i n gG e o g r a p h i c I n f o r m a t i o nV o c a t i o n a lS k i l lA p p r a i s a lG u i d a n c eC e n t e r,N a n j i n gJ i a n g s u2 1 0 0 1 3,C h i n a;2.J i a n g s uC o l l e g eo fE n g i n e e r i n gT e c h n o l o g y,N a n t o n gJ i a n g s u2 2 6 0 0 5,C h i n a)A b s t r a c t E l e v a t i o nt r a v e r s es u r v e y i sw i d e l yu s e d i na r e a sw i t hl a r g eg r o u n du n d u l a t i o na n dl o n gl i n eo f s i g h t.A s l o n ga st h eo p e r a t i o np r o c e s s i sr i g o r o u sa n dm e t i c u l o u s,e l e v a t i o nt r a v e r s e c a nr e p l a c eh i g h-l e v e l l e v e l i n gc o n t r o l s u r v e y.A sac o m p e t i t i o np r o j e c t,e l e v a t i o nt r a v e r s es u r v e yc a nc o m p r e h e n s i v e l ye v a l u a t et h em e a s u r e m e n ta n dc a l c u l a t i o ns k i l l so ft h ep a r t i c i p a t i n gt e a m su s i n gt o t a l s t a t i o nf o rp l a n ec o n t r o l a n de l e v a t i o nc o n t r o l.R e f e r r i n gt ot h ec o m p e t i t i o nr u l e so f J i a n g s up r o v i n c eh o u s i n ga n d u r b a n-r u r a lc o n s t r u c t i o n s y s t e m 2 0 2 1 e n g i n e e r i n g s u r v e y o r s v o c a t i o n a ls k i l l s c o m p e t i t i o n a n dU r b a n S u r v e y i n gS p e c i f i c a t i o n(C J J/T8-2 0 1 1),t h i sp a p e ra n a l y z e s t h ep r i n c i p l ea n dt e c h n i c a l r e q u i r e m e n t so f e l e v a t i o nt r a v e r s e,f i n d so u t t h er e a s o n s f o rt h eo v e r-l i m i to fe l e v a t i o nd i f f e r e n c ei nr o u n d-t r i ps u r v e yo fe l e v a t i o nt r a v e r s et h r o u g h m u l t i p l e m e a s u r e m e n tc o m p a r i s o n s,d i s c u s s e st h a tt h ei n s t r u m e n th e i g h tc o r r e c t i o n m u s tb ec a r r i e do u ti no r d e rt oa c h i e v eq u a l i f i e dr e s u l t si ne l e v a t i o nt r a v e r s es u r v e y,a n dg i v e s t h em e t h o df o rm e a s u r i n gt h e i n s t r u m e n th e i g h tc o r r e c t i o nv a l u e.F i n a l l y,c o m b i n e dw i t ht h ee x p e r i e n c e o f o r g a n i z i n g t h e p r e p a r a t i o n o f e n g i n e e r i n g s u r v e y o r s s k i l l s c o m p e t i t i o n,t h i s p a p e r e x p o u n d s t h ec o u n t e r m e a s u r e sa n ds u g g e s t i o n s f o rw i n n i n gt h ec o m p e t i t i o n.K e yw o r d s e l e v a t i o nt r a v e r s e;i n s t r u m e n th e i g h t c o r r e c t i o n;c o m p e t i t i o nc o u n t e r m e a s u r e s16第5期姚先锋等:高程导线测量竞赛对策研究