CN107255473B - 一种建立动态基准平面的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建立动态基准平面的测量方法，具体步骤如下：S1，以中心点O₁为中心建立参照体系，参照体系包括位于第1动态平台的四轴线点和设置于轴线点上的基准点标志，四轴线点位于同一菱形上，菱形的中心点与中心点O₁重合；S2，在中心点O₁处安置水准仪，调整水准仪的三脚基座；S3，竖立标尺，水准仪照准标尺对四基准点标志进行观测读数，调整四基准点标志的高度至水准仪的读数相等，得到初始基准平面；S4，在O₁处安置测量仪，按照S2的方法调整测量仪的三脚基座，照准基准点观测读数，调整三脚基座的高度，至测量仪的竖轴与初始基准平面正交的位置，测量仪绕竖轴旋转一周望远镜视准轴扫过的平面与初始基准平面平行即为第一动态基准平面。

Description

一种建立动态基准平面的测量方法

技术领域

本发明涉及水上工程施工技术领域，具体涉及一种建立动态基准平面的测量方法。

背景技术

在江河湖海水上动态环境中进行大型钢沉井等高耸结构拼装接高安装测量、大型海底隧道沉管管节测量塔水上标定及大型钢索塔水上吊装定位等测量工程施工如下：1)沉井基础是桥梁深水基础中的常见类型，施工工艺多为下部采用钢沉井结构，上部为钢筋砼沉井结构，由于整个钢沉井尺寸大、重量重，不方便整体运输，一般在工厂分节分块加工后，运输到桥位处进行拼装接高，沉井的中心位置及倾斜度一直处于变化状态，无法采用常规的测量方法进行施工放样；2)大型海底隧道沉管管节在工厂预制后，需要对安装在管节顶面上的GNSS测量塔进行标定，精确测定塔顶GNSS天线及棱镜中心在管节坐标系中的三维空间坐标，但是管节浮于水面上，无法采用常规的测量方法进行测量；3)在海中桥梁钢索塔吊装时，两浮吊与安放钢索塔的驳船在一条直线上，起吊时必须保证两浮吊的中轴线在一条直线上，需要计算两个平台轴线之间的坐标偏差来调整两个平台的相对位置以保持两中轴线共线，两浮吊平台在水面上一直处于变化状态，无法采用常规方法进行测量。

上述施工案例中，施工作业平台均处于非静止的水面上，由于施工作业平台始终处于不停的晃动之中，无法完成仪器精确整平，即使能够完成仪器整平，也无法使仪器竖轴垂直于施工作业平台。因此，无法采用常规测量方法在水中浮动平台上正确安置水准仪、经纬仪或全站仪进行测量，无法为动态平台上拼装钢沉井等测量放样提供所需的平行于施工作业平台平面的基准面。

现有技术中为解决上述技术问题，一般选择在风平浪静、平潮期、平台晃动量较小的时段，采用反复多次整平对中的方法在水上动态平台上安置水准仪、经纬仪或全站仪，以获取近似平行于平台基准面的动态基准平面。但由于施工作业平台不可能完全静止，因此这种方法的精度在很大程度上依靠仪器操作员的经验，存在明显的近似性，通常只能获得与平台基准面近似平行的动态基准平面，而且需反复多次趋近，作业效率低。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种建立动态基准平面的测量方法，能够获得与动态平台初始基准面平行的动态基准平面，实现精确测量，提高作业效率。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种建立动态基准平面的测量方法，具体步骤如下：

S1，以第1动态平台的中心点O₁为中心建立参照体系，所述参照体系包括位于第1动态平台的四轴线点分别为A₁、B₁、C₁、D₁和设置于所述轴线点上的基准点标志，所述四轴线点位于同一菱形的四个顶点上，所述菱形的中心点与所述第1动态平台的中心点O₁重合；

S2，在所述第1动态平台的中心点O₁处安置水准仪，调整所述水准仪的三脚基座至所述三脚基座的其中两脚螺旋所在的直线平行于所述菱形的一对角线，且第三脚螺旋位于所述菱形的另一对角线上；

S3，在所述基准点标志上竖立标尺，所述水准仪照准所述标尺对四所述基准点标志进行观测读数，调整四所述基准点标志的高度至所述水准仪的读数相等，调整后的四所述基准点标志作为第1动态平台的基准点分别为a₁、b₁、c₁、d₁，四所述第1动态平台的基准点所在的平面即第1动态平台的初始基准平面；

S4，所述第1动态平台的中心点O₁处安置测量仪，按照S2的调整方法调整所述测量仪的三脚基座后，调整所述三脚基座的脚螺旋的高度，直至所述测量仪的竖轴与所述第1动态平台的初始基准平面正交的位置，所述测量仪的望远镜绕竖轴旋转一周望远镜视准轴扫过的平面与所述第1动态平台的初始基准平面平行，即为第一动态基准平面；

其中，所述测量仪包括全站仪、水准仪或经纬仪。

在上述技术方案的基础上，还包括S5，在水上钢沉井拼装和接高测量中，第N-1动态平台施工完成后，N不小于2，第N动态平台的动态基准平面的测量方法，具体步骤如下：

S51，将位于第N-1动态平台的四轴线点向上投射至所述钢沉井顶平面即第N动态平台，第N-1动态平台的四轴线点A_N-1、B_N-1、C_N-1、D_N-1投射在第N动态平台上的四轴线点分别为A_N、B_N、C_N、D_N，四所述第N动态平台上的四轴线点分别位于同一菱形的四个顶点上，该菱形的中心点为第N动态平台的中心点O_N；

S52，将第N-1动态平台的基准点a_N-1、b_N-1、c_N-1、d _N-1投影至所述钢沉井外壁并沿所述钢沉井外壁垂直向上移动相同距离得到第N动态平台的基准点分别为a_N、b_N、c_N、d_N；

S53，四第N动态平台的基准点所在平面为所述第N动态平台的初始基准平面，检测所述第N动态平台的初始基准平面的平面度；

S54，在所述第N动态平台的中心点O_N处安置测量仪，并按照S2的调整方法调整所述测量仪的三脚基座后，调整所述三脚基座的脚螺旋的高度，直至所述测量仪的竖轴与所述第N动态平台的初始基准平面正交的位置，所述测量仪的望远镜绕竖轴旋转一周望远镜视准轴扫过的平面与所述第N动态平台的初始基准平面平行，即为所述第N动态基准平面；

S6，重复步骤S5，完成水上钢沉井拼装和接高测量。

在上述技术方案的基础上，所述S1中，所述第1动态平台的四轴线点分别为A₁、B₁、C₁、D₁的相对位置关系满足：A₁B₁与C₁D₁的交点为所述第1动态平台的中心点O₁，且A₁O₁＝O₁B₁，C₁O₁＝O₁D₁。

在上述技术方案的基础上，所述S1中，所述第1动态平台的四轴线点A₁、B₁、C₁、D₁的相对位置关系满足：A₁B₁与C₁D₁的交点为所述第1动态平台的中心点O₁，且A₁O₁＝O₁B₁＝C₁O₁＝O₁D₁。

在上述技术方案的基础上，所述S3中获得初始基准平面的步骤包括：

S31，在中心点O₁处安置水准仪，所述水准仪读取四所述基准点上标尺的读数分别为l_a1、l_b1、l_c1、l_d1，计算四所述基准点上标尺读数的平均值作为基准标尺读数值l₁＝(l_a1+l_b1+l_c1+l_d1)/4；

S32，设定初始基准平面的高度值l＝l₁-Δ，其中l为初始基准平面的高度值，Δ为初始基准平面相对于第1动态平台的抬高值；

S34，调整所述基准点标志的高度，至所述水准仪的标尺读数等于设定的初始基准平面的高度值l，所述基准点标志的位置作为基准点，四所述基准点所在的平面即为初始基准平面。

在上述技术方案的基础上，若S4中的测量仪为水准仪或经纬仪，则S4中三脚基座的高度的调整方法包括：

S411，在中心点安置水准仪或经纬仪，在所述基准点上竖立标尺，且经纬仪的竖盘读数为(90°+i)或(270°-i)，其中，i为竖盘指标差；

S412，水准仪或经纬仪依次读取四所述标尺的读数，分别记为l_a、l_b、l_c、l_d；

S413，判断标尺的读数是否满足第一公式：

l_a+l_b＝l_c+l_d；

若不满足第一公式，则重复S3的步骤测量设置四所述基准点；

若满足第一公式，则判断测量结果是否满足第二公式：

l_a＝l_b＝l_c＝l_d；

若不满足第二公式，则调整所述水准仪或经纬仪的三脚基座的脚螺旋的高度至满足第二公式。

在上述技术方案的基础上，若S4中的测量仪为全站仪，则S4中三脚基座的高度的调整方法包括：

S421，在四所述基准点上架设棱镜并量取棱镜高分别记为L_a、L_b、L_c、L_d；

S422，在中心点安置全站仪，得到全站仪中心至各所述基准点棱镜中心的水平距离分别记为S_a、S_b、S_c、S_d，竖角分别记为ɑ_a、ɑ_b、ɑ_c、ɑ_d和高差分别记为H_a、H_b、H_c、H_d；

S423，判断测量值是否满足第三公式：

(L_a-S_a tanα_a)+(L_b-S_b tanα_b)＝(L_c-S_c tanα_c)+(L_d-S_d tanα_d)若不满足第三公式，则重复S3的步骤测量设置四所述基准点；

若满足第三公式，则判断测量结果是否满足第四公式：

L_a-S_a tanα_a＝L_b-S_b tanα_b＝L_c-S_c tanα_c＝L_d-S_d tanα_d；

若不满足第四公式，则调整所述全站仪的三脚基座的脚螺旋的高度，至满足第四公式。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的一种建立动态基准平面的测量方法通过调整测量仪的竖轴倾斜度使得测量仪竖轴垂直于初始基准平面，测量仪望远镜旋转一周望远镜视准轴扫过的平面即获得动态基准平面，适用于水上钢沉井拼装和接高测量、大型沉管顶面测量塔标定测量及大型钢索塔水上吊装定位等特殊测量工程，具有理论严密、原理简单、受外界风浪等不稳定因素影响小、可选择的有效作业时段多、测量精度高、现场操作简便、速度快和易于实施等显著优点。

附图说明

图1为本发明实施例的方法流程图；

图2为本发明实施例中步骤S5的流程图；

图3为本发明实施例中安置测量仪的示意图；

图4为本发明实施例中测量仪的三脚基座的安置方位示意图；

图5为本发明实施例中测量仪的三脚基座的安置方位示意图；

图6为本发明实施例中水准仪或经纬仪的测量状态示意图；

图7为本发明实施例中水准仪或经纬仪的测量状态示意图；

图8为本发明实施例中全站仪的测量状态示意图；

图9为本发明实施例中全站仪的测量状态示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种建立动态基准平面的测量方法，具体步骤如下：

S1，以第1动态平台的中心点O₁为中心建立参照体系，参照体系包括位于第1动态平台的四轴线点分别为A₁、B₁、C₁、D₁和设置于轴线点上的基准点标志，四轴线点位于同一菱形的顶点上，菱形的中心点与第1动态平台的中心点O₁重合，在第1动态平台的四轴线点分别为A₁、B₁、C₁、D₁的相对位置关系满足：A₁B₁与C₁D₁的交点为第1动态平台的中心点O₁，且A₁O₁＝O₁B₁，C₁O₁＝O₁D₁，也可以根据工程应用需求，设计第1动态平台的四轴线点A₁、B₁、C₁、D₁的相对位置关系满足：A₁B₁与C₁D₁的交点为第1动态平台的中心点O₁，且A₁O₁＝O₁B₁＝C₁O₁＝O₁D₁，使得现场测量更加方便和快捷，本实施例中在轴线点上焊接基准点标志杆，其中基准点标志可以是焊接在平台顶面上的半球形顶面，也可以是标志杆需要高度处使用油漆绘制的标志线或者标志杆截断后打磨成的球形顶面；

S2，参见图3在第1动态平台的中心点O₁处安装水准仪，参见图4和图5所示，调整水准仪的三脚基座至三脚基座的其中两脚螺旋的连线平行于菱形的一对角线，三脚基座的第三脚螺旋位于菱形的另一对角线上；

S3，在基准点标志上竖立标尺，调整四个基准点标志的高度，直至水准仪的望远镜扫视一周读取的四基准点上标尺上的读数相等，调整后的基准点标志作为第1动态平台的基准点，第1动态平台的基准点分别为a₁、b₁、c₁、d₁，第1动态平台的基准点所在的平面即第1动态平台的初始基准平面；

S31，参见图6和图7所示，水准仪读取四基准点上标尺的读数分别为l_a1、l_b1、l_c1、l_d1，计算四标尺读数的平均值作为基准标尺读数值l₁＝(l_a1+l_b1+l_c1+l_d1)/4；

S32，设定初始基准平面的高度值l＝l₁-Δ，其中l为初始基准平面的高度值，Δ为初始基准平面相对于第1动态平台的抬高值，结合现场条件及实际需要，Δ的取值为1～10cm；

S34，调整四基准点标志的高度值至水准仪的读数等于设定的初始基准平面的高度值，四基准点所在的平面即为初始基准平面；

S4，在第1动态平台的中心点O₁处安置测量仪，并参照S2的三脚基座调整方法调整测量仪的三脚基座，调整所述三脚基座的脚螺旋的高度，直至测量仪的竖轴与第1动态平台的初始基准平面正交的位置，测量仪的望远镜绕竖轴旋转一周望远镜视准轴扫过的平面与第1动态平台的初始基准平面平行，即为第一动态基准平面。

若S4中的测量仪为水准仪或经纬仪，则S4中三脚基座的高度的调整方法包括：

S411，在中心点安置水准仪或经纬仪，在基准点上竖立标尺，且经纬仪的竖盘读数为(90°+i)或(270°-i)，其中，i为竖盘指标差；

S412，水准仪或经纬仪依次读取四标尺的读数，分别记为l_a、l_b、l_c、l_d；

S413，判断标尺的读数是否满足第一公式：

l_a+l_b＝l_c+l_d；

若不满足第一公式，则重复S3的步骤测量设置四基准点，直至满足第一公式为止；

若满足第一公式，则判断测量结果是否满足第二公式：

l_a＝l_b＝l_c＝l_d；

若不满足第二公式，则调整水准仪或经纬仪的三脚基座的脚螺旋的高度至满足第二公式。

参见图8和图9所示，若S4中的测量仪为全站仪，则S4中三脚基座的高度的调整方法包括：

S421，在四基准点上架设棱镜并量取棱镜高分别记为L_a、L_b、L_c、L_d；

S422，在中心点安置全站仪，得到全站仪中心至各基准点棱镜中心的水平距离分别记为S_a、S_b、S_c、S_d，竖角分别记为ɑ_a、ɑ_b、ɑ_c、ɑ_d和高差分别记为H_a、H_b、H_c、H_d；

S423，判断测量值是否满足第三公式：

(L_a-S_a tanα_a)+(L_b-S_b tanα_b)＝(L_c-S_c tanα_c)+(L_d-S_d tanα_d)

若不满足第三公式，则重复S3的步骤测量设置四基准点，直至满足第三公式为止；

若满足第三公式，则判断测量结果是否满足第四公式：

L_a-S_a tanα_a＝L_b-S_b tanα_b＝L_c-S_c tanα_c＝L_d-S_d tanα_d；

若不满足第四公式，则调整全站仪的三脚基座的脚螺旋的高度，至满足第四公式。

对于不需要进行接高拼装的使用环境下，可以使用S1至S4的方法确定动态基准平面，在施工过程中减少受外界风浪等不确定因素的影响，测量精度高，现场操作简便，速度快且易于实施。

参见图2所示，在需要进行接高拼装施工的环境下，以大型、特大型桥梁工程水上钢沉井拼接接高测量为例，还包括以下步骤：

S5，在水上钢沉井拼装和接高测量中，第N-1动态平台施工完成后，N不小于2，第N动态平台的动态基准平面的测量方法，具体步骤如下：

S51，将位于第N-1动态平台的四轴线点向上投射至钢沉井顶平面即第N动态平台，得到第N-1动态平台的四轴线点A_N-1、B_N-1、C _N-1、D _N-1投射在第N动态平台上的四轴线点分别为A_N、B_N、C _N、D _N，四第N动态平台上的四轴线点位于同一菱形的四个顶点上，该菱形的中心点为第N动态平台的中心点O_N；

S52，将第N-1动态平台的基准点a_N-1、b_N-1、c_N-1、d _N-1投影至钢沉井外壁并沿钢沉井外壁垂直向上移动相同距离得到第N动态平台的基准点分别为a_N、b_N、c_N、d_N；

S53，四基准点所在平面为第N动态平台的初始基准平面，检测第N动态平台的初始基准平面的平面度；

S54，在第N动态平台的中心点O_N处安置测量仪，并参照S2的三脚基座调整方法调整测量仪的三脚基座，按照S4的步骤调整三脚基座的脚螺旋的高度，直至测量仪的竖轴与第N动态平台的初始基准平面正交的位置，测量仪的望远镜绕竖轴旋转一周望远镜视准轴扫过的平面与第N动态平台的初始基准平面平行，即为第N动态基准平面；

S6，重复步骤S5，完成水上钢沉井拼装和接高测量。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种建立动态基准平面的测量方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1，以第1动态平台的中心点O₁为中心建立参照体系，所述参照体系包括位于第1动态平台的四轴线点分别为A₁、B₁、C₁、D₁和设置于所述轴线点上的基准点标志，所述四轴线点位于同一菱形的四个顶点上，所述菱形的中心点与所述第1动态平台的中心点O₁重合；

S2，在所述第1动态平台的中心点O₁处安置水准仪，调整所述水准仪的三脚基座至所述三脚基座的其中两脚螺旋所在的直线平行于所述菱形的一对角线，且第三脚螺旋位于所述菱形的另一对角线上；

S3，在所述基准点标志上竖立标尺，所述水准仪照准所述标尺对四所述基准点标志进行观测读数，调整四所述基准点标志的高度至所述水准仪的读数相等，调整后的四所述基准点标志作为第1动态平台的基准点分别为a₁、b₁、c₁、d₁，所述第1动态平台的基准点所在的平面即第1动态平台的初始基准平面；

S4，所述第1动态平台的中心点O₁处安置测量仪，按照S2的调整方法调整所述测量仪的三脚基座后，调整所述三脚基座的脚螺旋的高度，直至所述测量仪的竖轴与所述第1动态平台的初始基准平面正交的位置，所述测量仪的望远镜绕竖轴旋转一周望远镜视准轴扫过的平面与所述第1动态平台的初始基准平面平行，即为第一动态基准平面；

其中，所述测量仪包括全站仪、水准仪或经纬仪。

2.如权利要求1所述的一种建立动态基准平面的测量方法，其特征在于，还包括S5，在水上钢沉井拼装和接高测量中，第N-1动态平台施工完成后，N不小于2，第N动态平台的动态基准平面的测量方法，具体步骤如下：

S51，将位于第N-1动态平台的四轴线点向上投射至所述钢沉井顶平面即第N动态平台，第N-1动态平台的四轴线点A_N-1、B_N-1、C_N-1、D_N-1投射在第N动态平台上的四轴线点分别为A_N、B_N、C_N、D_N，四所述第N动态平台上的四轴线点分别位于同一菱形的四个顶点上，该菱形的中心点为第N动态平台的中心点O_N；

S52，将第N-1动态平台的基准点a_N-1、b_N-1、c_N-1、d_N-1投影至所述钢沉井外壁并沿所述钢沉井外壁垂直向上移动相同距离得到第N动态平台的基准点分别为a_N、b_N、c_N、d_N；

S53，四第N动态平台的基准点所在平面为所述第N动态平台的初始基准平面，检测所述第N动态平台的初始基准平面的平面度；

S54，在所述第N动态平台的中心点O_N处安置测量仪，并按照S2的调整方法调整所述测量仪的三脚基座后，调整所述三脚基座的脚螺旋的高度，直至所述测量仪的竖轴与所述第N动态平台的初始基准平面正交的位置，所述测量仪的望远镜绕竖轴旋转一周望远镜视准轴扫过的平面与所述第N动态平台的初始基准平面平行，即为所述第N动态基准平面；

S6，重复步骤S5，完成水上钢沉井拼装和接高测量。

3.如权利要求1所述的一种建立动态基准平面的测量方法，其特征在于，所述S1中，所述第1动态平台的四轴线点分别为A₁、B₁、C₁、D₁的相对位置关系满足：A₁B₁与C₁D₁的交点为所述第1动态平台的中心点O₁，且A₁O₁＝O₁B₁，C₁O₁＝O₁D₁。

4.如权利要求1所述的一种建立动态基准平面的测量方法，其特征在于，所述S1中，所述第1动态平台的四轴线点A₁、B₁、C₁、D₁的相对位置关系满足：A₁B₁与C₁D₁的交点为所述第1动态平台的中心点O₁，且A₁O₁＝O₁B₁＝C₁O₁＝O₁D₁。

5.如权利要求1所述的一种建立动态基准平面的测量方法，其特征在于，所述S3中获得初始基准平面的步骤包括：

S31，在中心点O₁处安置水准仪，所述水准仪读取四所述基准点上标尺的读数分别为l_a1、l_b1、l_c1、l_d1，计算四所述基准点上标尺读数的平均值作为基准标尺读数值l₁＝(l_a1+l_b1+l_c1+l_d1)/4；

S32，设定初始基准平面的高度值l＝l₁-Δ，其中l为初始基准平面的高度值，Δ为初始基准平面相对于第1动态平台的抬高值；

S34，调整所述基准点标志的高度，至所述水准仪的标尺读数等于设定的初始基准平面的高度值l，所述基准点标志的位置作为基准点，四所述基准点所在的平面即为初始基准平面。

6.如权利要求1所述的一种建立动态基准平面的测量方法，其特征在于，若S4中的测量仪为水准仪或经纬仪，则S4中三脚基座的高度的调整方法包括：

S411，在中心点安置水准仪或经纬仪，在所述基准点上竖立标尺，且经纬仪的竖盘读数为(90°+i)或(270°-i)，其中，i为竖盘指标差；

S412，水准仪或经纬仪依次读取四所述标尺的读数，分别记为l_a、l_b、l_c、l_d；

S413，判断标尺的读数是否满足第一公式：

l_a+l_b＝l_c+l_d；

若不满足第一公式，则重复S3的步骤测量设置四所述基准点；

若满足第一公式，则判断测量结果是否满足第二公式：

l_a＝l_b＝l_c＝l_d；

若不满足第二公式，则调整所述水准仪或经纬仪的三脚基座的脚螺旋的高度至满足第二公式。

7.如权利要求1所述的一种建立动态基准平面的测量方法，其特征在于：若S4中的测量仪为全站仪，则S4中三脚基座的高度的调整方法包括：

S421，在四所述基准点上架设棱镜并量取棱镜高分别记为L_a、L_b、L_c、L_d；

S422，在中心点安置全站仪，得到全站仪中心至各所述基准点棱镜中心的水平距离分别记为S_a、S_b、S_c、S_d，竖角分别记为ɑ_a、ɑ_b、ɑ_c、ɑ_d和高差分别记为H_a、H_b、H_c、H_d；

S423，判断测量值是否满足第三公式：

(L_a-S_a tanα_a)+(L_b-S_b tanα_b)＝(L_c-S_c tanα_c)+(L_d-S_d tanα_d)

若不满足第三公式，则重复S3的步骤测量设置四所述基准点；

若满足第三公式，则判断测量结果是否满足第四公式：

L_a-S_a tanα_a＝L_b-S_b tanα_b＝L_c-S_c tanα_c＝L_d-S_d tanα_d；

若不满足第四公式，则调整所述全站仪的三脚基座的脚螺旋的高度，至满足第四公式。