CN111323051B - 一种基于测量塔法的管节标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于测量塔法的管节标定方法，所述标定方法如下：标定底座布置：深坞改造期间，选择沉管大小尺寸的合适位置，平整深坞底槽，强化基础，在底槽铺设碎石垄，铺设期间精确控制碎石垄的标高；初步标定：本发明的有益效果是：通过压载水加载一定的重量，使得管节坐落稳定，通过倾斜仪及水准测量法确认管节姿态，通过陆上全站仪监测测量塔稳定性，进一步确认坐底情况；采用国家一等精度的测角指标，共测4个测回，将陆上控制点作为已知点，采用专业平差软件进行平差计算，得到最终标定结果，有助于提高标定的精确度。

Description

一种基于测量塔法的管节标定方法
技术领域
本发明属于管节标定技术领域，具体涉及一种基于测量塔法的管节标定方法。
背景技术
深中通道使用钢壳沉管，沉管安装最大沉放水深约40m。管节的沉放对接定位主要采用测量塔法，每个管节上设置两个测量塔，测量塔采用分节装配式的钢管结构，节段共分为A型节、B型节和C型节。
测量塔定位原理：管节预制结束后，在浅坞区内对管节顶面、端面及内部特征点进行标定测量；二次舾装后管节出坞前完成对测量塔顶GPS天线/棱镜中心点与管节顶面特征点的关系标定，结合在干坞内的标定结果，确定测量塔顶GPS天线/棱镜中心点与管节其他，各特征点之间的关系，从而达到对测量塔顶GPS天线/棱镜中心点的标定；管节浮运至现场开始沉放，通过架设在东西人工岛和测量平台上的全站仪同步观测测量塔顶棱镜，同时通过测量塔顶GPS实时同步采集坐标数据，管节内倾斜仪也同步采集到实时数据，采用专业软件实时处理全站仪、GPS和倾斜仪数据，解算出管节的空间位置及姿态，指导管节的沉放对接施工。
为了提高标定精度，为此我们提出一种基于测量塔法的管节标定方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于测量塔法的管节标定方法，提高标定精度。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于测量塔法的管节标定方法，所述标定方法如下：
步骤一：标定底座布置：深坞改造期间，选择沉管大小尺寸的合适位置，平整深坞底槽，强化基础，在底槽铺设碎石垄，铺设期间精确控制碎石垄的标高；
步骤二：初步标定：管节坐底前，在管节顶面或一体船驾驶室顶面架设全站仪，初步标定测量塔的特征点，使用初步标定数据，录入测量塔测控***，在管节下放前，按照一次标定编号安装管顶可升降特征杆及棱镜，管节通过测控***绞移至设计位置，使用管节压载水压载平稳下放，管节缓慢下放坐落在碎石垄上；
步骤三：管节坐底后的姿态校正：管节坐底后，在陆上布置好的控制点上架设全站仪，使用三角高程测量方法，测量实际高程，结合一次标定结果的高程数据计算管节当前实际倾斜，另外，对计算的倾斜值进行复核，获取准确管节倾斜值，同时对测控***倾斜仪进行校正；
步骤四：管节坐底后精确标定：在陆上布置好的控制点上架设全站仪，检核控制点，标定管顶及测量塔特征点，进行温度气压改正，采用全圆测回法观测后视点及管节上特征点。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述步骤三中，对计算的倾斜值进行复核，若复核差值超限，通过其他特征点再次确认。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述步骤四中，采用国家一等精度的测角指标，共测4个测回，将陆上控制点作为已知点，采用专业平差软件进行平差计算，得到最终标定结果。
作为本发明的一种优选的技术方案，标定条件如下：天气、海况良好；管内供电，倾斜仪输出提供倾斜数据；一体船调试完毕，具备沉放条件；测控***通讯调试完毕，具备比对条件；沉管标定时机选择在沉放演练期间，同步进行测量塔标定；标定时间段选择在早上5:30-8:30。
作为本发明的一种优选的技术方案，还包括对标定结果采用GPS进行验证，操作如下：采用是GPS静态测量对全站仪控制网点进行测量，并进行GPS控制网解算，得到所有控制点的GPS测量***坐标，两坐标***之间计算参数。
作为本发明的一种优选的技术方案，所有特征点标定的各种计算都以三维坐标方式进行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过压载水加载一定的重量，使得管节坐落稳定，通过倾斜仪及水准测量法确认管节姿态，通过陆上全站仪监测测量塔稳定性，进一步确认坐底情况；采用国家一等精度的测角指标，共测4个测回，将陆上控制点作为已知点，采用专业平差软件进行平差计算，得到最终标定结果，有助于提高标定的精确度。
附图说明
图1为本发明的平面直角坐标转换结构示意图；
图2为本发明的管节处于倾斜状态时的特征点平面位置变化结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，本发明提供一种技术方案：一种基于测量塔法的管节标定方法，包括如下步骤：
步骤一：标定底座布置：深坞改造期间，选择沉管大小尺寸的合适位置，平整深坞底槽，强化基础，在底槽铺设碎石垄，铺设期间精确控制碎石垄的标高；在坐底标定前，先对测量塔进行粗略标定，依据成果使用测量塔定位***指导，将管节绞移至预设坐底位置，平稳下放到碎石垄上，使沉管保持稳定状态；
步骤二：初步标定：管节坐底前，在管节顶面或一体船驾驶室顶面架设全站仪，初步标定测量塔的特征点，使用初步标定数据，录入测量塔测控***，在管节下放前，按照一次标定编号安装管顶可升降特征杆及棱镜，管节通过测控***绞移至设计位置，使用管节压载水压载平稳下放，管节缓慢下放坐落在碎石垄上，通过压载水加载一定的重量，使得管节坐落稳定，通过倾斜仪及水准测量法确认管节姿态，通过陆上全站仪监测测量塔稳定性，进一步确认坐底情况；
步骤三：管节坐底后的姿态校正：管节坐底后，在陆上布置好的控制点上架设全站仪，使用三角高程测量方法，测量实际高程，结合一次标定结果的高程数据计算管节当前实际倾斜，另外，对计算的倾斜值进行复核，若复核差值超限，通过其他特征点再次确认，获取准确管节倾斜值，同时对测控***倾斜仪进行校正；
步骤四：管节坐底后精确标定：在陆上布置好的控制点上架设全站仪，检核控制点，标定管顶及测量塔特征点，进行温度气压改正，采用全圆测回法观测后视点及管节上特征点，需要进行严格的换手测量，采用国家一等精度的测角指标，共测4个测回，将陆上控制点作为已知点，采用专业平差软件进行平差计算，得到最终标定结果。
本实施例中，优选的，标定条件如下：天气、海况良好；管内供电，倾斜仪输出提供倾斜数据；一体船调试完毕，具备沉放条件；测控***通讯调试完毕，具备比对条件；沉管标定时机选择在沉放演练期间，同步进行测量塔标定；标定时间段选择在早上5:30-8:30。
本实施例中，优选的，还包括对标定结果采用GPS进行验证，操作如下：采用是GPS静态测量对全站仪控制网点进行测量，并进行GPS控制网解算，得到所有控制点的GPS测量***坐标，两坐标***之间计算参数。
本实施例中，优选的，所有特征点标定的各种计算都以三维坐标方式进行。
内业数据处理：
浅坞一次标定：将在预制坐标系内一次标定中测量得到的管顶特征点坐标通过坐标转换计算，转换这些特征点至管节坐标系中，作为在测量塔标定时的已知点条件。
在深坞区二次标定：采用全站仪架设在陆上独立控制网的控制点上，对管顶特征点和测量塔特征点进行标定测量获取数据，此时，管顶11个特征点在浅坞一次标定时已经得到管节坐标系下的准确平面坐标。
以这11个同名点作为已知条件，可以采用平面坐标参数转换方法，计算转换参数，使用此转换参数将测量塔特征点的标定测量结果转换到管节坐标。
由于管节坐底后的姿态与一次标定时的姿态有一定差异，在计算转换参数时时首先要对所有标定测量得到的特征点测量数据进行姿态修正。
为保证转换参数计算结果的正确可靠，需要计算坐标残差，采用粗差探测技术剔除残差超限的已知点数据，才能得到精确可靠的平面坐标转换参数。
参数说明：两个不同坐标***中平面直角坐标之间的差异分为以下3种类型，共4个参数：
坐标原点差，有2个参数(a,b)，也称为平移参数；
坐标轴方向差，有1个参数(θ)，也称为旋转参数；
尺度差，共有1个参数(ρ)，也称为尺度参数。
坐标转换计算公式：设xoy为管节坐标系，XOY为独立施工坐标系，使用参数转换模型，将测点独立施工坐标系转换至管节坐标系，则独立施工坐标换算到管节坐标系的计算公式为：
xp＝ρ*(Xp-a)*cos(θ)+ρ*(Yp-b)*sin(θ)
yp＝ρ*(Yp-b)*cos(θ)-ρ*(Xp-a)*sin(θ)
特征点标定测量结果的姿态改正计算公式：采用全站仪测量时，其测量结果是以水平面为参考面，二次标定时管节处于倾斜状态，管节上不同的特征点由于平面位置和高度不同，全站仪测量得到的平面坐标相对关系与一次标定时的关系不同；此时需要对测量结果进行倾斜改正后才可以用于计算坐标转换参数。
图中特征点A、A’，B、B’点在管节处于水平状态时特征点的平面坐标与高度无关，当管节处于倾斜状态时特征点的平面坐标受其高度和管节倾斜量影响。
假设特征点A在一次标定时，其在管节坐标系中的坐标为(x,y,h)，二次标定时全站仪测量得到的坐标为(X,Y,Z),管节沿X轴、Y轴的倾角为p、r，管节坐标系与控制网坐标系夹角近似为Φ，倾斜计算过程和公式如下：
第1步旋转计算：将全站仪测得的特征点数据转到与管节坐标系平行的临时坐标系中，得到(X’,Y’,Z’)：
X’＝X*cos(Φ)+Y*sin(Φ)
Y’Y*cos(Φ)-X*sin(Φ)
第2步倾斜改正计算：将临时坐标系中坐标(X’,Y’,Z’)进行倾斜改正计算，得到(X”,Y”,Z”)：
Cp＝cos(p)；Sp＝sin(p)；
Cr＝cos(r)；Sr＝sin(r)；
Sa＝Sr/Cp；
Ca＝sqrt(1.0-Sa*Sa)；
X”＝X’*Ca-Z’*Sa；
Y”＝-X’*Sp*Sa+Y’*Cp-Z’*Sp*Ca；
Z”＝X’*Cp*Sa+Y’*Sp+Z’*Cp*Ca；
第3步平面转换参数计算：采用管节顶面所有经倾斜改正后的特征点全站仪测量数据作为公共点计算平面转换参数，平面转换参数需要采用专门的计算软件进行平差计算，采用粗差探测技术剔除超限点数据。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种基于测量塔法的管节标定方法，其特征在于：所述标定方法如下：
步骤一：标定底座布置：深坞改造期间，选择沉管大小尺寸的合适位置，平整深坞底槽，强化基础，在底槽铺设碎石垄，铺设期间精确控制碎石垄的标高；
步骤二：初步标定：管节坐底前，在管节顶面或一体船驾驶室顶面架设全站仪，初步标定测量塔的特征点，使用初步标定数据，录入测量塔测控***，在管节下放前，按照一次标定编号安装管顶可升降特征杆及棱镜，管节通过测控***绞移至设计位置，使用管节压载水压载平稳下放，管节缓慢下放坐落在碎石垄上；
步骤三：管节坐底后的姿态校正：管节坐底后，在陆上布置好的控制点上架设全站仪，使用三角高程测量方法，测量实际高程，结合一次标定结果的高程数据计算管节当前实际倾斜，另外，对计算的倾斜值进行复核，获取准确管节倾斜值，同时对测控***倾斜仪进行校正，若复核差值超限，通过其他特征点再次确认；
步骤四：管节坐底后精确标定：在陆上布置好的控制点上架设全站仪，检核控制点，标定管顶及测量塔特征点，进行温度气压改正，采用全圆测回法观测后视点及管节上特征点，采用国家一等精度的测角指标，共测4个测回，将陆上控制点作为已知点，采用专业平差软件进行平差计算，得到最终标定结果；标定条件如下：天气、海况良好；管内供电，倾斜仪输出提供倾斜数据；一体船调试完毕，具备沉放条件；测控***通讯调试完毕，具备比对条件；沉管标定时机选择在沉放演练期间，同步进行测量塔标定；标定时间段选择在早上5:30-8:30；特征点标定的各种计算都以三维坐标方式进行。
2.根据权利要求1所述的一种基于测量塔法的管节标定方法，其特征在于：还包括对标定结果采用GPS进行验证，操作如下：采用是GPS静态测量对全站仪控制网点进行测量，并进行GPS控制网解算，得到所有控制点的GPS测量***坐标，两坐标***之间计算参数。
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