水利工程論文-激光全站儀配合EPS成圖測繪系統(tǒng)在明渠截流口門區(qū)監(jiān)測中的應用.doc

水利工程論文-激光全站儀配合EPS成圖測繪系統(tǒng)在明渠截流口門區(qū)監(jiān)測中的應用摘要：三峽工程明渠截流水文監(jiān)測中，口門區(qū)的水文監(jiān)測既是水文監(jiān)測的重點，也是水文監(jiān)測的難點。使用激光全站儀配合EPS成圖測繪系統(tǒng)實現(xiàn)施工區(qū)高危險地段的無接觸式實時監(jiān)測截流戧堤裹頭形象、水位和口門寬等控制性水文要素的資料收集，具有及時、準確和安全的特點。在大型水利工程建設和江河測繪中推廣應用，其經濟效益和社會效益明顯。關鍵詞：激光全站儀EPS成圖軟件明渠截流三峽工程一、前言明渠截流水文監(jiān)測是明渠截流系統(tǒng)工程的保障服務系統(tǒng)，主要為截流施工進占戧堤的穩(wěn)定性、截流河段總落差及上下游戧堤分擔落差的分配、龍口流速及其分布對拋投物的影響提供動態(tài)水文和水力學實時信息，同時為二期圍堰拆除區(qū)的水下形象及對導流底孔分流能力的影響等進行全面系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)測，掌握截流全過程的截流戧堤形象和水文要素的變化特征及規(guī)律性，為截流設計優(yōu)化、實體模型跟蹤試驗、水文預報、水文及水力學計算、科學研究、截流施工監(jiān)理及管理決策提供準確可靠的水文信息。口門區(qū)的水文監(jiān)測是截流水文監(jiān)測重要的組成部分。截流是以戧堤的不斷推進、口門的不斷縮窄為最顯著的特征的。口門的水力要素的變化是直接關系到截流施工進展的關鍵因素之一，對資料的準確性、時效性要求極高。同時口門區(qū)的水文監(jiān)測受到截流戧堤進占施工的直接影響，安全風險較大。因此，口門區(qū)的水文監(jiān)測既是水文監(jiān)測的重點，也是水文監(jiān)測的難點。在三峽工程導流明渠截流水文測報工作中，口門區(qū)水文監(jiān)測主要包括實時監(jiān)測截流戧堤口門寬、裹頭形象和裹頭水位測量等工作任務。為了及時、準確、安全地實施口門水文監(jiān)測任務，使用了激光全站儀配合EPS成圖測繪系統(tǒng)。二、測繪系統(tǒng)組成及特點測繪系統(tǒng)由激光全站儀、EPS成圖軟件、計算機及數(shù)據處理與傳輸部分組成。激光全站儀是新一代測量儀器，集測距、測角于一身，并且在有人立尺和無人立尺狀態(tài)下均可有效使用，在實際工作中比較靈活。EPS成圖軟件，可以方便地進行展點、連線、編繪、計算等功能。數(shù)據處理與傳輸主要將實時監(jiān)測數(shù)據、圖像傳輸至下一層使用者。該套系統(tǒng)的使用，實現(xiàn)了無人立尺狀態(tài)下測點坐標、高程等信息的自動采集、處理和形成電子數(shù)字地形圖，準確、清晰地監(jiān)控截流戧堤的進占狀態(tài)、形象和其他實時水文信息，從而有效地指導截流施工和水文測報工作。在三峽工程明渠截流水文測測中，我們使用Trimble激光全站儀、清華山維EPS成圖軟件和太平洋數(shù)據鏈。三、截流戧堤口門區(qū)水文監(jiān)測的特點與一般地區(qū)的測量相比，截流期間的口門水文監(jiān)測有其特殊環(huán)境和特殊要求。監(jiān)測環(huán)境的特殊性體現(xiàn)在以下幾方面：1、由于明渠截流施工采用“雙戧雙向進占”方式，隨著截流施工進占，戧堤的形象和裹頭位置不斷變化。監(jiān)測點必須隨著戧堤進占而實施跟蹤監(jiān)測。這使得傳統(tǒng)的水尺觀測無法實現(xiàn)。2、由于口門寬的不斷縮窄，口門區(qū)流速增大，水流對戧堤的沖刷非常劇烈，對于不斷推進的裹頭來說，邊坡狀況不穩(wěn)定，時常發(fā)生大幅度的沉降和局部區(qū)域的坍塌現(xiàn)象，監(jiān)測人員很難接近戧堤水邊。3、截流進占的施工強度極大，不允許監(jiān)測人員在施工現(xiàn)場作業(yè)甚至停留。在技術要求上，也體現(xiàn)出特殊性。尤其是三峽工程明渠截流，由于其截流難度大、技術要求高，對口門水文監(jiān)測提出了更高的要求：1、觀測的連續(xù)性。水文要素監(jiān)測必須連續(xù)進行，不能間斷。保障截流施工、監(jiān)理和管理決策對水文信息的需要。2、觀測的實時性和突然性。截流施工受長江來水、環(huán)保、氣象等因素影響和其它相關工程的制約，特別是為保證長江不斷航，根據具體實際情況，施工進度安排時常作較大調整。水文監(jiān)測也相應調整，時常出現(xiàn)高密度、高強度實時測報的監(jiān)測過程。3、技術要求高。口門寬和水面寬測量，要求必須嚴格控制在設計的截流戧堤軸線上；裹頭水位測量必須保證具有國家水位觀測規(guī)范規(guī)定的水位觀測精度。4、實施難度大。比如水位測量，一般江河上觀測并不復雜，但是在裹頭，由于大幅度的沉降，用傳統(tǒng)方法實施實時觀測的難度就非常大。采用無人立尺方法觀測水位徹底解決了安全問題，但水面線的正確測定和夜間觀測難度大，需要技術上的創(chuàng)新。四、截流戧堤口門區(qū)水文監(jiān)測的實施1、戧堤形象和口門寬測量明渠截流期，根據截流施工進度及時、準確監(jiān)測了上、下游截流戧堤形象和口門寬。利用高精度Trimble5601型激光全站儀所具有的免棱鏡測程可達400m、測距精度5mm+3ppm、測角精度的特點，無接觸式測出裹頭的形象；使用EPS成圖軟件的計算和編繪功能，實時繪制戧堤三維形象。根據截流戧堤設計軸線，計算出與堤頂和水邊兩條輪廊線交叉點的坐標，解算口門寬和水面寬。具有實時監(jiān)測裹頭進占態(tài)勢和進占幅度，對裹頭進占過程形象實現(xiàn)直觀的圖解和精確的數(shù)字成果的特點。2、裹頭水位接測截流戧堤裹頭水位是標定上下游截流戧堤分擔落差的重要指標之一，要求準確、及時。利用經緯儀接測水位，本是一項成熟的測量方法。但是在不同的測量環(huán)境中，應根據工作實際，采取一些技術創(chuàng)新措施。在截流戧堤裹頭水位測量工作中，根據工作實際，為保證觀測精度，采取了如下辦法：垂直角和距離異步觀測在水位監(jiān)測過程中，理論上應準確確定水位監(jiān)測目標位置，準確測量待測目標的垂直角、距離等要素。但在實際工作中，水邊線因為波浪起伏是潮濕的，會影響到激光全站儀的測距。所以在實際工作中，采取了垂直角和距離異步觀測。方法如下：確定水位監(jiān)測目標位置后，準確測取垂直角，至少2測回數(shù)。微移測距目標（盡可能貼近目標位置）測取距離。計算目標位置的三維坐標，并使用EPS成圖系統(tǒng)準確標注入戧堤形象。下面對因垂直角和距離異步觀測對水位接測帶來的誤差作簡要分析：解析法接測水位的計算公式為：（1）其中，Z測點高程H儀器站視線高，儀器站高程與儀器高之和。測站點高程由四等以上水準或電磁波導線測量。儀器高由鋼卷尺量取，精確到1mm。天頂距球氣差改正值，K指大氣折光系數(shù)，R指地球半徑。在距離一定的情況下，是一個相對固定的值。垂直角指標差由式（1）可以看出，水位接測的精度主要取決于垂直角觀測精度和測距精度。利用經緯儀接測水位，是一項已經成熟的測量方法，其精度在此不作討論。在采用垂直角和距離異步觀測的條件下，實際意味著測距誤差的增大，對此，有必要作進一步論證。對式（1）微分并轉換為中誤差公式，有（2）式（2）中，=206265可看作儀器測距標稱誤差，即5mm+3ppm是經緯儀垂直角測量誤差，在工作中，采用了級全站儀。經過2測回正倒鏡觀測，指標差一般控制在以內，測回差一般控制在以內，可認為為。采用垂直角和距離異步觀測時，垂直角觀測是準確的。當觀測距離控制在400m以內時，距離的測量誤差對水位接測精度影響可由表1粗略反映：表1距離觀測誤差對水位接測精度影響統(tǒng)計表天頂距（度）距離（m）距離觀測誤差（m）水位接測精度(cm)天頂距（度）距離（m）距離觀測誤差（m）水位接測精度(cm)1004000.101.77954000.100.950.152.620.201.820.203.480.302.703500.101.763500.100.940.152.620.201.810.203.480.302.70974000.101.27924000.100.480.151.870.301.090.202.480.501.773500.101.263500.100.460.151.860.301.080.202.460.501.76在實際工作中，垂直角一般控制在23度，當距離觀測誤差控制在0.3米以內時，異步觀測對測量精度的影響可以控制在1cm左右。可