第十一章洞體精密測量方案1.施工測量準備1.1本工程測量重點難點序號內(nèi)容1按施工先后順序需建立洞外施工測量控制網(wǎng)和洞內(nèi)檢測與安裝測量控制網(wǎng)，兩個控制網(wǎng)基準需高精度統(tǒng)一，對控制測量精度要求高。2風洞總周長達400余米，風洞內(nèi)中間部位的測量傳遞累積誤差控制要求高，需采取有效的降低誤差對策，采取更為精細的、全面的、動態(tài)的施工精度控制系統(tǒng)方法。3風洞各連接部段截面形式不同、變化多樣，而且結(jié)構(gòu)復雜，相接段需保證平滑過渡，給施工測量放線工作提出了更高精度的要求。4風洞施工公差控制要素多，如同軸度、表面平整度、階差與間隙、截面尺寸等，需對所有關鍵節(jié)點進行空中三維精密定位，測設的坐標數(shù)據(jù)量大，計算過程繁瑣。5所有的混凝土/鋼結(jié)構(gòu)接口必須按照圖紙要求制作并定位準確，需嚴格控制測量誤差。6施工測量過程為：混凝土模板粗定位模板整體定位精度檢測施工過程監(jiān)控測量施工完成后的精度檢測，該過程均為現(xiàn)場進行，測量定位放線必須跟蹤作業(yè)，測量作業(yè)時間長、精度高、還需保證實時性。7風洞工程精度要求高主要是成型后洞體內(nèi)型面的精度要求高，需采取有效的施工測量手段和成型后的精度檢測手段，為更好地同時把控成型前后的精度指標，必須多種手段同時施測，現(xiàn)場施測難度大。8風洞混凝土的溫差變形差異，混凝土自身收縮、及構(gòu)件截面分布不對稱、構(gòu)件局部受力不均勻產(chǎn)生的變形，形式多樣的變形因素加大了測量監(jiān)控工作的工作難度。9在風洞內(nèi)測量時，受空間和通視條件限制，為測量方法的選擇和精度保證增加了難度。針對本工程異型的特殊結(jié)構(gòu)和精密的誤差要求，將采取先進的技術方案和高效的管理措施來克服一系列的難題。在施工中，將配置目前業(yè)界最先進、精密的測量及定位儀器和相應的數(shù)據(jù)處理軟件，借鑒國內(nèi)外最新測量技術科研成果，結(jié)合施工工藝手段，采用科學合理的測量技術與方法，確定最佳的測量方案，保證施工測量精度準確可靠、與施工工藝有機配合，力爭達到精確性、實時性、便捷性的同步實現(xiàn)。通過對風洞的空間幾何解析，建立空間點位的數(shù)據(jù)庫，從外業(yè)的數(shù)據(jù)采集、放樣、調(diào)整、檢測，到內(nèi)業(yè)的數(shù)據(jù)處理、成果分析，實現(xiàn)測量的數(shù)字化、程序化及智能化?？傊?，風洞洞體成型精度受施工過程中多種因素影響，必須在施工前進行詳細分析，并結(jié)合風洞洞體的精度要求制定出施工精度控制的要求，在施工過程中遵循全過程控制、等精度控制和信息化控制的原則。1.2誤差來源分析影響風洞施工精度的誤差來源主要有測量誤差、施工誤差。1.2.1測量誤差測量誤差包括系統(tǒng)誤差與偶然誤差。序號名稱內(nèi)容1系統(tǒng)誤差首級控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)中存在的平面點位誤差與高程誤差；控制網(wǎng)中存在的邊長投影變形誤差；測量數(shù)據(jù)解算方法誤差，與采用數(shù)學模型、定權(quán)方式、精度評定方法有關；測量儀器誤差（全站儀、水準儀等），棱鏡加工誤差，溫度/氣壓/濕度傳感器測量誤差；棱鏡與鋼模板連接所使用機加工件的加工誤差。2偶然誤差儀器的對中、整平、量高，及氣溫、氣壓等外部條件對觀測造成的影響。1.2.2施工誤差施工誤差主要有：序號內(nèi)容1鋼模板的加工誤差，鋼模板的平整度精度必須在生產(chǎn)過程中得到控制，否則在后期調(diào)整中會增大調(diào)整難度，甚至無法調(diào)整。2模板受混凝土澆筑沖擊力所發(fā)生的變形。3構(gòu)件因自重引起的擾度變形。4構(gòu)件受溫度、應力影響所發(fā)生的變形。1.3降低誤差對策1.3.1通過高等級GPS控制網(wǎng)建立高精度空間基準①根據(jù)實際情況，選用包含風洞的外圍4個穩(wěn)定點（施工范圍影響區(qū)以外）組成該工程首級控制網(wǎng)；②聯(lián)測BJFS（中國北京）、DAEJ（韓國大田）、SUWN（韓國水原）3個IGS國際跟蹤站，采用IGS最終精密產(chǎn)品、CODE最終精密產(chǎn)品；③采用Bernese5.0軟件進行數(shù)據(jù)處理，解算方法為雙差相位固定解、短基線解算模式；④其余觀測技術采用國家GPS測量規(guī)范C級網(wǎng)技術要求，成果采用地心坐標X、Y、Z。工程實踐表明，平差結(jié)果中最弱點的三維位置中誤差優(yōu)于±0.6mm，基線邊長平均中誤差優(yōu)于±0.5mm，邊長平均相對精度優(yōu)于6×10-8，各項指標均滿足《規(guī)范》中B級網(wǎng)要求，可為下一級施工控制有效提供高精度空間基準。1.3.2選擇合適的投影方式降低軸線定向誤差經(jīng)計算，當選擇場區(qū)中心點經(jīng)度作為中央子午線進行高斯投影時，控制網(wǎng)中用于直接放樣的控制點的子午線收斂角γ將小于±1.5″，尺度變化比為1，測量控制點間方向因投影發(fā)生的變形可忽略不計，即風洞軸線定向誤差小于±1.5″，精度得到有效保證。1.3.3采用目前世界上最高精度儀器組合來降低系統(tǒng)誤差采用高精度的測量儀器可以有效提高測量精度，本工程中所使用儀器包括：LeicaTS60（±0.5″、±1mm+0.6ppm）全站儀,LeicaGPH1P精密棱鏡（±0.1mm），LeicaCCR1.5′球型棱鏡（±0.01mm），LeicaSTS/DTM組合式數(shù)字溫度氣壓傳感器，數(shù)字水準儀LeicaDNA03（±0.2mm/KM）。高精度儀器組合圖1.3.4通過精密邊角網(wǎng)建立施工控制網(wǎng)因風洞施工精度高，為檢核高等級GPS網(wǎng)內(nèi)符合精度，按《精密工程測量規(guī)范》，分別建立二級水平控制網(wǎng)、三級高程控制網(wǎng)，組成施工測量控制網(wǎng)，技術指標如下。精密工程控制網(wǎng)精度指標類型等級一級二級三級四級水平控制網(wǎng)相鄰點相對點位中誤差（mm）0.201.003.005.00高程控制網(wǎng)測站高差中誤差（mm）0.030.050.100.30視線長度（m）10203050根據(jù)風洞軸線建立建筑坐標系，將施工測量控制網(wǎng)ITRF2005成果轉(zhuǎn)換至基于洞體軸線建立的建筑坐標系，該成果為風洞施工提供了高精度虛擬基準尺，滿足風洞施工測量精度需要。1.3.5采用自由設站方法避免儀器對中與量高偶然誤差傳統(tǒng)測量過程中，儀器需要進行對中、整平與量高，全站儀在一定范圍內(nèi)可以通過補償器實現(xiàn)儀器的精確整平，但對中、量高誤差無法克服。當控制點均為強制對中樁，頂部標盤用合像水平儀精確調(diào)平（垂直度±0.1mm/m），在強制對中樁安設棱鏡則無需通過基座，只需通過精密加工固定長度、嚴格準直的連接桿即可，此時棱鏡則實現(xiàn)了整平和量高，將全站儀進行自由設站（無需架設在固定的控制點上）觀測值通過下圖可計算儀器中心坐標，過程中無需進行對中和量高，避免該部分的偶然誤差，在精密測量中，這將極大提高測量精度。全站儀自由設站原理圖1.3.6施工誤差的控制①、對鋼模板按設計標準進行嚴格檢查，確保成品質(zhì)量達到設計標準。②、合理的施工工藝可有效控制鋼模板施工前后的變形。1.4編制依據(jù)序號名稱標準1《工程測量規(guī)范》GB50026-20072《國家一、二等水準測量規(guī)范》GB12897-20063《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)程》GB/T18314-20094《精密工程測量規(guī)范》GB/T15314-945《中、短程光電測距規(guī)范》GB/T16818-19976《國家三角測量規(guī)范》GB/T17942-20007《建筑變形測量規(guī)范》JGJ8-20078《風洞工程測量標準》KGB715-20009《常規(guī)風洞安裝工程施工及驗收規(guī)范》KGB725-200510建設單位提供的施工圖紙及相應文件中相應條款的規(guī)定11建設單位提供的施工現(xiàn)場的測量控制樁點及數(shù)據(jù)1.5點位移交與業(yè)主和相關單位對本工程首級控制網(wǎng)、前期初勘及基坑監(jiān)測的相關資料進行移交。1.6測量儀器配置測量工作內(nèi)容主要包括控制網(wǎng)的建立、風洞施工測量、風洞內(nèi)部檢測，沉降監(jiān)測等內(nèi)容，擬選用的儀器及設備如下：名稱精度指標單位數(shù)量用途GNSS接收機水平，±3mm＋0.5ppm；垂直，±6mm＋1ppm臺4首級控制網(wǎng)大地測量Leica全站儀TS600.5″1mm+0.6ppm×D套2平面控制測量、施工測量及放樣Leica電子水準儀DNA03±0.2mm/Km臺1水準測量、標高傳遞FAROFocus3D掃描儀10m和25m時為±2mm臺1內(nèi)型面精度檢測靜力水準沉降儀精度±1mm，靈敏度0.01mm臺65沉降監(jiān)測LeicaGPH1P棱鏡/個4測量目標LeicaCCR1.5′球型棱鏡/個8測量目標計算器CASIO4800P臺4數(shù)據(jù)處理，平差計算計算機/臺2軟件平差、資料整理1.7測量人員配備針對本工程測量難度及工程量安排測量人員數(shù)量及分工：職務人數(shù)任務及工作職責高級測量工程師2名測量策劃及專業(yè)技術施工管理負責，測量成果的檢核。測量工程師4名方案編制、理論分析、測量控制網(wǎng)的布設和傳遞、施工測量作業(yè)、技術資料編制、內(nèi)業(yè)計算。測量員8名配合測量工程師工作及測量細部作業(yè)。1.8測量組織管理1.8.1測量管理分三級管理本工程施工測量分為兩個階段層次：第一階段為洞外施工測量，第二階段為洞內(nèi)施工測量。一階段為常規(guī)控制和施工測量，采用三級管理；二階段為超高精度檢測與定位測量，技術上綜合了全站儀+掃描儀+數(shù)字攝影測量的新技術新方法，采用二級專人責任管理：一級測量：一級為場區(qū)控制網(wǎng)測量，由總包技術部門組織，總包測量工程師負責建立和管理場區(qū)測量控制網(wǎng)，定時復核場區(qū)控制網(wǎng)點與業(yè)主提供的原始控制點的偏差和部分分項工程測量放樣，負責首級控制測量網(wǎng)點的測設和管理。負責測量資料收集整理以及測量竣工總圖。二級測量：二級為洞體定位測量，由主體結(jié)構(gòu)承包商負責建立和管理洞體的控制測量網(wǎng)，組織實施洞體軸線放樣測量、負責建立洞體定位主控軸線和高程基點埋設，對各分部分項工程測量放樣的檢查復核，負責測量資料收集整理。測量工程師負責檢查復核各級分包測量放樣成果，上報監(jiān)理。三級測量：三級為內(nèi)型面檢測，以測量主管工程師為組長，組建項目測量管理小組，小組由各分包主管測量人員組成。分包單位或勞務施工隊根據(jù)二級控制測量點經(jīng)復核無誤后，進行洞體軸線測放和高程基點引測。負責洞內(nèi)各定位角點、軸線、樁位、預埋件、等測放，負責編制施工放樣資料數(shù)據(jù)。1.8.2測量管理程序一級、二級控制測量管理程序三級控制測量管理程序2.平面控制測量方案控制網(wǎng)布設是風洞施工測量的基礎性工作，其主要作用有三個：提供風洞軸線的坐標和方位基準；提供與風洞工程相配套的各項土建施工的測繪保障；調(diào)整出表面精度高、各部段自由光滑過渡、關鍵節(jié)點指向準確的風洞，并將風洞各部段按設計要求高精度地統(tǒng)一起來。相應地可以將控制網(wǎng)分為大地測量控制網(wǎng)、外部施工測量控制網(wǎng)和內(nèi)部檢測與安裝控制網(wǎng)，三者的區(qū)分除了作用不同，還有時間的先后順序。由于每一階段的測量任務不同，其精度也各異，控制網(wǎng)的相對精度要求越來越高。因此三者之間的關系是測量基準傳遞而不是精度約束，工程測量控制網(wǎng)“層”的概念在這里得到了充分的體現(xiàn)，其實質(zhì)是追求點位的相對精度。平面控制網(wǎng)按照“先整體后局部，高精度控制低精度，長邊、長方向控制短邊、短方向”的原則，分二級進行布設。2.1大地測量控制網(wǎng)大地測量控制網(wǎng)是各級平面控制網(wǎng)建立和復核的唯一依據(jù)，也是該工程的首級控制網(wǎng)。2.1.1控制網(wǎng)的布設控制網(wǎng)點布設如下圖所示，共布設大地測量控制點4個，點號為GP01～GP04。大地測量控制網(wǎng)圖（首級）控制點的埋設要求如下圖所示。觀測墩采用強制對中裝置，其安平精度要求為±2′，結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高度為0.7m左右。觀測墩應于GPS測量前3~6個月建好，保證實測時點位比較穩(wěn)定。GPS控制樁制作示意圖2.1.2主要技術要求由于GNSS技術具有定位精度高、經(jīng)濟效益好、操作簡便及布網(wǎng)自由度大等特點，在國內(nèi)外的軍事、民用等部門得到了極為廣泛的應用，尤其是在大地測量和變形監(jiān)測領域。從文獻新編測繪與測量數(shù)據(jù)速查處理方法與速查技術實用手冊（劉萍著）查得：隔河巖水庫大壩監(jiān)測中6hGPS監(jiān)測數(shù)據(jù)解算的監(jiān)測點水平方向精度為0.5mm，高程方向精度為1.0mm；1～2hGPS監(jiān)測數(shù)據(jù)解算的監(jiān)測點水平方向精度為1.0mm，高程方向精度為1.5mm。觀測時的具體技術指標如下，本工程按C級網(wǎng)觀測精度要求。B、C、D、E級GPS網(wǎng)測量采用的GPS接收機的選用級別BCD、E單頻/雙頻雙頻/全波長雙頻/全被長雙頻或單頻觀測量至少有、載披相位、載披相位載披相位同步觀測按收機數(shù)B、C、D、E級GPS網(wǎng)觀測的基本技術規(guī)定項目級別BCDE衛(wèi)星截止高度角/（°）10151515同時觀測有效衛(wèi)星數(shù)有效觀測衛(wèi)星總數(shù)觀測時段數(shù)時段長度采樣間隔3010~305~155~15以上方案若施工時受到美國GPS政策的影響，也可以采用二級控制網(wǎng)基于單臺全站儀的自由設站技術進行施測。2.2風洞外部施工測量控制網(wǎng)風洞外部施工控制網(wǎng)是本工程的二級控制網(wǎng)，依據(jù)大地測量控制網(wǎng)和總平面布置圖，根據(jù)現(xiàn)場狀況及風洞方位，布設在風洞周圍。該控制網(wǎng)緊鄰施工現(xiàn)場，要求點位通視良好、利于長期保存、便于施工放樣。由于受施工影響比較大，因此必須定期復測校核，并做好原始數(shù)據(jù)的記錄，上報監(jiān)理。2.2.1控制網(wǎng)的布設控制網(wǎng)點布設如下圖所示，共布設控制點4個，點號為WK01～WK04。外部施工測量控制網(wǎng)圖控制點的埋設要求：參照大地測量控制點埋設要求。2.2.2主要技術要求按《精密工程測量規(guī)范》建立二級水平控制網(wǎng)，其技術要求如下：級別平均邊長（m）測角中誤差（″）邊長中誤差（mm）最弱邊邊長相對中誤差二級200±0.71±0.11:200000為確保測量工作順利進行和方便施工，二級平面控制點埋設后必須對其進行保護，外側(cè)用四根鋼管做成2m×2m高1m的護欄，鋼管表面刷紅白相間的油漆，防止施工機械和人員損壞。點位處豎立明顯標志，上面注明“測量標志，注意保護”和聯(lián)系電話號碼字樣。并指派一名測量人員定期到現(xiàn)場巡視各控制點保護情況。加強對施工人員教育，保護好測量標樁，所有測量標樁未經(jīng)工程負責人同意，不得拆除、碰撞或破壞。平面控制點的保護示意圖如下:控制點的保護示意圖2.2.3測量方法原理本工程控制網(wǎng)測量采用基于單臺高精度全站儀的自由設站測量方法。如下圖所示，其中三角代表控制點，圓圈代表測量點，方框代表臨時轉(zhuǎn)點，儀器圖標代表測站位置。自由設站測量方法原理圖由大到小方框所包圍的范圍分別為第一、第二、第三設站所測量的區(qū)域，見方為100～200米，如果測量范圍再大，測量分隔的區(qū)域繼續(xù)增多。每一設站測量其范圍內(nèi)的所有控制點、測量點和轉(zhuǎn)點。測站的位置可自由選擇，但盡量在測量區(qū)域的中間，這樣可使測量誤差呈規(guī)律性的均勻分布。全站儀測量精度與測角和測距誤差有關，近距離時測角和測距的誤差對點位精度影響較小，但隨著距離增大，測距誤差影響明顯增大，自由設站測量方法將較大的測量區(qū)域化分為若干個范圍較小、適合全站儀進行測量的區(qū)域，從而有效保證了測量精度。這種方法充分適應了測區(qū)呈狹長、條帶狀、直線延伸、圖形強度差的情況。本工程采用兩個分區(qū)進行觀測，兩個測站間重合兩個觀測點，具體如下圖。測站1測量過程圖測站2測量過程圖2.2.4測量過程控制網(wǎng)坐標系與測站坐標系:控制測量所得到的坐標系稱為控制網(wǎng)坐標系；每站測量儀器三軸所形成的坐標系稱為測站坐標系。具體測量過程分為兩步：序號名稱內(nèi)容1控制測量施工測量開始前，應建立整個施工區(qū)域的控制網(wǎng)，本工程為GP01～GP04。2單點測量自由設站測量，通常有兩種方式：一是單站測量，儀器不動，測量所有目標，其標準測量半徑為200m以內(nèi)，適合測量范圍較小的區(qū)域；二是轉(zhuǎn)站測量（通常稱為蛙跳），完成一次測量任務需要多次移動儀器的位置，其優(yōu)點是可以避免外界環(huán)境的影響，改善通視條件。一般通過對3個以上的定向點（即相鄰兩站重復測量的公共點）測量，建立起相鄰測站之間的姿態(tài)、定向關系，同時實現(xiàn)儀器測量范圍的較大擴展，也可避免測量精度隨距離增大而快速降低，更適合較大范圍的施工區(qū)域。2.2.5數(shù)據(jù)處理方法將儀器自由設站，對測區(qū)內(nèi)的控制點和測量點進行分站測量，將測量獲得的水平角、垂直角和斜距作為觀測值，以測站位置參數(shù)和測量點坐標作為平差參數(shù)進行參數(shù)平差，獲取測站位置參數(shù)和測量點坐標的精確結(jié)果。上述過程與攝影測量中的光束法平差相似，各測站參數(shù)類似于攝影測量中的內(nèi)外參數(shù)，測量點的坐標則為攝影測量中的未知點坐標，因此稱之為基于光束法平差解算的多測站數(shù)據(jù)統(tǒng)一解算的數(shù)據(jù)處理方法。網(wǎng)平差是在觀測結(jié)束后,消除不符合的數(shù)據(jù)、評估測量精度、求出坐標的重要手段。傳統(tǒng)的網(wǎng)平差可分為條件平差、參數(shù)平差兩大類。參數(shù)平差(及附有約束條件的參數(shù)平差)便于計算機輔助計算,目前應用的最多。在下圖中,兩臺儀器同時觀測1個點,有6個觀測值,若對n個點同時觀測,就有6n個觀測值；n個未知點存在3n個未知數(shù),兩臺儀器相對定向存在有另外7個未知數(shù)(3個旋轉(zhuǎn)參數(shù),3個平移參數(shù),1個尺度因子)。所以,若要解算儀器的相對位置,應該使得下述條件成立：6n>7+3n,即n>2.5,為此實際測量時,要求相鄰測站有3個以上的公共點。在實際工程中,高精度的控制網(wǎng)通常會布設5～15個公共點,增加多余觀測量，且網(wǎng)點分布具有良好的幾何結(jié)構(gòu),以提高可靠性、減小測量誤差的影響。

相鄰兩站間公共點測量示意圖平差時通過對多余觀測值進行最小二乘處理,求得最佳的儀器位置和空間姿態(tài)及空間點的最佳坐標,使得觀測值改正數(shù)的平方和最小。其誤差方程是非線性的,需要進行多次迭代才能達到最終的要求。2.2.6數(shù)據(jù)處理過程（1）、測站坐標系下坐標計算如下圖，測站Si對任意點P的觀測值包括水平角Hi-p、垂直角Vi-p和斜距Di-p，則點P在測站Si下的坐標記作，計算公式如下：（1）極坐標測量原理圖（2）、測站1坐標系與其余測站間的轉(zhuǎn)換參數(shù)概略計算根據(jù)布爾莎七參數(shù)模型（通過坐標系3個基本旋轉(zhuǎn)、3個平移和1個尺度縮放實現(xiàn)）可以計算得到兩相鄰測站i和i+1間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，即平移參數(shù)、旋轉(zhuǎn)參數(shù)和尺度因子k：（2）為測站i的坐標，為測站i+1坐標，為依次繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)的角度，是旋轉(zhuǎn)參數(shù)對應的旋轉(zhuǎn)矩陣。由（2）式可得測站1與測站i間的轉(zhuǎn)換關系為：記作：（3）其中：尺度因子k主要是由于兩坐標系采用不同的長度基準造成的，或者被測物體熱脹冷縮等因素引起的。如果兩坐標系的長度基準相同，通常將尺度因子k固定為1，否則可由下式計算得到k的概略值：(4)其中：為測站坐標系下的坐標，為控制網(wǎng)坐標系下的坐標。(3)、各個測站坐標系與控制網(wǎng)坐標系間轉(zhuǎn)換關系計算由（3）式，可以將所有測量點坐標轉(zhuǎn)換到測站1坐標系下，其中控制點i的坐標記作。另外，已知控制點i的坐標為，監(jiān)測時要測量到至少3個不共線的控制點，因此可以求出控制網(wǎng)坐標系和測站1坐標系間的概略轉(zhuǎn)換參數(shù)，平移參數(shù)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)，則有：（5）其中：表示控制網(wǎng)坐標系下的坐標，為測站1坐標系下的坐標，是旋轉(zhuǎn)參數(shù)對應的旋轉(zhuǎn)矩陣。由（3）和（5）式可得控制網(wǎng)坐標系與任意測站i間的轉(zhuǎn)換關系：（6）(4)、精確解算測站間位置關系及監(jiān)測點坐標對于測站i，由（6）式可計算得到控制網(wǎng)坐標系與測站坐標系間的轉(zhuǎn)換參數(shù)的概略值。在實際測量過程中，控制網(wǎng)坐標系的基準面與測站坐標系的基準面均為大地水準面，故兩坐標系間的轉(zhuǎn)換參數(shù)將只有，即繞Z軸的旋轉(zhuǎn)角。如下圖所示，其中為控制網(wǎng)坐標系，為測站i坐標系，坐標系是由坐標系平移至，平面、和均與水平面平行，則由坐標系旋轉(zhuǎn)得到。測站與控制網(wǎng)之間轉(zhuǎn)換原理圖ZZcYcXcOcZ’c/ZiYiXiOiY’cX’cφci被測點可分為控制點和監(jiān)測點，監(jiān)測點j在控制網(wǎng)坐標系下的坐標記作。對于整個監(jiān)測網(wǎng)來講，所要求解的未知數(shù)包括測站與控制網(wǎng)坐標系間的轉(zhuǎn)換參數(shù)以及監(jiān)測點的未知數(shù)坐標。測站i對測量點P的觀測值包括水平角Hi-p、垂直角Vi-p和斜距Di-p，有如下關系式：（7）則由參數(shù)平差可得如下誤差方程：（8）若觀測點是控制點則。對于所有測站，可建立誤差方程，觀測值水平角Hi-p、垂直角Vi-p和斜距Di-p的定權(quán)表達式如下：（9）其中：為儀器測角的標稱精度，單位為秒；為測距精度，單位為毫米；a、b分別為全站儀標稱的固定誤差和比例誤差系數(shù)。按最小二乘法，組成法方程：，其中，由此，平差解算可得到測站未知數(shù)、和監(jiān)測點坐標的精確值。(5)、精度評定設n為誤差方程個數(shù)，t為未知數(shù)個數(shù)，為第i個參數(shù)的精度估值；為權(quán)逆陣Q對角線上第i行第i列數(shù)據(jù)；由平差結(jié)果殘差V，可計算單位權(quán)中誤差，其中，未知數(shù)權(quán)逆陣，參數(shù)精度估計。2.2.7方法優(yōu)點（1）、高等級控制點的布設要求低。單個測站對控制點的測量個數(shù)沒有要求，只要全部測站合起來能夠觀測到4個控制點即可。（2）、自由設站，避免了儀器對中誤差、量高誤差，保證高程測量精度。測站位置自由設置，即儀器不需要對中在某一個固定的控制點上，避免了儀器的對中誤差，測量過程中不需要量取儀器的架設高度，高度可任意，以適宜觀測為準，避免了儀器高度量取誤差。（3）、三維測量，使平面和高程測量數(shù)據(jù)同步獲得，提高觀測效率，有效保證高程測量的精度。2.3風洞內(nèi)部檢測與安裝控制網(wǎng)2.3.1控制網(wǎng)的布設以A段為例，控制網(wǎng)點布設如下圖所示,每段布設2-3個，至少布設控制點22個，點號為NK01～NK22，按施工工序A-D-B-C-F-K-G-J-H-I-E先后布設。內(nèi)部測量控制網(wǎng)圖（A段）控制點的埋設要求：該控制網(wǎng)是在風洞底板完成以后進行布設，制作機加工件，上端連接棱鏡，下端通過M16螺栓連接在預埋鋼板帶上，如下圖所示。

內(nèi)部測量控制點制作示意圖機加工件棱鏡機加工件棱鏡2.3.2主要技術要求按《精密工程測量規(guī)范》建立二級水平控制網(wǎng)，其技術要求如下：級別平均邊長（m）測角中誤差（″）邊長中誤差（mm）最弱邊邊長相對中誤差二級100±0.71±0.11:200000該控制網(wǎng)的建立是在風洞外部施工測量控制網(wǎng)的基礎上布設的，布設時機為風洞基礎底板施工完成后。其過程是一個把測量基準由風洞外部轉(zhuǎn)移至內(nèi)部的過程，須保持內(nèi)外測量基準的高精度統(tǒng)一，故測量方法與前一致，只是在風洞內(nèi)部操作空間受限、施測難度更大。由于洞體基礎施工、結(jié)構(gòu)施工的影響，可能會對控制的精度產(chǎn)生影響，為此在每次作業(yè)前需與一個外部控制點發(fā)生聯(lián)系，以驗證內(nèi)部控制點的穩(wěn)定性。2.4平面控制測量的軟硬件配置平面控制測量主要軟硬件配置表項目名稱型號/產(chǎn)地功能數(shù)量硬件全站儀LeicaTS60數(shù)據(jù)采集1臺精密棱鏡LeicaGPH1P測量目標4個數(shù)字溫度氣壓傳感器LeicaSTS/DTM現(xiàn)場采集溫度、氣壓參數(shù)1套筆記本電腦國產(chǎn)數(shù)據(jù)處理1臺機加工配件國產(chǎn)配合測量目標安裝10件軟件Geomos7.1Leica控制測量數(shù)據(jù)采集1套MicroSurveyStarNetV8加拿大數(shù)據(jù)處理、整體平差1套2.5實際類似工程驗證前述控制測量方法已在多項大型工程中應用，下面僅介紹一個最具有代表性的鋼結(jié)構(gòu)樓為例進行說明。該鋼結(jié)構(gòu)樓是為某特種設備而建的配套工程，于2012年開工，同年竣工，并投入使用。文中主要探討內(nèi)容為：該鋼結(jié)構(gòu)樓與特種設備相連接傾斜面的安裝及調(diào)整，對影響高大空間中實現(xiàn)精密定位的因素進行了詳細描述，給出了解決此類問題的方法并提出了相應建議。鑒于工程的特殊性，對工程所涉及的性質(zhì)、具體參數(shù)及圖像已進行處理。2.5.1工程的基本概況該鋼結(jié)構(gòu)樓屬某特種設備配套項目，位于山頂，基礎為花崗巖，基本幾何尺寸為37.1米（長）×25.7米（寬）×40.8米（高），地下1層，地上8層。要求設備使用壽命期內(nèi)，樓不均勻沉降總量≤10mm；樓安裝面的抗風力在25m/s、65m/s極限穩(wěn)態(tài)風載下，樓安裝面的變形小于3mm、無永久性變形；該樓總質(zhì)量約為5000噸。工程概況示意圖該樓結(jié)構(gòu)由直柱、水平梁、陣面斜柱及梯形梁構(gòu)成，其中直柱、水平梁、陣面斜柱形式均為箱型柱，橫截面尺寸為500毫米×500毫米，鋼材型號為345C；梯形梁的上邊緣318毫米、下邊緣500毫米，高度500毫米。與安裝設備交接面為陣面，陣面由144塊位于水平梁、陣面斜柱上的過渡板組成，連接方式為焊接，過渡板分為兩種，尺寸為280毫米×360毫米、320毫米×180毫米，陣面與水平面夾角為70°；設備由45塊組單元板構(gòu)成，總質(zhì)量為240噸。2.5.2相關竣工精度指標設備研制單位要求該樓驗收竣工驗收時滿足電信號調(diào)試基本條件：①在ITRF2005（國際地球參考框架）中，陣面幾何中心定位精度等級為國家三等大地控制網(wǎng)點精度；②法線定向精度±0.015°（±54″）；③陣面與水平面夾角70°±0.01°（±7毫米）；④陣面自身安裝平整度±3毫米；形成陣面的144塊過渡板，板塊間定位孔中心間距精度±2.0毫米。陣面144塊過渡板布設示意圖安裝重點是陣面幾何相位中心定位、定向與相對于水平面70°夾角平整度精度，決定這一精度在于144塊過渡板安裝精度。2.5.3控制測量的最終結(jié)果因陣面安裝精度高，為檢核高等級GPS網(wǎng)內(nèi)符合精度，按《精密工程測量規(guī)范》，分別建立二級水平控制網(wǎng)、三級高程控制網(wǎng)，組成安裝控制網(wǎng)，技術指標見下表。精密工程控制網(wǎng)精度指標類型等級一級二級三級四級水平控制網(wǎng)相鄰點相對點位中誤差（mm）0.201.003.005.00高程控制網(wǎng)測站高差中誤差（mm）0.030.050.100.30視線長度（m）10203050①、100米距離上，LeicaTCA2003ATR（自動目標識別）模式下與手動操作的測量差值可達到：±0.2mm，±0.24″，符合儀器標稱精度，且ATR模式測量精度優(yōu)于人工瞄準測量精度，水平控制網(wǎng)測量過程中，使用ATR功能進行測量。②、因Star*Net兼容數(shù)據(jù)格式多、抗粗差能力強、解算結(jié)果可靠，平差均采用該系統(tǒng)，經(jīng)平差：水平控制網(wǎng)的角度中誤差為±0.3″～±1.1″，待定點坐標平面誤差±0.2mm～±0.4mm；高程控制網(wǎng)中各待定點高程中誤差為±0.02mm～±0.05mm；精度符合規(guī)范要求。③、根據(jù)建筑物軸線建立坐標系，將安裝控制網(wǎng)ITRF2005成果轉(zhuǎn)換至建筑坐標系，該成果為陣面安裝提供了高精度虛擬基準尺，滿足陣面安裝精度需要。3.高程控制測量方案高程控制網(wǎng)為施工過程提供統(tǒng)一的高程基準，風洞內(nèi)、外部均需布設高程控制點，在條件具備的情況下，風洞外部的高程基點還需與國家大地水準網(wǎng)點聯(lián)測，以保證與市政管網(wǎng)系統(tǒng)的準確對接。3.1控制網(wǎng)的布設控制網(wǎng)點由風洞內(nèi)外的高程基點組成，布設在風洞施工影響范圍以外，控制網(wǎng)點布設如下圖所示，共布設4個高程控制點，點號為BM1～BM4。高程控制點布設示意圖高程控制點制作示意圖風洞內(nèi)部控制點埋設要求：該控制網(wǎng)是在風洞底板完成以后進行布設，與內(nèi)部平面控制點同點，內(nèi)外部高程控制點組成控制網(wǎng)，也即統(tǒng)一了平面控制點和高程控制點的高程基準。3.2主要技術要求該工程高程控制測量按國家二等水準測量精度要求，采用LeicaDNA03電子水準儀進行施測。

高程控制測量示意圖《國家一、二等水準測量規(guī)范》中對二等水準的強制性條文為：二等水準測量主要技術要求（一）等級儀器水準尺觀測次數(shù)往返較差、附和或環(huán)線閉合差與已知點聯(lián)測附和或環(huán)線二等DS1銦瓦尺往返各一次往返各一次二等水準測量主要技術要求（二）等級儀器視線長度前后視較差前后視累計差最低視線基本、輔助分化讀數(shù)差二等DS150米1米3米0.5米0.5毫米每公里水準測量的偶然中誤差MΔ和每公里水準測量的全中誤差MW限差表測量等級一等二等MΔ（毫米）±0.45±1.00MW（毫米）±1.00±2.00其中計MΔ、MW算公式為： （a） （b）式（a）中Δ為測段往返測高差不符值（單位：毫米），R為測段長度（單位：公里），n為測段數(shù)；式（b）中W為經(jīng)過各項改正后的水準環(huán)閉合差（單位：毫米），F(xiàn)為水準環(huán)線周長（單位：公里），N為水準環(huán)數(shù)。3.3高程控制測量的軟硬件配置主要軟硬件配置表項目名稱型號/產(chǎn)地功能數(shù)量硬件電子水準儀LeicaDNA03數(shù)據(jù)采集1臺條碼尺Leica銦鋼尺測量目標1對機加工配件國產(chǎn)配合測量目標安裝6件軟件DNATrans國產(chǎn)測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換1套清華三維平差Nasew2000國產(chǎn)數(shù)據(jù)處理、整體平差1套3.4控制網(wǎng)復測要求考慮到高程控制網(wǎng)中各高程控制點的穩(wěn)定性，擬定前三個月平均每月對平面控制網(wǎng)進行定期復測一次，三個月之后平均每三個月對平面控制網(wǎng)定期復測一次，直至施工結(jié)束。按照《工程測量規(guī)范》、《國家一、二等水準測量規(guī)范》觀測標必須位于水準觀測線路中，不得使用碎部點方式對沉降觀測標進行測量。3.5觀測數(shù)據(jù)記錄、計算、整理與統(tǒng)計對觀測數(shù)據(jù)記錄、計算、整理與統(tǒng)計進行如下要求：觀測數(shù)據(jù)記錄為保證觀測數(shù)據(jù)的規(guī)范性、真實性與可靠性，觀測數(shù)據(jù)記錄需使用標準手簿進行記錄，原始數(shù)據(jù)記錄手簿不得進行編造、轉(zhuǎn)抄、連環(huán)涂改。所有原始記錄文件均采用電子文件歸檔。原始觀測手簿格式見下圖。

電子水準儀原始觀測數(shù)據(jù)記錄（樣本）觀測數(shù)據(jù)計算觀測數(shù)據(jù)進行平差計算合格后，均需使用平差軟件（NASEW2000）對平差后數(shù)據(jù)進行整理并計算相鄰兩歡觀測變化量，并每月上報，其格式見下圖。NASEW2000平差文件（樣本）4.結(jié)構(gòu)施工測量方案風洞工程的施工測量是指將圖紙或計算機上設計的建筑（構(gòu)）物的平面位置與高程按照設計要求，以一定的精度在實地標定出來，作為施工的依據(jù)。測設的結(jié)果是得到施工現(xiàn)場實地上的標樁與標點。4.1施工公差及技術要求作為空氣動力學試驗設備的混凝土結(jié)構(gòu)，其形成的氣流內(nèi)表面要求光滑，不連續(xù)（變截面）部段也需自由光滑過渡；混凝土殼體形成的氣流表面的幾何形狀和尺寸誤差會直接影響風洞的氣動性能，因此，對混凝土殼體形成的氣流表面的要求比對一般混凝土結(jié)構(gòu)公差要求嚴。(1)、軸線偏差部段自身軸線與理論軸線在水平/鉛垂兩方向偏差均不大于10mm。所有部段均應設置中心軸線基準標志，供部段安裝和檢測使用。軸線偏差定義示意圖(2)、垂直度與水平度洞壁垂直內(nèi)表面的平均平面在全高范圍內(nèi)與理論鉛垂面偏差≤3mm，洞壁水平內(nèi)表面的平均平面在全寬范圍內(nèi)與理論水平面偏差≤3mm。(3)、平行度與位置度風洞定義了三個基準面，分別為垂直氣流方向，通過模型中心的鉛垂面A；順氣流方向，通過模型中心的鉛垂面B；順氣流方向，通過模型中心的水平面C。對于洞壁內(nèi)表面關鍵截面（以及截面上的各邊）的所有點，其在整個面（或整個邊）范圍內(nèi)相對基準面的偏差，通過位置度、平行度公差的形式有如下規(guī)定：截面名稱截面整體形位公差截面各邊形位公差參考面公差要求（1605）邊名義尺寸參考面位置度(1605)相對偏差*(1605)收縮段出口端面A平行度8水平邊15863C80.10%鉛垂邊19661B80.08%一擴入口端面A平行度10水平邊7356C100.27%鉛垂邊9560B100.21%一擴出口端面/-水平邊10000C200.40%一拐入口端面鉛垂邊12100B200.33%一拐出口段面/-水平邊10000C200.40%第一回流道入口端面鉛垂邊13300A200.30%第一回流道出口端面/-水平邊12600C100.16%二拐入口端面鉛垂邊12600A200.32%二拐出口端面/A位置度25

平行度10水平邊12600C100.16%風扇段入口端面鉛垂邊12600B100.16%風扇段出口端面/A位置度25

平行度10水平邊12400C100.16%二擴入口端面鉛垂邊12400B100.16%二擴出口端面/-水平邊17200C300.35%三拐入口端面鉛垂邊15900B300.38%三拐出口端面/-水平邊17200C300.35%大開角段入口端面鉛垂邊20700A250.24%換熱器段-鉛垂邊25600A250.20%換熱器段出口端面/-水平邊20000C250.25%四拐入口端面鉛垂邊24000A250.21%穩(wěn)定段-水平邊20000C250.25%鉛垂邊24000B250.21%(4)、表面平整度順氣流方向直線度≤3mm/1m，≤5mm/2m，≤10mm/15m。垂直氣流方向直線度≤3mm/1m，≤5mm/2m，≤10mm/15m。穩(wěn)定段整流網(wǎng)處、穩(wěn)定段側(cè)墻面≤3mm/2m，整高≤15mm；頂部天花板及地面≤3mm/2m，整寬≤20mm。除非有特別注明，允許公差都須比相對公差和絕對公差小；不允許公差累積。(5)、收縮段型面精度收縮段型面與理論型面偏差不大于當?shù)靥卣鞒叽绲?‰（以半高/半寬計算）

收縮段型面精度定義示意圖(6)、階差與間隙聲學處理的混凝土結(jié)構(gòu)部分不做要求；主要是風扇過渡段和穩(wěn)定段，所有的表面都應是光滑的，不連續(xù)（變截面）部段、間隙的密封處等均應自由光滑過渡。所有混凝土殼體表面粗糙度都應滿足ACI-117（美國混凝土施工及材料公差規(guī)范）規(guī)范中規(guī)定的A級（3mm）。除非有特別注明，階差≤3mm。(7)、混凝土/鋼結(jié)構(gòu)接口所有的混凝土/鋼結(jié)構(gòu)接口必須按照圖紙要求制作并定位準確。除非有特別注明，預埋件位置公差≤3mm?；炷潦湛s段與固定鋼結(jié)構(gòu)收縮段的接口，穩(wěn)定段末端表面平整度≤12mm。

8m×6m大低速風洞氣動輪廓圖4.2施工公差各要素測量方案風洞工程因其特殊的異形結(jié)構(gòu)和精密的誤差要求，測量人員在結(jié)構(gòu)施工階段不僅需要高精度的放樣出軸線和高程等要素，還需要和相關專業(yè)的施工人員一起，在施工時做好軸線、節(jié)點等的控制測量，對于一些形狀復雜、無法直接計算關鍵節(jié)點的部位，需要從BIM圖或CAD圖中量取坐標或距離等參數(shù)，為放樣工作提供數(shù)據(jù)。對上述施工公差及技術要求進行逐一分析，轉(zhuǎn)化為測量專業(yè)問題，主要有以下幾個方面：空間點位的三維放樣；空間尺寸的三維測設；空間直線與面、面與面的位置關系計算；形位誤差計算：如直線度、平面度、平行度、垂直度等?；谝陨戏治觯竟こ淘谑┕み^程中擬采用基于單臺全站儀的工業(yè)測量系統(tǒng)方案。4.2.1基于單臺全站儀的工業(yè)測量系統(tǒng)全站儀是隨著測繪、電子、機械等諸多學科的發(fā)展而出現(xiàn)的現(xiàn)代化測繪儀器。它的出現(xiàn)，使測繪科學的方法和技術都發(fā)生了變化，極大地促進了測量技術自動化和一體化的發(fā)展。全站儀發(fā)展到今天，具有精度高、功能先進等優(yōu)點，可以實現(xiàn)測量的自動化和智能化，被譽為測量機器人。全站儀測量系統(tǒng)是工業(yè)測量系統(tǒng)中最簡便的一種系統(tǒng)。由于它的硬件配置簡單、設站靈活、操作方便以及中遠距離相對精度較高的特點，已越來越受到人們的歡迎，尤其在亞毫米量級精度檢測需求的領域有較好的市場和應用前景。隨著全站儀向智能化測量機器人方向的發(fā)展，全站儀測量系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)目標的自動識別（ATR）和自動跟蹤，是一種廉價的準動態(tài)、低速跟蹤測量系統(tǒng)，因此應用領域?qū)玫竭M一步拓寬。（1）、系統(tǒng)原理全站儀測量系統(tǒng)利用極坐標的測量原理，只需要測量一個斜距和二個角度（水平角和天頂距）就可以得到被測點的三維坐標,其原理如下圖所示。

全站儀測量系統(tǒng)測量原理圖測量坐標系的定義為：取全站儀的三軸中心作為測量坐標系的原點，儀器整平后，XOY平面為水平面，其中Y軸為水平度盤零方向，Z軸為鉛垂線方向。這樣就可確定采樣點與水平面的關系。通過測量水平角、天頂距和斜距S就可以計算出待測點P的坐標。全站儀測量系統(tǒng)的坐標計算公式為：（1）設水平角和天頂距的測角精度分別為、，測距精度為，顯然P點的點位精度計算公式為：（2）（2）、系統(tǒng)硬件配置單臺全站儀測量系統(tǒng)配置較簡單，主要由全站儀、便攜筆記本電腦、軟件平臺、高穩(wěn)定度的腳架、通訊和供電裝置以及測量合作目標等構(gòu)成。以上設備可通過電纜進行系統(tǒng)聯(lián)結(jié)，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的在線獲取和實時顯示，系統(tǒng)組成如圖所示。

工業(yè)測量系統(tǒng)組成圖目前能達到工業(yè)測量系統(tǒng)精度要求的全站儀主要有Leica公司的TC2002、TC（A）2003、TDM5005、TDA5005等全站儀以及SOKKIA公司的NET2、NET2100系列全站儀，其中以Leica公司全站儀的精度和自動化程度最高，帶“A”的為自動跟蹤全站儀，帶“M”的為馬達驅(qū)動全站儀。其測角標稱精度（水平角和垂直角）為±0.5″，測距精度在120m范圍內(nèi)能達到±0.2～0.5mm。全站儀需要合作目標才能完成高精度的測距和坐標測量，而測量合作目標的選取會直接影響到測距精度，因此全站儀測量系統(tǒng)合作目標的選擇是非常重要的。全站儀作為通用的工程測量、大地測量儀器，可供選擇的測量目標種類很多，通常有普通圓棱鏡、小棱鏡、360°棱鏡、球棱鏡以及反射片等。但對于工業(yè)測量應用來說一般只能選擇球棱鏡和反射片，球棱鏡的中心和球心是重合的，因此在對被測表面進行測量時，不管棱鏡如何放置，其測量點均位于測量面的法線方向，且偏心距始終為球的半徑，因此進行數(shù)據(jù)歸算和處理就非常簡單。反射片可以粘貼到被測點上，其厚度已知，數(shù)據(jù)處理也相對簡單，但對其測量保證測量精度的關鍵是使測距入射角在一定的范圍內(nèi)。而其它合作目標無法放到工件中所要求的測量點或數(shù)據(jù)歸算較復雜，因此一般很少在工業(yè)測量中使用，反射片和球棱鏡的規(guī)格和參數(shù)見下表。Leica反射片和球棱鏡的規(guī)格和參數(shù)類型測程(m)標稱加常數(shù)(mm)測距接收角測距精度（）對TPS2000/TPS5000系列全站儀（mm）反射片2～40(20mm×2020～100(40mm×4060～180(60mm×6034.4±42°±0.5球棱鏡CCR1.5″2～60034.9水平±10°垂直±20°±0.2Leica球棱鏡的技術指標球直徑球面材料可利用球面范圍對中精度球面精度重量1.5″，38.1±0.01mm不銹鋼，表面加硬278°≤±0.01mm≤±0.005mm170克基于上述的精度分析，本工程中結(jié)構(gòu)施工測量時，在定位模板位置時測量目標選用球型棱鏡，機加工工裝進行配合，在鋼模板四個角點上預留螺紋孔，通過工裝使其聯(lián)結(jié)球型棱鏡。其他定位測量時可選擇反射片為測量目標，需考慮反射片厚度改正。（3）、系統(tǒng)軟件配置全站儀測量系統(tǒng)軟件一般分為數(shù)據(jù)管理/處理模塊以及全站儀控制/測量模塊兩部分。一般數(shù)據(jù)管理/處理模塊是通用的數(shù)據(jù)分析和處理軟件，包括常用的點、線、面擬合計算和形位誤差計算、坐標轉(zhuǎn)換等功能，能適合不同的工業(yè)測量系統(tǒng)。全站儀控制/測量模塊一般是針對不同的全站儀而設計的，主要包括儀器的初始化參數(shù)設置，聯(lián)機數(shù)據(jù)采集、測量數(shù)據(jù)誤差修正等功能。軟件具體功能如下圖所示。

工業(yè)測量系統(tǒng)軟件功能圖4.2.2空間點位的三維放樣全站儀放樣點位的原理通常采用的是極坐標法，將儀器架設在已知點A上，瞄準后視點B，通過輸入已知點和待放樣點坐標值，儀器經(jīng)坐標反算，自動將測站與后視點的方位角設置在該方向上。在儀器上按下放樣鍵，按照儀器屏幕上提示的方位，將儀器往左或右旋轉(zhuǎn)，即可使儀器達到設計的方向線上。通過距離測量，儀器自動提示棱鏡前后移動，直接測設出設計距離，即完成一個點位的放樣。為了提高放樣精度和防止出現(xiàn)偏差，對于一些重要的軸線，通常需要采用雙點放樣法。即將全站儀分別架設在不同的兩個已知點上，各自獨立放樣同一軸線點，然后用歸化法精確定出所需的軸線點。本工程采用基于單臺全站儀的自由設站測量放樣法，儀器的位置架設自由度大，可采用前述的極坐標法進行驗證。具體實施過程用圖表示如下。

否否是開始坐標轉(zhuǎn)換獲取設計坐標馬達驅(qū)動儀器至理論位置調(diào)整目標向理論位置逼近測量目標點三維坐標計算三個方向的偏差判斷偏差是否合乎設計要求求？結(jié)束否計算放樣點的Hz和V全站儀初始定向是以上過程可以通過工業(yè)測量系統(tǒng)軟件控制儀器實現(xiàn)在線測量，軟件實時顯示測量數(shù)據(jù)和偏差值，偏差大小還可以設置不同的顏色，更加直觀明了。以模板安裝調(diào)整為例，為便于現(xiàn)場工人操作，本工程進行軟件系統(tǒng)開發(fā)，使偏差值實時傳輸給操作工人所佩戴的智能手表上，所見即所得，可大幅提高現(xiàn)場操作效率。工業(yè)測量系統(tǒng)在線測量圖工業(yè)測量系統(tǒng)實時指導工人操作圖4.2.3風洞軸線的三維放樣現(xiàn)澆混凝土風洞工程的重點、難點主要是混凝土洞體施工，風洞洞體各部段截面變化形式多樣，洞體軸線的同軸度、洞體的內(nèi)型面精度要求高，控制難度大，在各專業(yè)、各工種交叉施工的環(huán)境下，對測量工作干擾較大，測量工作要根據(jù)風洞工程施工的不同階段，在保證測量精度的同時，盡可能的為施工提供方便。當承臺施工完成后，利用平面控制網(wǎng)數(shù)據(jù)，及時將洞體各軸線投測到承臺上，即在風洞基礎頂面或洞體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)部段下方，投影出風洞主軸線和重要部段界定位置線。技術要求如下：采用儀器測回數(shù)測角中誤差距離相對中誤差備注LeicaTS60≥22″1/50000儀器需有激光指示功能以兩個測回歸化后的洞體主軸線為基準，按照洞體底板與主軸線的關系，放樣鋼筋混凝土洞體底板模板線。待洞體結(jié)構(gòu)底板混凝土澆筑完成，模板拆除后，再一次將洞體軸線控制點、重要部段界定位置線和高程控制點引測到洞體內(nèi)（即底板的頂面），引測時仍按兩測回精度要求，投測的控制點均用不銹鋼板制作，安裝固定在結(jié)構(gòu)底板的表面，為下一步主題施工提供基準。高程測量從高程控制網(wǎng)直接引入，組成閉合環(huán)路，按國家二等水準測量精度要求進行施測。4.2.4模板定位測量模板項目是現(xiàn)澆混凝土風洞的主要工作和關鍵工作，風洞內(nèi)壁模板位置控制的如何，直接影響到風洞軸線及其他指標的精度控制。洞體內(nèi)的各部段截面形式變化多樣，有對稱八角體、非對稱八角體、棱臺式圓洞體、箱體、曲面洞體等多種形式，洞體的同軸度、型面平整度、對接面階差要求高，尤其是收縮洞體為曲面洞體，這些都對風洞的模板定位提出了很高的要求。模板定位測量也采用基于單臺全站儀的自由設站測量方法，儀器的位置架設自由度大，基本不受模板加固方案的約束，其過程如本節(jié)2.2所示。只需在定位測量前，從BIM圖上測得模板框架各主要控制節(jié)點的坐標值輸入軟件即可。4.2.5空間尺寸的三維測設構(gòu)件空間尺寸測量其實質(zhì)為空間兩個點的距離計算，只需測設出空間兩個點的三維坐標，通過軟件直接計算即可。工業(yè)測量系統(tǒng)軟件功能圖4.2.6空間直線與面、面與面的位置關系計算測量出關鍵點的三維坐標后，即可構(gòu)造空間直線和面，然后通過工業(yè)測量系統(tǒng)軟件可直接計算二者之間的位置關系。（1）、直線擬合法則如果初值確定方法采用設置初始點則需要選擇兩個初始點，且盡量保證這兩個初始點相距較遠。如果初值采用輸入?yún)?shù)，則輸入?yún)?shù)中原點坐標為直線上任一點坐標，向量為直線向量。擬合法則：按照最小二乘法則擬合直線，即參與擬合的各點到擬合生成直線的垂距之平方和最小。直線向量的定義：直線向量分量為擬合計算出的參數(shù)，其正方向為從第一個初始點指向第二個初始點或依據(jù)輸入的初始參數(shù)確定。直線坐標系的定義：直線坐標系的原點為第一個初始點到直線的垂足，直線向量方向為直線坐標系Z軸正向，直線向量與當前坐標系的X軸正向之叉積為直線坐標系的Y軸正向，按右手法則形成直線坐標系。擬合偏差的定義：總偏差為各點到直線的垂距；dX為總偏差在直線坐標系X軸上的投影；dY為總偏差在直線坐標系Y軸上的投影；dZ始終為零。點位偏差為總偏差。（2）、平面擬合法則如果初值確定方法采用設置初始點則需要選擇三個初始點，且必須保證三個初始點不在一條直線上。如果初值采用輸入?yún)?shù)，則輸入?yún)?shù)中原點為平面上任一點，向量為平面法向量。擬合法則：按照最小二乘法則擬合平面，即參與擬合的各點到擬合生成平面的垂距之平方和最小。直線擬合法則平面擬合法則平面向量的定義：平面向量即為平面的法向量，其分量為擬合計算出的參數(shù)，其正方向為向量1（第一個初始點到第二個初始點）與向量2（第一個初始點到第三個初始點）叉積向量的方向或依據(jù)輸入的參數(shù)確定。平面坐標系的定義：平面坐標系的原點為第一個初始點到平面的垂足，平面向量方向為平面坐標系Z軸正向，垂足1（第一個初始點到平面的垂足）到垂足2（第二個初始點到平面的垂足）的方向為X軸正向，按右手法則形成平面坐標系。擬合偏差的定義：總偏差為各點到平面的垂距；dX、dY始終為零；dZ即為總偏差。工業(yè)測量系統(tǒng)軟件功能圖工業(yè)測量系統(tǒng)軟件功能圖4.2.7形位誤差計算形位誤差計算主要包括：直線度、平面度、平行度、垂直度等。這些要素的計算需要先構(gòu)造出直線和平面，然后進一步計算形位誤差。工業(yè)測量系統(tǒng)軟件功能圖5.內(nèi)型面施工測量與精度檢測方案風洞施工完成后，需對風洞整個內(nèi)型面精度進行檢測，即檢測整個風洞的施工質(zhì)量與理論設計模型的偏差，其實質(zhì)為通過測量盡可能多的離散點來擬合內(nèi)型面，再與理論設計模型進行比較。5.1檢測方法可以采用快速、高精度、多用途的隧道掃描測量與檢測解決方案，TunnelScan隧道掃描系統(tǒng)是采用三維激光掃描儀進行隧道測量的一套數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，TunnelScan與高性能的AmbergProfiler5003或者FAROFocus3D超高速相位式三維掃描儀相配合，為隧道施工建設提供文檔管理和分析服務，構(gòu)成隧道測量市場中最專業(yè)、強大的系統(tǒng)。該技術在隧道領域是成熟的，對風洞工程可以直接借鑒使用。激光掃描系統(tǒng)工作圖5.2系統(tǒng)組成硬件模塊：FAROFocus3D掃描儀1臺；APM定位法基座1個和2個定位棱鏡；APM定位法掃描靶球棱鏡和配套三腳架1套；工業(yè)平板電腦和掛架1套。軟件模塊：軟件模塊用途TMSOffice內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)管理平臺TMSScancontrol激光點云數(shù)據(jù)獲取控制TMSScanRex激光點云空間絕對定位TMSScanCloud激光點云數(shù)據(jù)分析TMSProFit斷面提取與數(shù)據(jù)分析TMSScanSurf隧道表面平整度分析5.3系統(tǒng)用途快速高效的高精度風洞激光點云絕對坐標數(shù)據(jù)獲取和計算；快速獲取風洞建成后的三維模型，與理論設計模型進行比較，鑒定風洞建造質(zhì)量。計算分析任意里程風洞斷面的變形量與軸線空間位置；運營期檢測，使用高分辨率激光點云影像識別與定位風洞異狀特征，如裂縫、滲水、水垢、風化、破損等風洞異狀范圍和位置；隧道掃描數(shù)據(jù)可同時做侵界檢測分析，確保風洞運營安全。5.4系統(tǒng)優(yōu)點使用Amberg公司專利技術——“APM定位法”，快速自動進行掃描儀測站數(shù)據(jù)的獲取、自動拼接以及計算所有點云數(shù)據(jù)的地面控制坐標系與斷面坐標系坐標（點云數(shù)據(jù)絕對定位）；支持利用其他點云數(shù)據(jù)處理軟件拼接和絕對定位好的點云數(shù)據(jù)直接導入進行后續(xù)分析；自動提取和生成高精度、高密度斷面報告并可以多種數(shù)據(jù)格式導出；基于“最小二乘法”自動提取軸線坐標列表；基于高密度三維點云數(shù)據(jù)的斷面方向變形量報告；侵界檢測功能；根據(jù)激光回光信號強弱進行異狀檢測和定位功能基于高密度三維點云數(shù)據(jù)的斷面偏差報告6.風洞各部段變形監(jiān)測方案風洞施工過程中及施工完成后對風洞各部段關鍵節(jié)點、過渡段、基礎等進行沉降監(jiān)測，反映出風洞的準確沉降情況，以確保工程施工及運營安全。6.1洞體各部基礎的沉降監(jiān)測6.1.1沉降監(jiān)測方案本工程沉降監(jiān)測擬采用安裝靜力水準沉降儀傳感器的監(jiān)測方案。靜力水準儀安裝圖沉降監(jiān)測傳感器具有以下特點：可完全實現(xiàn)監(jiān)測自動化，做到無人值守。傳感器內(nèi)有唯一的電子編號，同時內(nèi)置電子標簽，方便客戶快捷、準確的識別和定位傳感器。傳感器內(nèi)置1600條數(shù)據(jù)存儲器，自動存儲測量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙備份，確保原始數(shù)據(jù)資料的安全。實時溫度補償。直接輸出監(jiān)測物理量，不需人工換算。產(chǎn)品設計、制造均采樣軍工技術，全部元器件進行老化篩選，高低溫應力消除試驗，三防處理。利用有限或無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，可進行遠程監(jiān)控，組網(wǎng)簡單，多個不同類型的傳感器掛接到一條總線即可?？呻S時對監(jiān)測點擴充。6.1.2靜力水準沉降儀傳感器工作原理靜力水準儀（連通液位沉降計）是一種電感調(diào)頻的總線型位移計，由液缸、浮筒、精密液位計、保護罩等部件組成。適用于測量參考點與測試點之間土體的相對位移，主要用于各種過渡段線形沉降，沿縱向?qū)Y(jié)構(gòu)物之間的沉降差進行監(jiān)測。靜力水準儀要求量程10cm，精度1mm，靈敏度0.01mm。靜力水準儀工作原理6.1.3安裝時間及位置確定在路基及各種過渡段結(jié)構(gòu)物均施工完成后，再選擇無雨、雪天氣進行開挖埋設。根據(jù)設計方案，在結(jié)構(gòu)物施工完成后利用全站儀進行定位測量，同時確定好水平基準點（相對不動點）、沉降觀測點。具體