基于高程归化模型的多投影面变形控制方法与流程

本发明涉及工程测量和施工放样等技术领域，更具体地说它是基于高程归化模型的多投影面变形控制方法。

背景技术：

在高原地区的工程测量中，由于测距边的长度归算值较大，将产生实量边长与反算的理论边长相差过大的问题。因此，在工程规划阶段，就应根据工程的测放要求和工程特点设计变形控制的方法，以保证工程施工放样的精度要求。

通常研究工程测量的变形控制方法，是以测量控制网结构的几何特征以及精度预计，在相应区域假设一个与设计方案相同的真值网，然后用工程所要使用的仪器和方法在该区域进行多测回观测，将施测结果和真值进行比较，求出真误差作为判断和分析的依据。但是在实践中这样的操作费时费力，即使个别情况下能办到也只是局部性质的，对高程变化较大的复杂工程项目更是难以完成。

在高程变化较大的复杂工程项目中，为了满足边长长度投影变形的精度要求，往往需要测算和设置多个抵偿投影面。并且，每个区段的施工作业面与该区段设定的抵偿投影面之间往往存在高程差值；当高程差达到一定数值时，其高程归化的投影变形量就会超过规范限定的数值，从而影响施工放样精度。因此，需要针对高程变化较大工程的多投影面使用需求，提出高精度变形控制方法，满足系列工程的需要，这对于工程施工、安全监测、运行管理，以及工程竣工验收等都具有重要意义。

因此，现亟需研发一种操作简便，施工放样精度高的多投影面变形控制方法。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种基于高程归化模型的多投影面变形控制方法，操作简便、工作效率高、施工放样精度高，并能更好地控制工程高程归化变形量。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：基于高程归化模型的多投影面变形控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：高程归化模型演算；

步骤二：高程限差的确定；

步骤三：根据工程区段设定的抵偿投影面与施工作业区段的高程差值情况开展施工放样工作，包括如下情况：

(1)高程限差内的投影面设置；

(2)单个过渡投影面的设置；

(3)多个过渡投影面的设置。

在上述技术方案中，步骤一中，高程归化模型演算方法为：从特定高程面上的测距边长度计算公式，推算得出该高程面上的测距边变形量计算公式。

在上述技术方案中，步骤一中，在工程测量中，把水平距离归算到特定高程面上的测距边长度，其计算方法表示为公式(1)：

公式(1)中，D为测距边水平距离；D0为D归算到特定高程面上的测距边长度；Hp是工程区段设定的抵偿投影面高程；Hm施工作业区段的平均高程；RA是测距边所在的法截线的曲率半径；

从公式(1)推算得出，将测距边投影到特定高程面上有变形影响，即高程归化变形，其变形数值△S表示为公式(2)：

在上述技术方案中，步骤二中，根据投影变形量的限值，进一步确定投影面之间的高程限差值；

通过公式(2)的推算，将高程归化变形△S控制在相关规范或工程要求的数值Y以内，则工程的高差限值为Y×RA。

在上述技术方案中，步骤三中，根据工程区段设定的抵偿投影面高程Hp与施工作业区段的平均高程Hm的差值情况开展施工放样工作，包括如下情况：

(1)高程限差内的投影面设置；

当│Hp-Hm│≤Y×RA时，在工程设定的抵偿投影面Hp上开展施工放样工作；

(2)单个过渡投影面的设置；

当Y×RA<│Hp-Hm│≤2×Y×RA时，将Hp与Hm的平均值H0作为新的过渡投影面的高程值，再将放样参数投影到H0投影面上开展施工放样工作，其中，H0的计算方法表示为公式(3)：

(3)多个过渡投影面的设置；

当│Hp-Hm│>2×Y×RA时，设置多个过渡投影面H1、H2……Hn，其中数值n的计算方法表示为公式(4)：

公式(4)中，n值是向上取整数；n值求取后，按如下情况分别求取H1、H2……Hn：

①当Hp≤Hm时，Hn的计算方法表示为公式(5)：

Hn＝Hp+(2n-1)×S×RA (5)

②当Hp>Hm时，Hn的计算方法表示为公式(6)：

Hn＝Hp-(2n-1)×S×RA (6)

其中，最后一个新投影面Hn与Hm的差值小于或等于Y×RA；再按区段将放样参数分别投影到n个投影面上。

本发明具有如下优点：

(1)本发明可直接应用于高原地区等高程变化较大区域的工程建设，使用本发明方法能高精度地控制工程的高程归化变形量，能快捷地服务于工程各区段的工程测量和施工放样工作；

(2)本发明针对高程变化较大的工程建设需求，根据投影变形理论，推导了基于高程限差的多投影面变形控制方法；与现有的技术方法相比，本发明方法能更好地控制工程高程归化变形量；

(3)本发明方法在工程的施工放样时，能大量减少原本存在的各独立坐标系统的测算与转换工作，并能保证大型工程坐标系统的统一性，使用方便、快捷、精度高。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

图2为本发明高程归化示意图。

图2中，D为测距边长度(D为测量数值)，D0为D归算到特定高程面上的测距边长度，D1为D归算到参考椭球面上的测距长度；Hp是工程设定的投影面高程，Hm为施工作业区段的平均高程，hm为水准高程；O表示地表面，P表示平均高程面，Q表示抵偿投影面，R表示大地水准面，S表示参考椭球面。图2较直观地表明了工程的高程归化变形控制中，各个数学量之间的空间关系。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：基于高程归化模型的多投影面变形控制方法，包括如下步骤：

步骤一：高程归化模型演算；

步骤二：高程限差的确定；

步骤三：根据工程区段设定的抵偿投影面与施工作业区段的高程差值情况开展施工放样工作，包括如下情况：

(1)高程限差内的投影面设置；

(2)单个过渡投影面的设置；

(3)多个过渡投影面的设置。

步骤四：完成投影变形控制。

步骤一中，高程归化模型演算方法为：从特定高程面上的测距边长度计算公式，推算得出该高程面上的测距边变形量计算公式。

步骤一中，在工程测量中，把水平距离归算到特定高程面上的测距边长度，其计算方法表示为公式(1)：

公式(1)中，D为测距边水平距离；D0为D归算到特定高程面上的测距长度；Hp是工程区段设定的抵偿投影面高程；Hm是施工作业区段的平均高程；RA是测距边所在的法截线的曲率半径(高程归化示意图如图2所示)；

从公式(1)推算得出，将测距边投影到特定高程面上有变形影响，即高程归化变形，其变形数值△S表示为公式(2)：

步骤二中，根据投影变形量的限值，进一步确定投影面之间的高程限差值；

通过公式(2)的推算，将高程归化变形△S控制在相关规范或工程要求的数值Y以内，则工程的高差限值为Y×RA。

步骤三中，根据Hp与Hm的差值情况开展施工放样工作，包括如下情况：

(1)高程限差内的投影面设置；

当│Hp-Hm│≤Y×RA时，直接在工程设定的抵偿投影面Hp上开展施工放样工作；

(2)单个过渡投影面的设置；

当Y×RA<│Hp-Hm│≤2×Y×RA时，将Hp与Hm的平均值H0作为新的过渡投影面的高程值，再将放样参数投影到H0投影面上开展施工放样工作，其中，H0的计算方法表示为公式(3)：

(3)多个过渡投影面的设置；

当│Hp-Hm│>2×Y×RA时，需要设置多个过渡投影面H1、H2……Hn，其中数值n的计算方法表示为公式(4)：

公式(4)中，n值是向上取整数；n值求取后，按如下情况分别求取H1、H2……Hn：

①当Hp≤Hm时，Hn的计算方法表示为公式(5)：

Hn＝Hp+(2n-1)×Y×RA (5)

②当Hp>Hm时，Hn的计算方法表示为公式(6)：

Hn＝Hp-(2n-1)×Y×RA (6)

其中，最后一个新投影面Hn与Hm的差值小于或等于Y×RA；再按区段将放样参数分别投影到n个投影面上，从而有效控制边长的投影变形量，开展施工放样工作(如图1所示)。

实施例

现以本发明应用于某高原地区的工程测量和施工放样为实施例进行详细说明，对本发明应用于其他地域的工程测量和施工放样同样具有指导作用。

该工程要求高程归化变形△S控制在数值Y＝2.5cm/km以内，则工程的高差限值为Y×RA＝150m。进一步，要根据区段设定的抵偿投影面高程Hp与施工作业区段的平均高程Hm的差值情况开展施工放样工作。

(1)该工程区段一的平均高程值Hm＝1600m,与该区段设定的抵偿投影面高程Hp＝1500m的差值仅为100m,小于150；可直接在设定的抵偿投影面Hp上开展施工放样工作。

(2)该工程区段二的平均高程值Hm＝2080m，与该区段设定的抵偿投影面高程Hp＝1900m的差值为180m，大于150m且小于300m；此时，需设定新的投影面的高程H0＝(1900+2080)/2＝1990m；再将放样参数投影到H0投影面上开展施工放样工作。

(3)该工程区段三的平均高程Hm＝3100m，与该区段设定的抵偿投影面高程Hp＝1900m的差值为1200m，大于300m；此时需设置个新投影面，其中H1＝1900+150＝2050m，H2＝1900+3×150＝2350m，H3＝1900+5×150＝2650m，H4＝1900+7×150＝2950m，再按区段将放样参数分别投影到4个投影面上，从而有效控制边长的投影变形量，开展施工放样工作。

结论：上述实施例采用本发明方法，在工程的施工放样时，能大量减少原本存在的各独立坐标系统的测算与转换工作，并能保证工程坐标系统的统一性，使用方便、快捷、精度高。

其它未说明的部分均属于现有技术。