国内首座海岛核电一期工程测量控制网布设及技术分析

　　摘要:结合宁德核电一期工程,通过对机组测量控制网的精度估算、平差方法、结果以及测设的环境条件分析，论证了布设独立边角网作为控制网,采用全圆方向观测法观测水平角和电磁波往返距离,运用测量工程控制与测量内业一体化数据处理自动化系统的平差程序进行坐标平差计算,可以确保测量成果满足工程的精度要求。
　　关键词:控制网，精度估算，平差计算
　　1、工程概况
　　宁德核电位于福建省福鼎市秦屿镇的备湾村，距福鼎市区约32km，距同三高速公路秦屿出入口约7km。地理位置为东经120°17′06″，北纬27°2′42″。该工程规划两台100万千瓦级的压水反应堆。每台核岛含反应堆厂房等10大厂房,常规岛布置与核岛相连,含汽轮机厂房等9大厂房,辅助设施工程含土石方、海域、前池、淡水工程等。1#、2#机组控制网是建立在主厂房周围的高精度测量控制网，控制点均由钢筋混凝土结构的强制对中观测墩（平面和高程）组成。
　　2、工程目的
　　为电厂现场前期构筑物施工及后期的变形监测提供测量基准。满足工程各子项土建和安装需要,所布设的相对精度高于首级控制的精密工程测量控制网。次级网布设,结合施工场地负挖情况,充分考虑施工总平面图对场地的要求进行布设。
　　3、总体思路
　　本测量工程平面坐标系统采用按已知起算数据建立的施工坐标系；高程系统采用“1985国家高程基准”。相对点位中误差不超过±2mm；高程控制网的相邻点高差中误差不超过±0.5mm。
　　3.1设计要求
　　根据厂区总平面布置图进行布设，使控制点在施工的全过程中起到控制作用，控制网应该覆盖整个主厂区，以利控制堆芯的平面位置和施工测量，有利于建立厂房内部微型控制网测量，使设备安装的观测视线具有多样性。
　　控制点应位于施工期间不易受破坏的位置，保证良好的通视条件，即使在施工期间，也要保持良好的通视条件，应便于实施水准测量。
　　3.2初步设计
　　边角网设计应在实地踏勘的基础上，充分结合厂区总平面布置图和施工总布置图（本初步设计方案仅依据无坐标值的jpg格式图片设计）。将具有真坐标值的核电站设计图调入CAD软件，叠合原有地形图，优化设计边角网，边角网除了应满足相关规范的观测要求外，同时还须满足3.1设计要求。
　　3.3布网方案
　　3.3.1边角网
　　边角网由备湾山至二跳岛方向布设，待定控制点6个，分别为04、05、06、07、08、09。每个待定点均保证三个以上观测方向，形成控制网线22条。基本控制网点为01、02、03用于平面基准，其中控制点01用于高程控制，布设为近似等边三角形，其最小内角X,整个网型结构较为合理。基本控制网点布设在工程挖方区，观测墩建立基岩上，控制点04、05、06、07、08、09也布设在工程挖方区。
　　
　　3.3.2精度估算
　　本控制网精度估算是根据间接平差评定平差值及其函数的精度的原理，按次级控制网设计图1获得观测值的模拟数值（近似值），以待定点的坐标值为未知参数X，组成误差方程式的系数阵A，即图形矩阵（由于A由图形及观测值（角度、边长）种类所决定，故称图形矩阵），按仪器的标称精度（观测值的精度）确定观测值的权阵P，组成法方程式系数阵ATPA，然后求得逆矩阵（未知数的协因数阵）QXX，得到待定点坐标的方差—协方差阵。
　　DXX=×QXX=×(ATPA)-1
　　式中M0为先验单位权中误差，按次级控制网精度要求，这里取值1，则网中边长、水平角、相对点位均为待定点坐标值的函数：
　　Y=FX
　　按协方差传播律，函数的方差—协方差阵：
　　DYY=FDXX×FT
　　按照规范对次级平面控制网基本精度的规定，以所采用的仪器的标称精度，估算最弱点（目标函数）的精度，采用四川省煤田测绘院编制的控制网平差软件包进行优化估算。
　　经估算：次级控制网（图1）的精度估算值如下：
　　MC=1.8mm,PPM=6.9
　　MR=0.8SEC
　　3.3.3控制网平差计算方案
　　因边长测量和水平角测量的精度不一致，在边角网平差计算采用验后定权法较合理。
　　利用最小二乘平差软件做边角网严密平差计算，平差结果中包含：
　　参考点（已知点）坐标；待定点坐标；点位纵、横向中误差，点位中误差、观测值平均值、改正数、平差值；单位权中误差。限差要求、点位坐标纵、横向相对中误差＜±2mm；网点间相对误差。
　　计算结果取0.1mm；
　　4、平面控制
　　本工程控制网建设应用0.5″级的徕卡TCA2003全站仪，水平角的观测应在观测墩稳定期后实施，以保证观测墩的安全、稳固；水平角观测采用全圆方向观测法，在外业施测前，应打开倾斜改正开关，在仪器内输入温度、气压等参数，进行仪器加乘常数等方面改正；水平角观测应选择一个距离适中、通视良好、成像清晰的方向作为零方向，不宜在日出、日落、中午前后、气温突变等时段进行外业观测。
　　次级平面控制网主要技术要求严格按照核电B.T.S和测量规范执行。
　　外业观测时，测站上观测与记录由二个人分别执行，现场解算测站观测精度。阳光照射强烈时，为了保证仪器性能的稳定，测站上应架设测伞，以确保测站观测精度。
　　5、高程控制
　　次级高程控制网，采用二等精密水准测量方法，其网形布设成闭合环线形式。次级控制网高程从选定的首级控制网高程基准点引测。观测仪器使用NA2加GPM3和铟钢水准尺。次级网水准测量应按现行GB50026-2007《工程测量规范》二等水准测量执行。
　　二等水准平差前，应先进行水准测量标尺尺长、正常水准面不平行、重力异常、温度等改正，然后计算测段往返较差，环线闭合差等，并进行了外业观测数据验算，计算每公里高差中数偶然中误差。
　　外业数据验算合格后，采用南方测绘“平差易（2005）”软件进行二等精密水准网平差计算,平差计算资料输出已知点的高程、待定点高程、待定点高程的中误差、高差的平均值、改正数以及测量精度等数据，高程计算至0.1mm。
　　6、测量成果
　　1、平面控制网等级：国家二等，验前单位权中误差0.50(s)
　　2、[角度统计结果]控制网中最小角度：4.0729,最大角度：342.0151
　　3、控制网中最大误差情况
　　最大点位误差[AB017]=0.0019(m)
　　最大点间误差=0.0027(m)
　　最大边长比例误差=146946
　　4、精度统计情况
　　平面网验后单位权中误差=0.87(s)
　　7、结论与建议
　　通过以上对宁德核电一期1#、2#机组测量控制网布控及技术分析，我们可以知道，第一，在合理组织下布置的边角控制网，采用全圆方向观测法，运用坐标平差程序，最终控制网数据成果符合事先精度估算的精度并完全满足工程需要；第二，测设测量数据要选择最佳时间，由于核电场区都在海边，有雾气和海风，故大都选择在上午9:00-10:30和下午3:00-5:00，这个时间段对测量成果有益；第三，测距时一定要做好气温、气压、湿度等气象常数的记录工作，以方便后续内业数据改平。
　　参考文献：
　　[1]中华人民共和国国家标准．工程测量规范(GB50026—2007)[S]．北京：中国计划出版社，2008．
　　[2]武汉测绘科技大学《测量学》编写组[M]．测量学．北京：测绘出版社，1991．
　　[3]中华人民共和国建设部.建筑施工手册第四册.北京:中国建筑工业出版社,1995.
　　
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