一种悬索桥基准索垂度测量装置及其测量方法制造方法及图纸

本申请涉及一种悬索桥基准索垂度测量装置及测量方法，测量方法包括：根据第一全站仪和三棱镜装置进行天顶测距以得到三棱镜装置的天顶高程；计算第二全站仪、第三全站仪视线的大气折光系数K2和K3；分别通过第二全站仪、第三全站仪对360

【技术实现步骤摘要】
一种悬索桥基准索垂度测量装置及其测量方法


[0001]本申请涉及桥梁工程
，具体涉及一种悬索桥基准索垂度测量装置及其测量方法，尤其适用于山区悬索桥基准索垂度测量。

技术介绍

[0002]基准索垂度测量是悬索桥主缆安装施工的关键技术，需要精密测量基准索的垂度，作为一般索股安装测量的基准，从而确保整个主缆的线形安装质量。由于悬索桥的基准索处于悬垂状态，很难在其跨中直接安置全站仪，只能设置观测标志，采用单向三角高程测量方法测量其垂度。根据测量误差传播定律，大气折光系数是影响单向三角高程测量精度的主要因素，必须精密测定。大气折光系数主要与大气密度有关，大气密度从地面到高空由密到疏变化，不同高度下大气折光系数不同且变化大，山区峡谷大气环境更复杂，大气折光系数变化更大，因此需要在基准索所处的空中实时测量大气折光系数。
[0003]现有的基准索垂度测量方法一般采用高程控制测量方法，预先测设高程基准点，然后通过测量高程基准点来获取单向三角高程的大气折光系数，对基准索跨中垂度进行大气折光修正。
[0004]如采用预先测设的两岸地面高程基准点获取地面大气折光系数，作为基准索垂度气象修正的依据；但两岸地面高程基准点处的大气折光系数与空中大气折光系数不一致，难以保证空中基准索垂度的观测质量，测量精度低。
[0005]又如在塔柱上设置测量平台，利用测量平台上预先测设的高程基准点获取平台处的大气折光系数，这种方法测量过程复杂，一是需要预先搭建测量平台并测设高程基准点，需要多名测量人员反复上下平台作业，劳人费力，二是因塔柱变形，每次进行基准索垂度测量前，都需采用控制测量方式检核高程基准点，工序繁杂，测量效率同样极低。

技术实现思路

[0006]本申请实施例提供一种悬索桥基准索垂度测量装置及其测量方法，以解决相关技术中基准索垂度测量方法测量效率低的技术问题。
[0007]本申请实施例第一方面提供了一种悬索桥基准索垂度测量装置，其包括三棱镜装置、360
°
棱镜装置、第一全站仪、第二全站仪、和第三全站仪；
[0008]所述第一全站仪安置于基准索中心线的正向投影线与地面交接的第一高程控制点上，所述第二全站仪安置于一岸的第二高程控制点上，所述第三全站仪安置于另一岸的第三高程控制点上；
[0009]所述三棱镜装置安置于所述基准索上且位于所述第一全站仪的正上方，其包括安装于所述基准索上的第一安装座、固定于所述第一安装座上的第一棱镜、与所述第一安装座滑动连接的第二棱镜和第三棱镜；所述第一棱镜朝向所述第一全站仪，所述第二棱镜朝向所述第二全站仪，所述第三棱镜朝向所述第三全站仪；
[0010]所述360
°
棱镜装置安置于所述基准索的跨中处，其包括安装于所述基准索上的
为第一全站仪的仪器高。
[0027]在一些实施例中，所述将第二全站仪安置于一岸的第二高程控制点Y2上，将第三全站仪安置于另一岸的第三高程控制点Y3上；根据所述三棱镜装置的天顶高程H，计算所述第二全站仪视线的大气折光系数K2和所述第三全站仪视线的大气折光系数K3包括：
[0028]将所述第二全站仪安置于一岸的第二高程控制点Y2上，所述第二高程控制点Y2已知高程H2；
[0029]将所述第三全站仪安置于另一岸的第三高程控制点Y3上，所述第三高程控制点Y3已知高程H3；
[0030]分别滑动所述三棱镜装置中的第二棱镜和第三棱镜，使所述第二棱镜朝向所述第二全站仪，使所述第三棱镜朝向所述第三全站仪；
[0031]计算所述第二全站仪视线的大气折光系数K2和所述第三全站仪视线的大气折光系数K3；
[0032]计算公式如下：
[0033][0034][0035]其中，S2为第二全站仪到第二棱镜的观测斜距，α2为第二全站仪观测第二棱镜的竖直角，i2为第二全站仪的仪器高，L2为第二棱镜至基准索的长度，R为地球曲率半径，S3为第三全站仪到第三棱镜的观测斜距，α3为第三全站仪观测第三棱镜的竖直角，i3为第三全站仪的仪器高，L3为第三棱镜至基准索的长度。
[0036]在一些实施例中，所述分别通过第二全站仪、第三全站仪对360
°
棱镜装置进行观测，以得到所述第二全站仪到基准索跨中处的单向三角高程h2、所述第三全站仪到基准索跨中处的单向三角高程h3包括：
[0037]将所述360
°
棱镜装置安置于所述基准索的跨中处；
[0038]计算所述第二全站仪到基准索跨中处的单向三角高程h2；
[0039]计算公式如下：h2＝H2+S2′
tanα2′
+i2+L2′
；
[0040]其中，S2′
为第二全站仪到360
°
棱镜装置中360
°
棱镜的观测斜距，α2′
为第二全站仪观测360
°
棱镜的竖直角，i2为第二全站仪的仪器高，L2′
为360
°
棱镜高；
[0041]计算所述第三全站仪到基准索跨中处的单向三角高程h3；
[0042]计算公式如下：h3＝H3+S3′
tanα3′
+i3+L2′
；
[0043]其中，S3′
为第三全站仪到360
°
棱镜的观测斜距，α3′
为第三全站仪观测360
°
棱镜的竖直角，i3为第三全站仪的仪器高，L2′
为360
°
棱镜高。
[0044]在一些实施例中，所述根据所述大气折光系数K2对单向三角高程h2进行实时修正，以得到修正高程h2′
；根据所述大气折光系数K3对单向三角高程h3进行实时修正，以得到修正高程h3′
包括：
[0045]计算修正高程h2′
；
[0046]计算公式如下：
[0047]其中，h2为第二全站仪到基准索跨中处的单向三角高程；K2为第二全站仪视线的大气折光系数，S2′
为第二全站仪到360
°
棱镜的观测斜距，R为地球曲率半径；
[0048]计算修正高程h3′
；
[0049]计算公式如下：
[0050]其中，h3为第三全站仪到基准索跨中处的单向三角高程；K3为第三全站仪视线的大气折光系数，S3′
为第三全站仪到360
°
棱镜的观测斜距，R为地球曲率半径。
[0051]在一些实施例中，所述根据所述修正高程h2′
和h3′
，计算所述基准索的垂度f包括：
[0052]计算第二全站仪实测基准索跨中处的垂度f2；
[0053]计算公式如下：f2＝H
塔顶
‑
h2′
；
[0054]其中，H
塔顶
为基准索在塔柱顶处的已知高程；
[0055]计算第三全站仪实测基准索跨中处的垂度f3；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种悬索桥基准索垂度测量装置，其特征在于，其包括三棱镜装置(1)、360
°
棱镜装置(2)、第一全站仪(3)、第二全站仪(4)、和第三全站仪(5)；所述第一全站仪(3)安置于基准索(100)中心线的正向投影线与地面交接的第一高程控制点上，所述第二全站仪(4)安置于一岸的第二高程控制点上，所述第三全站仪(5)安置于另一岸的第三高程控制点上；所述三棱镜装置(1)安置于所述基准索(100)上且位于所述第一全站仪(3)的正上方，其包括安装于所述基准索(100)上的第一安装座(11)、固定于所述第一安装座(11)上的第一棱镜(12)、与所述第一安装座(11)滑动连接的第二棱镜(13)和第三棱镜(14)；所述第一棱镜(12)朝向所述第一全站仪(3)，所述第二棱镜(13)朝向所述第二全站仪(4)，所述第三棱镜(14)朝向所述第三全站仪(5)；所述360
°
棱镜装置(2)安置于所述基准索(100)的跨中处，其包括安装于所述基准索(100)上的360
°
棱镜(22)。2.如权利要求1所述的一种悬索桥基准索垂度测量装置，其特征在于，所述第一安装座(11)包括两个半圆形第一卡箍(111)、第一铰座(112)、第一螺栓(113)、两个半圆形滑道(114)，所述第一铰座(112)用于安装所述第一棱镜(12)并将两个所述第一卡箍(111)的一端连接起来，所述第一螺栓(113)用于将所述第一安装座(11)固定于所述基准索(100)上并将两个所述第一卡箍(111)的另一端连接起来，所述滑道(114)设于所述第一卡箍(111)外侧，所述第二棱镜(13)和所述第三棱镜(14)分别滑动连接于两个所述滑道(114)上。3.如权利要求2所述的一种悬索桥基准索垂度测量装置，其特征在于，所述第二棱镜(13)和/或所述第三棱镜(14)的棱镜杆设有在所述滑道(114)内滑动连接的滑块(15)，旋转所述滑块(15)以固定或移动所述第二棱镜(13)和/或所述第三棱镜(14)的位置。4.如权利要求1所述的一种悬索桥基准索垂度测量装置，其特征在于，所述360
°
棱镜(22)通过第二安装座(21)安装于所述基准索(100)上，所述第二安装座(21)包括两个半圆形第二卡箍(211)、第二铰座(212)和第二螺栓(213)，所述第二铰座(212)用于安装所述360
°
棱镜(22)并将两个所述第二卡箍(211)的一端连接起来，所述第二螺栓(213)用于将所述第二安装座(21)固定于所述基准索(100)上并将两个所述第二卡箍(211)的另一端连接起来。5.一种如权利要求1
‑
4任一项所述装置的悬索桥基准索垂度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：将第一全站仪(3)安置于基准索(100)中心线的正向投影线与地面交接的第一高程控制点Y1上，将三棱镜装置(1)安置于所述基准索(100)上且位于所述第一全站仪(3)的正上方，根据所述第一全站仪(3)和所述三棱镜装置(1)进行天顶测距以得到所述三棱镜装置(1)的天顶高程H；将第二全站仪(4)安置于一岸的第二高程控制点Y2上，将第三全站仪(5)安置于另一岸的第三高程控制点Y3上；根据所述三棱镜装置(1)的天顶高程H，计算所述第二全站仪(4)视线的大气折光系数K2和所述第三全站仪(5)视线的大气折光系数K3；分别通过所述第二全站仪(4)、第三全站仪(5)对360
°
棱镜装置(2)进行观测，以得到所述第二全站仪(4)到基准索(100)跨中处的单向三角高程h2、所述第三全站仪(5)到基准索(100)跨中处的单向三角高程h3；
根据所述大气折光系数K2对单向三角高程h2进行实时修正，以得到修正高程h2′
；根据所述大气折光系数K3对单向三角高程h3进行实时修正，以得到修正高程h3′
；根据所述修正高程h2′
和h3′
，计算所述基准索(100)的垂度f。6.如权利要求5所述的一种悬索桥基准索垂度测量方法，其特征在于，所述将第一全站仪(3)安置于基准索(100)中心线的正向投影线与地面交接的第一高程控制点Y1上，将三棱镜装置(1)安置于所述基准索(100)上且位于所述第一全站仪(3)的正上方，根据所述第一全站仪(3)和所述三棱镜装置(1)进行天顶测距以得到所述三棱镜装置(1)的天顶高程H包括：将所述第一全站仪(3)安置于所述基准索(100)中心线的正向投影线与地面交接的所述第一高程控制点Y1上，所述第一高程控制点Y1已知高程H1；将所述三棱镜装置(1)安装在所述基准索(100)上且位于所述第一全站仪(3)的正上方，所述三棱镜装置(1)中的第一棱镜(12)朝向所述第一全站仪(3)；使用...

【专利技术属性】
技术研发人员：田云，陈宗辉，贾鸿正，刘世峰，王琦琦，曾海，张桂林，陈硕，
申请(专利权)人：中铁大桥局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：