QC提高镇海炼化厂区一级平面控制测量精度与进度.doc

提高镇海炼化厂区一级平面控制测量精度和效率小组名称：镇海炼化控制测量项目QC小组1 小组简介1.1注册登记小组名称镇海炼化控制测量项目QC小组注册编号浙工勘2001-08课题名称提高镇海炼化厂区一级平面控制测量精度和效率课题类型攻关型成立日期2001年7月5日从事专业测量1.2小组成员序号姓名性别年龄文化程度职称组内分工1蒋安夫男40中专高工组长2崔锦梅女30大学工程师QC活动指导3余中东男34中专工程师副组长4张韶岩男36大专工程师组员5张云江男34大专工程师组员6谭德鹏男62大学教授级高工顾问7李志刚男26大学助工组员1.3 活动情况活动日期2001.7.52001.12.20活动次数共集体活动17次，详见“QC小组活动记录”活动程序见图1成果获奖情况获浙江省工程勘察院优秀QC成果一等奖，地质勘查局优秀QC成果一等奖，浙江省工程建设（勘察设计）优秀QC成果一等奖。TQM知识教育平均授课时间80小时以上一、选题理由镇海炼化公司厂区控制测量，面积约20km2，一级平面控制点180余点，平均边长300余米，点位精度既要满足测图控制要求，又要符合施工测量控制网的要求；要求最弱点点位中误差不大于2cm，我院于7月13日得到镇海规划处测绘办公室允许立项与开工的批复，炼化公司要求8月20日前提交成果，扣除选点埋石及点位适当的稳定时间，实际可作业的野外观测及成果检查整理时间只有10天。工程要求规范规定以及以往常用的控制测量方法，按武汉测绘科技大学的平面控制网数据处理软件包（APSH）进行精度估算以及所需人工（见表1）： 常规作业方法精度与工效估算表 表1测量方法项目导线网静态GPS快速静态GPS最弱点位精度2.46cm2.1cm2.1cm工时野外观测时间4人×11天3人×10天3人×7天整理资料时间手薄检查、平差计算工作复杂，需2人3天基线解算、平差计算工作复杂，需2人2天基线解算、平差计算工作复杂，需2人2天总计工日50工日34工日25工日工效11.472注：以上估算均为最理想状态下，外业返工时间未考虑。 制表：余中东 日期：2001年7月9日用常规方法很难做到精度和工期两者同时满足工程要求，因此如何提高测量精度与野外工作效率是关键。现 状提高镇海炼化厂区一级平面控制测量精度和效率选 题二、目标设定及可行性分析1、目标值1） 最弱点点位中误差小于2cm；2） 工效提高到2.5（将导线网测量的工效设为1）。2、目标制定依据目标1为工程要求，别无选择。目标2是由工期以及目前院里可派出人员（20人日）推算，必须达到才可保证如期完成。3、目标可行性分析1）若用三种传统方法，精度和工效都无法满足本工程要求。目前最新的快速RTKGPS定位技术精度高，速度快、观测灵活，实时实地给出坐标成果及精度信息（见表2及附图）。 RTK技术系统组成与技术指标表 表2系统组成ZX treme RTK Base基准站ZX treme RTK Rover流动站（内置UHF电台）Radio Base Kit（2W和35W可调电台）手持控制器（Windows CE）软件系统为Solution 2.0和Survey Pro手薄软件电池：内置高能锂电池5400mA可连续工作20小时，采用35W电台时需外接电瓶RTK技术指标平面精度10mm+1ppm，建议RTK工作距离10km，当RTK工作距离小于8km时，最不利平面精度1.8cm； RTK初始化时间210秒，RTK测量时间为2秒厘米级、20秒毫米级，依此推算，选10秒测一点，顾及3分钟的迁站时间，每站不超过4分钟，双测180点4天即可完成，成果整理12小时即可完成。从理论上可见RTK各项技术指标均能满足本工程要求，达到目标是可行的2) 此项卫星电子定位技术出现在上世纪90年代末，在线路定测、石油勘探、地形测量等细部测量中已得到成功应用。上海市3家单位在上海市GPS综合应用网建设仪器测试中对RTK部分进行了测试，其测试结果如下： 上海市GPS综合应用网建设RTK仪器测试结果表 表3点号基准值RTK测量较差值XYXY15731.2173106.6000.0140.00225729.3133110.8880.007-0.00235727.3913115.1920.007-0.00345726.7553104.6020.015-0.00155724.8473108.9020.014-0.00765722.9523113.1860.007-0.00875722.7183102.8000.013-0.00685720.8143107.0900.012-0.01195718.9033111.3940.006-0.006点位中误差：（x2+y2） m= =±1.26cm 最弱点点位中误差为1.57cmn 制表：谭德鹏 日期：2001年7月9日在有关规范规程、教科书及文献中我们还未发现这项技术在厂区平面控制测量中的应用。但兄弟单位应用的部分成功经验可以借鉴。因此要想精度和进度同时满足工程要求，只有选择RTK技术进行测量。3） 本小组成员均多年从事测量专业，多数成员参加过GPS的测量工作，对GPS技术有一定程度的掌握，同时小组聘请了同济大学测量系王解先教授（博导、GPS学科带头人）对本项目进行指导。因此小组成员认为：虽然将快速RTK定位新技术运用于平面控制测量有一定难度，但通过小组成员努力，达到目标还是可行的。三、掌握现状8月5日我们在海曙地籍控制一级导线网上实地进行了试验，基准站架设于I39，试验结果如下： RTK试测结果表 表4点名原坐标值RTK实测坐标值较差I35X104924.066104924.090+0.024Y601985.890601985.860-0.030I36X105155.515105155.500-0.015Y601851.576601851.600+0.024I37X105327.260105327.300+0.040Y601731.258601731.231-0.027I38X105548.203105548.231+0.028Y601586.814601586.840+0.026I39X105787.471基准站Y601578.799I40X105999.321105999.300-0.021Y601606.774601606.800+0.026I41X106232.441106232.480+0.039Y601620.196601620.156-0.040I42X106597.740106597.757+0.017Y601643.956601643.990+0.034I63X104927.851104927.876+0.025Y601598.989601599.000+0.011I64X104937.267无线电信号中断Y601261.902I65X104945.467无线电信号中断Y601083.120I111X105718.624105718.640+0.016Y602000.722602000.706-0.016I110X105742.442105742.430-0.012Y602338.759602338.780+0.021点位中误差： （x2+y2）m= ±3.69cm n1.最弱点点位中误差4.83cm； 2.其中外业实际作业人员2人，12点用时半天。 制表：余中东 日期：2001年8月5日通过上表可知：最弱点点位中误差4.83cm2cm双测180点需时15天，工效1.62.5l 距离目标还有很大差距。四、原因分析通过在一级导线网上的试验结合炼化厂区实际情况，我们对影响精度和效率的因素作如下分析，因原因之间有交叉影响，所以采用关联图：迁站线路不合理控制点线路偏长流动站迁站速度慢流动站点上停留时间长流动站解算出的点位误差大流动站设站手扶不稳定流动站解算出的点位精度低，甚至不能解算野外RTK作业程序未掌握作业人员速度慢转换参数计算不正确操作不熟练精度低效率低连机不正确部分时段卫星信号差新设备没用过高大建筑群及密集树丛流动站无法解算、重测流动站点位解算时间长基准站、流动站接收到的有效卫星信号不足基准站未设在制高处基准站与流动站间无线电信号中断基准站与流动站被密集建筑群遮挡电源不足，发射功率低点位选埋不合适图2 原因分析关联图制表：余中东 日期：2001年8月6日五、要因确认从关联图可以看出，造成精度低及效率低的原因有10项末端因素，经小组成员讨论及现场实际反映出来的问题，要因确认如下： 末端原因调查分析表 表5序号影响因素调查情况调查人结果1新设备没用过通过实地指导与实习，小组成员已掌握了仪器操作方法李志刚非要因2野外RTK作业程序未掌握因对野外作业程序未掌握，造成野外作业盲目、无次序，且易出错，影响到精度与工作效率。余中东要因3迁站路线不合理导致流动站整个迁站路线长，平均每站迁移时间达10分钟，影响工作效率张云江要因4点位选埋不合适基准站及流动站接收不到有效的卫星信号，流动站解算时间长导致效率低，但数量不多，个别点可以重新选埋。余中东非要因5发射功率低电源不足因无线电发射使用小功率（2W）及电源不足造成无线电信号中断，致使野外作业中断，但通过换用大功率（35W）以及及时充电即可消除此因素。张韶岩非要因6高大建筑物及密集树丛客观存在，无法改变，为不可抗拒因素。余中东非要因7转换参数计算不正确GPS测量的结果是WGS84系统的地心坐标系成果，而镇海炼化控制坐标成果采用宁波市独立坐标系，是高斯投影平面坐标系成果，中央子午线经度121º30´，基本大地参数选用克拉索夫斯基椭球参数，因此两坐标系之间需要通过转换参数进行转换计算，因转换参数计算不正确，造成两坐标系之间转换计算的系统误差大，且流动站在某一点停留时间变长。张韶岩李志刚要因8流动站设站手扶不稳定因手扶不稳定，流动站晃动，造成观测误差大，但只要用对中杆支架支撑代替手扶即可解决。张云江非要因9部分时段卫星信号差是客观因素，一天中800850卫星信号稍差，只要在这段时间加强注意，延长观测时间或不观测即可。余中东非要因10基准站设站低基准站未设在测区制高处，被密集建筑群遮挡，造成基准站与流动站间无线电信号中断；只要将基准站设在测区制高处即可。余中东非要因制表：余中东 日期：2001年8月6日通过以上分析验证，最后我们确定以下3项因素为要因：l 野外RTK作业程序未掌握l 迁站路线不合理；l 转换参数计算不正确六、制定对策针对上述3条主因，按照5W1H的基本原则，制定对策表： 对 策 表 表6序号要因对策目标措 施责任人完成时间1野外RTK作业程序未掌握掌握RTK作业程序使整个作业过程有序展开1、 请Ashtech公司技术人员对仪器的操作、RTK原理进行培训；2、 结合平面控制测量特点，制定RTK作业流程图；余中东8.162迁站路线不合理设计迁站路线迁站路线长与控制点之间直线距离总和之比小于1.21 现场踏勘，根据场地实际情况，选择基准站；2 编制流动站迁站线路设计图张云江李志刚8.103转换参数计算不正确选择8个已知GPS控制点进行转换计算在已知点上的最大较差小于3cm1 选择3个二等点及5个四等点；2 根据WGS84系及宁波市独立坐标系两套静态测量结果，利用公式一，计算出四个转换参数（2个平移参数、1个旋移参数，1个尺度参数）谭德鹏余中东8.16 制表：余中东 日期：2001年8月7日七、对策实施按对策表中的对策及措施分别在具体的作业过程中逐条进行实施。实施一：制定RTK作业流程图1、 8月8日请Ashtech公司技术人员对仪器的操作要点及RTK的原理进行了培训，并当场进行示范，小组成员对该技术有了进一步的认识；2、 过详细阅读仪器使用说明书，并根据平面控制测量的特点，以及对8月5日试验中所遇到的一些问题，于8月9日编制了适合于平面控制测量的RTK作业流程图，见图3：基准站选择及迁站路线设计转换参数计算基准站设置（包括仪器架设、初始化测量、无线电台链接等工作）利用Survey Pro手薄输入基准站平面坐标及转换参数流动站上已知点进行检核测量 若检核测量误差大流动站按迁站设计线路在未知点上逐点测量，点名输入、对中杆铅垂、观测、取得合格解存盘后换站流动站在设计线路观测中或结束后上已知点再次进行检核测量 若 若检核测量误差大 满足要求出成果注：1、基准站要设在测区制高处； 2、流动站设站采用对中支架支撑，对中杆要圆气泡居中以保持稳定、铅垂；图3 平面控制测量RTK作业流程图制表：余中东 日期：2001年8月8日8月11日15日之间整个外业测量工作都是按照这套流程有序展开。 实施二：基准站选择及流动站迁站线路设计经小组讨论，决定采用双观测（为了互校，确保测量精度满足要求），根据厂区实际情况分东西两片观测，经8月9日现场踏勘，G214、G217、4090在测区中地势较高处且位置分布也较适中，固基准站选择G214、G217、4090。于8月10日编制出流动站迁站路线设计图，详见迁站路线示意图。 路 线 说 明 表7观测方法分东西两片实施双观测东片西片基准站G214G217G2144090路线设计流动站从4089检核测量开始沿设计线路至1009进行终点检核测量从1009开始检核测量，沿设计线路至4088时进行检核测量，再沿线路测至I1号点，接着上4089检核。流动站从4090检核测量开始，沿设计线路至4090再次检核测量流动站从4091检核测量开始，沿设计线路到4091再次检核测量。 制表：李志刚 日期：2001年8月10日图4 迁站路线示意图 制图：李志刚 日期：2001年8月10日按路线设计，流动站的整个迁站路线长63km，与控制点之间路线总和（56km）之比是1.131.2 ，路线设计合理。实施三：计算转换参数1、 选择3个二等点：G206、G214、G217；5个四等点：4088、4089、4090、4091、4098；其静态测量成果见下表： 已知点WGS84坐标与宁波市独立坐标成果表 表8已知点G206G214G2174088WGS84系统静态测量成果B30º0205.3881729º5823.8653029º5754.8313029º5752.96392L121º3643.60451121º3930.51929121º4314.41020121º4102.85046宁波市独立坐标系静态测量成果X124012.332117196.117116311.973116248.247Y610822.619615304.297621308.550617781.225已知点4089409040914098WGS84系统静态测量成果B29º5850.8131429º5948.9371330º0057.6838229º5830.39576L121º4149.74270121º3943.13581121º3820.12943121º3804.23989宁波市独立坐标系静态测量成果X118031.727119816.256121930.295117394.253Y619035.464615638.843613411.395612990.904制表：谭德鹏 日期：2001年8月10日2、 将WGS84坐标按宁波市独立坐标系投影带（中央子午线为121º30）进行高斯投影计算，算出平面坐标X、Y，并加减常数：X3200000.0，Y600000.0 得、与 按公式：（1m）·（1m） · （公式一）计算出四个转换参数：2个平移参数：X62.669 Y=+0.4081个旋移参数：=+0.148421个尺度参数：m+0.000013893、 基准站设站时，用Survey Pro手薄与基准站连接后将基准站坐标及4个转换参数输入基准站。经在5个已知点上9次校核。 RTK已知点检核结果表 表9已知点原坐标RTK实测坐标误差4090X119816.256119816.265+0.009Y615638.843615638.853+0.0104091X121930.295121930.305+0.010Y613411.395613411.404+0.0094089X118031.727118031.698-0.029Y619035.464619035.461-0.0034088X116248.247116248.260+0.013Y617781.225617781.246+0.0214091X121930.295121930.288-0.007Y613411.395613411.410+0.0154090X119816.256119816.266+0.010Y615638.843615638.852+0.0094089X118031.727118031.716-0.011Y619035.464619035.471+0.0071009X117792.180117792.190+0.010Y615913.113615913.128+0.0151009X117792.180117792.163-0.017Y615913.113615913.123+0.010 制表：余中东 日期：2001年8月15日其中最大较差为2.9cm 3cm因此这四个参数计算合理八、实施效果检查1、 目标检查1） 于8月11日14日对180个一级控制点用快速RTK实施了基于不同基准站的双观测，其成果见镇海炼化厂区一级RTK双观测值对照表。 双观测值较差区间统计表 表10双观测值较差d区间1cm12cm23cm34cm45cm>5cm个数21595530150180百分比11.732.830.616.68.30100 制表：李志刚 日期：2001年8月17日图5 d区间值分布柱状图依据双观测值较差计算的点位中误差M=d2±1.26cm；最弱点点位中误差1.78cm<2.0cm2n 2）利用日本产2"级杰科全站仪，随机抽样检测了36条边，对RTK作业精度进行检查，实测距离与RTK坐标反算距离的差值s见RTK与全站仪实测边长精度对照表。 实测距离与RTK边长较差统计表 表11边长差值s1cm12cm23cm34cm4cm个数111564036百分比314216110100制表：蒋安夫 日期：2001年8月17日根据差值计算的边长中误差ms ±1.71cm。图6 边长差值s区间分布柱状图3）RTK双观测值外业测量时间4天，外业实际作业人员2人，内业整理只用了半天，于8月18日提交了正式平面控制测量成果。快速RTK与常规作业方法在该项目中的精度与工效比较表 表12作业方法比较项目导线网静态GPS快速静态GPS快速RTK最弱点精度2.46cm2.1cm2.1cm1.78cm工时50工日34工日25工日9工日工效11.4725.55制表：蒋安夫 日期：2001年8月17日最弱点点位误差1.78cm，小于2cm，达到目标1；工效提高5.55倍，达到目标2。综上分析，通过这次QC活动，达到了总目标。2、 效果确认利用快速RTK完成厂区控制测量后，浙江省测绘产品质量监督检验站对该成果进行了检验，检验结论：“综合内外业检验情况，样本中未发现严重缺陷，样本总评分95.2分，该批产品具备省优质测绘产品（工程）的评选资格”。2001年12月27日在省优秀测绘产品（工程）的评审中荣获唯一的一等奖（见证明材料）。3、 社会效益由于按期、优质完成了该项目平面控制测量任务，得到了甲方及测绘管理处的高度评价（见证明材料），现宁波市城规、土地测绘部门也购置了同类仪器，把这项新技术运用到生产实际。通过在该工程中成功运用新技术，再次提高了我院在测量领域的知名度，既扩大了社会影响、树立了良好的形象，同时又增强了企业的竞争力。4、 技术成效在国内公开发表的文献中还未见将快速RTK技术运用于控制测量，尚属首次（见国家教委科技查新中心对本项目的查新报告、证明材料），它的成功填补了国内在该技术领域内的空白，标志着我院在国内同行业中已处于领先地位。5、 经济效益本工程因采用快速RTK技术进行工程控制测量，在保证质量的前提下，工效提高，成本降低，经济效益20万元（见证明材料）。九、巩固措施1、将RTK技术运用于平面控制测量作为应用成果纳入院GPS控制测量RTK测量技术标准，标准号为：ZGK测技200101（GPSRTK）(表13) 表13序号标 准 化 内 容1按RTK作业流程进行野外作业（详见流程图）2基准站设在测区制高处，流动设站采用对中杆支架支撑，待对中杆圆气泡稳定、居中后再实施观测3采用基于不同基准站实施双观测4测量前进行迁站路线设计5利用公式一计算转换参数，并进行已知点检核测量2、以上巩固措施已在两个项目进行实施，实施结果见表14： 表14序号工程名称控制点日期最弱点点位中误差1炼化公司从厂区到算山码头的管线平面控制测量40余点9月20日1.71cm2嘉兴嘉余公路带状地形图平面控制测量50余点10月67日1.88cm精度与工效比传统作业方式都有明显提高。十、总结与今后打算1、 经过本次循环，极大地提高了小组的团队精神及个人能力，小组成员进行了自我评价，并作出了雷达图，见表15，图9。2、 本次循环，我们成功地将快速RTK技术应用于工程控制测量中，提高了精度，并且工作效率有很大地提高。 表15项目自我评价活动前活动后改进意识35个人能力24QC知识24团队精神35解决问题的信心34 图9 雷达图3、 今后打算在平面测量中已取得了成效，在今后我们将探索快速RTK技术在高程测量方面的应用。- 11 -