Погрешности натурных наблюдений геодезическими методами.

 

 

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Методичні вказівки до оформлення звітної текстової документації та випускових робіт з дисциплін, закріплених за факультетом комп’ютерних наук. [Текст]: Батрак Ю.А., Донченко М.В., Журавська І.М., Фісун М.Т., 2009.

 

 

Индивидуальное задание

Погрешности натурных наблюдений геодезическими методами.

Наблюдения за вертикальными перемещениями плотины и воронки оседания в нижнем бьефе выполняются способом геометрического нивелирования по методике гидротехнического нивелирования I разряда. Для измерений применяется нивелир и пара компарированных инварных реек. Перемещения определяются относительно наиболее удаленных (на расстоянии 3.5-4 км) скальных реперов Рп 6027 и Рп 6177. Всего в системе участвуют четыре куста фундаментальных реперов, 36 рабочих реперов и 24 поверхностных марок на гребне плотины. В связи с началом строительства берегового водосброса попали в зону строительства и были уничтожены семь скальных реперов и один грунтовый. Таким образом, нивелирная тропа правого берега в нижнем бьефе на протяжении 2,5 км практически уничтожена и в настоящее время восстановлению не подлежит до окончания земельно-скальных работ. Нивелирование производится на действующей строительной площадке. Это крайне затрудняет производство работ и значительно увеличивает время выполнения нивелировки. В период интенсивного набора водохранилища идет интенсивный процесс осадок плотины и прилегающей территории. За промежуток времени с середины мая до конца июня наблюдаются осадки (4-5 мм). При увеличении длительности производства цикла нивелировки точность результатов существенно искажается из-за динамической ошибки, обусловленной ростом осадок. Поэтому для производства нивелирования необходимо выбирать время с наименьшей скоростью наполнения и возможностью совмещенных работ на строительной площадке. Ориентировочно это сентябрь-октябрь.

Наблюдения за вертикальными перемещениями секций плотины ведутся по четырем продольным гидронивелирам, связанным между собой в единую систему пятью элеваторами высот. В весенне-летний период двери продольных галерей на отметках 344 и 413 м используются как транспортные и остаются открытыми. Это создает сильные сквозняки, вызывающие перепады давления в продольных галереях, что снижает точность измерений. В целом состояние системы рабочее и стабильное.

Наблюдения за наклонами горизонтальных сечений плотины осуществляется по поперечным гидронивелирам, расположенным в поперечных галереях контрольных секций с отметки 310 по 413 м.

В наблюдениях за плановыми перемещениями гребня плотины и берегов используются 8 пунктов гидротехнической спецтриангуляции (каркасной сети) и 17 плановых знаков. После ремонта фундаментов пунктов каркасной сети, выполненного в 2005 году, их состояние оценивается как устойчивое и стабильное.

Для наблюдения за плановыми перемещениями плотины и берегов используются высокоточные тахеометр TC 2003 и дальномерная насадка DI 2002. Они проходят ежегодную метрологическую аттестацию на эталонированном базисев начале сезона измерений. О каких-либо изменениях, произошедших с масштабностью приборов и их точностных параметров мы сможем узнать только через год после прохождения очередной метрологической аттестации.

Радиальные и тангенциальные перемещения различных горизонтов плотины получают из наблюдений по прямым и обратным отвесам механического типа. Всего в системе плотины участвуют 12 прямых отвесов и 3 куста обратных отвесов. Отклонения горизонтов плотины определяется путем измерения от геометрического центра столика координатомера до струны отвеса по направлению оси секции и поперек неё. Измерения выполняются оптическими координатомерами системы Ленгидропроекта (ОКЛ). В системе отвесов по секции 33, начиная с 1987 по 1990 год, была установлена, а в 2000 году принята в эксплуатацию автоматизированная система измерений, оснащенная датчиками индукционного типа "ПИДС" (преобразователь индукционный двухкоординатный струнный). Датчики не имеют приспособлений для однозначной фиксации на месте при повторной установке, что исключает возможность снятия их для метрологической аттестации. Проверка правильности работы системы производится путем сравнения с результатами ручных измерений, выполненных аттестованными оптическими координатомерами, которые выполняются раз в 7-14 дней. Данные, полученные по опросу автоматизированной системы, дают оперативную оценку состояния ГТС.

В 2005 г. на прямом отвесе в секции 33 на отметках 344 и 440 м были установлены два экспериментальных прибора ФПКС-2 (фотоэлектронный преобразователь координат струнных отвесов). Данные измерений, полученные за этот период по приборам ФПКС-2 хорошо согласуются с данными, полученными из ручных замеров. Сами приборы оборудованы устройством для однозначной установки на месте измерения, и, следовательно, могут сниматься для периодической метрологической аттестации. В 2007 году начаты работы по замене старых индукционных датчиков ПИДС на новые датчики ФПКС.

Оценка точности САК ПС при определении перемещений плотины СШГЭС в секции 33 на отметках 344, 440 и 542 м была выполнена расчётным методом - путём квадратичного суммирования погрешностей определения взаимных перемещений связующих точек прямых и обратных отвесов, расположенных на отметках 268, 344, 440 и 542 м. При этом положение якоря обратного отвеса на отметке 268 м принято неподвижным.

 

 

Таблица 1.

Точность приборов и измерительных систем,

применяемых для наблюдений за состоянием плотины СШГЭС

№ пп	Наименование прибора (измерительной системы)	Точность прибора	Точность системы	Примечание
	Прямые и обратные отвесы (ручные замеры)	0.2мм	+ 0.7мм	ср. статистическая
	Поперечный гидронивелир	0.02мм	+ 0.7²	расчетная
	Продольный гидронивелир	0.02мм	+ 0.68мм	расчетная для одиночного хода
	DI 2002 (Элеваторы высот)	+ 0.1мм	+ 0.28мм	по результатам уравнивания
	Углепластиковый жезл	+ 0.012мм	+ 0.18мм	расчетная
	ТС 2003 (линейные измерения) (угловые измерения)	+ (1+1×D)мм + 0.5²	0.7÷3.0 мм	по паспорту изготовителя
	NAK 2 (гидротехническое нивелирование I разряда)	0.08мм	+ 0.3Ön мм	по инструкции

 

Погрешности взаимных перемещений связующих точек отвесов были определены из результатов сличения приращений показаний двухкоординатных преобразователей перемещений, установленных на отметках 344 и 440 метров секции 33 в связующих точках отвесов, с соответствующими приращениями замеров по ручному координатомеру.

Теоретически задача оценки точности для каждого двухкоординатного преобразователя перемещений формулируется следующим образом:

Имеется N «двойных» измерений фазовых координат xi, yi временного сечения i траектории движения проекции наблюдаемой точки объекта на горизонтальную плоскость, содержащих сопоставимые по величине независимые погрешности Dxi, Dyi. Измерения выполнены различными средствами измерений (СИ) в различных, произвольно расположенных относительно друг друга на плоскости прямоугольных системах координат (XOY)р и (XOY)д.

Необходимо определить оператор Y в конформного преобразования вектора координат { x, y }д из системы (XOY)д в вектор координат { x, y }внекой «вероятнейшей» системы (XOY)в,совпадающей с точностью до погрешностей измерений с системой координат (XOY)р. Далее оценка точности осуществляется в системе координат (XOY)в по стандартной методике оценки точности по разностям двойных измерений.

Примечания. 1. В методе вертикального проектирования с помощью длинных отвесов сопоставимость по величине независимых погрешностей «двойных» измерений координат, выполненных различными СИ, вытекает из известных соотношений:

Dx,y ~ Dи + Dм;

Dм > Dи,

где Dи - погрешность измерений;

Dм - погрешность метода.

2.Системы координат ручного координатометра (XOY)р и двухкоординатного преобразователя перемещений (XOY)д полностью определяются элементами соответствующих случайных векторов фазовых координат { x, y }р, { x, y }дразмерностью Nх2 и сами по себе являются случайными объектами.

Задача отыскания элементов оператора Y вносит нелинейный характер, а при N>2 является стохастически переопределенной, поэтому решается итерациями по методу наименьших квадратов.

Результаты оценки точности двухкоординатных преобразователей перемещений, установленных в связующих точках обратных и прямых отвесов секции 33 на отметках 344 и 440 метров, по 45 контрольным точкам за период с 02.08.05г. по 04.12.06г.:

Отметка, м		344 (обр.)	344 (пр.)
Максимальное фактическое отклонение замеров, мм	Х Y	0.33 0.14	0.38 0.23	0.37 0.21
СКО замеров, мм	Х Y	0.13 0.06	0.13 0.09	0.11 0.10
СКО перемещений, мм	Х Y	0.13 0.06		0.18 0.11	0.21 0.15

Аналогичные характеристики, полученные по 11 контрольным точкам за период с 06.12.06г. по 27.03.07г., составили:

Отметка, м		344 (обр.)	344 (пр.)
Максимальное фактическое отклонение замеров, мм	Х Y	0.25 0.09	0.15 0.06	0.19 0.07
СКО замеров, мм	Х Y	0.10 0.05	0.08 0.04	0.07 0.05
СКО перемещений, мм	Х Y	0.10 0.05		0.13 0.06	0.15 0.08

Из вышеизложенного вытекает следующее:

1. В настоящее время средние квадратические отклонения (СКО) погрешностей САК ПС на отметках 344, 440 и 542 м (верхняя оценка по критерию χ²;при доверительной вероятности P =0.99 и числе степеней свободы r =18) не должны превышать соответственно:

в радиальном направлении (ось X) 0.16мм, 0.21мм и 0.24мм

в тангенциальном направлении (ось Y) 0.08мм 0.10мм и 0.13мм.

2. Пределы абсолютной погрешности перемещений на отметках 344, 440 и 542 м с вероятностью Р=0.99 не должны превышать:

в радиальном направлении (ось X) ±0.4мм ±0.5мм и ±0.6мм

в тангенциальном направлении (ось Y) ±0.2мм ±0.3мм и ±0.3мм.

3. На фоне общей стабильности метрологических характеристик САК ПС во времени некоторое уменьшение величины погрешностей при последней оценке можно объяснить увеличением числа приёмов измерений в цикле контроля с 10 до 15.