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1、全站儀自由設站法監測城區建筑護坡變形的方法研究全站儀自由設站法監測城區建筑護坡變形 的方法研究 張高興 (龍巖學院 資源工程學院，福建 龍巖364012) 摘 要:在分析了幾種建筑物護坡變形監測方法的基礎上，闡述了全站儀自由設站法進行變形監測的特點，特別是方向觀測方法在觀測人員不易到達的高護坡處，其變形監測具有明顯的優勢，是一種切實可行的方法。 關鍵詞:自由設站;變形監測;方向交會法 一、引言 隨著城市建設的飛速發展，特別是大量高層建筑的拔地而起，城區內的高邊坡工程項目越來越多，在設計、施工和建筑物運營管理期間必須確保建筑物護坡的安全，防止地質災害的發生。城區建筑物護坡位移主要表現為水平位移和2、垂直位移，影響護坡穩定性的因素很多，目前，還沒有理論模型可以準確計算其變形量，所以，只有對建筑物護坡進行變形監測，并及時、準確地提供變形監測數據，才能正確地分析邊坡的運行狀態，從而確保高邊坡及其周圍建筑物的安全。如今，建筑質監部門要求大多數高邊坡附近的建筑物驗收時需提供護坡監測資料。 二、建筑物護坡監測方法 隨著測繪儀器及測繪技術的發展，護坡變形監測的方法也發生了很大的變化，有大地測量方法、近景攝影測量方法、InSAR技術及GPS測量等。 1.常規大地測量方法 常規大地測量方法是指通過測量高程、角度和邊長或坐標來測定變形的方法，該方法所使用的觀測儀器有精密水準儀、精密經緯儀、測距儀及全站儀等13、，它們都比較普及，各種精度級別的儀器工具都有，直觀性好，容易選擇到合適的觀測精度和相應的儀器工具，因此常規大地測量方法以往一直是變形觀測的主要方法，目前仍然是較多單位使用的方法。 2.近景攝影測量方法 近景攝影測量是攝影測量方法的一種，用于局部變形觀測方便易行，該方法用于地面沉降監測具有像片信息量豐富、外業工作量小、勞動強度低、觀測時不需接觸被攝物體、可觀測人不易達到的地方等獨特的優越性和特點。將近景攝影測量方法應用于地面沉降過程的變形監測，借助計算機可實現動態過程的測量、動畫狀態圖形顯示及量測信息的多部門、多終端共享，該方法可大大提高地面沉降監測的內外業處理的效率。但是包括量測攝影機在內的近4、景攝影測量系統不為大多數測繪單位所具備，應用不普及。 3.InSAR技術 干涉合成孔徑雷達(Interferometric Synthetic Aperture Radar，簡稱InSAR)測量技作者簡介:張高興，1970年10月出生，福建寧化人，漢族，男，副教授，碩士，研究方向:大地測量與工程測量的教 學與研究工作，工作單位:福建省龍巖學院資源工程學院地質測繪系 術是以SAR復數據提取的相位信息為信息源獲取地表的三維信息和變化信息的一項技術。InSar技術可以對大面積的地面沉降變形進行監測，彌補常規大地測量布網密度不可能很高的缺陷，但要實際用來監測微小的地面垂直變形還需要克服許多技術難點。 5、4.GPS測量 GPS能為用戶提供全球性、全天候、連續、實時、高精度的三維坐標、三向速度和時間信息，具有精度高、速度快、全天候、距離遠等特點。GPS作為現代大地測量的一種技術手段，可以實現三維大地測量，進行連續監測及實現測量過程的自動化，作業簡單方便，具有高精度、高效率、自動化程度高和勞動強度低等優點2。目前，已在地面沉降、滑坡、地震、地裂縫等地質災害監測方面得到了廣泛應用。 三、全站儀自由設站觀測法 自由設站法屬于一種大地測量方法，它是在待定控制點上設站，向多個控制點觀測方向和距離，并以待定點的坐標平差值作為未知參數，根據方向觀測值和邊長觀測值建立方向誤差方程式和邊長誤差方程式，然后按最小二6、乘法原理計算待定點坐標平差值的一種控制測量方法3。該功能一般設置于全站儀內置程序中，觀測時僅需根據儀器說明的操作步驟進行正確測量即可。該方法作業速度快，精度高，在各種工程測量中已有廣泛應用。根據觀測的內容，全站儀自由設站法主要有下面兩種類型。 1.坐標測量法 坐標測量法就是根據自由設站得到的測站點，如圖1中的K點，然后在待測點上安置棱鏡，直接測定監測點的坐標，比較不同時期測得的監測點坐標和高程，即可得到該點的水平位移量 和沉降值。該方法要求在監測點上能方便地安置反光鏡。 圖1 自由設站坐標測量法 2.方向交會法 所謂方向交會法，就是指利用方位角計算出待定點P的坐標(如圖2)。具體地講，就是利用7、自由設站得到的設站點A和B上安置全站儀，測量設站點至待定點的方位角，進而求得待定點的坐標，把這種方法稱之為方向交會法。該方法特別適用于人無法到達的作業場所的變形點監測，最好同時使用兩臺相同的全站儀。方向交會法坐標計算可依據相交直線的斜率求得交點的坐標4。 圖2 自由設站方向交會法 直線斜率的計算公式為: tan=YP-YA XP-XA tan= 則 YP-YB XP-XB YP-YA=tan(XP-XA) YP-YB=tan(XP-XB) 即有 XP=XAtan-XBtan-YA+YB tan-tan YP=YA+tan(XP-XA)或YP=YB+tan(XP-XB) 3.注意事項 (1)設站8、時盡量避免夾角過小，夾角的取值范圍一般介于30?,150?。 (2)設置合理的作業限差。 (3)使用盤左、盤右(雙面)測量，以提高監測精度。 四、結論 一般情況下，測量工作應遵循由高級到低級、先控制后碎部的原則，而全站儀自由設站法采用一次性同時測設，用基準點直接測量監測點，減少了中間一級控制，其測量精度得到了提高。同時，由于可自由設站，其觀測基點不怕變形體移動變形的影響，避免了建筑密集城區常規變形監測方法(如基準線法、導線法)觀測基點設站難的問題。大量實踐證明，全站儀自由設站法不論其測量效率還是精度方面都是可取的。 參考文獻: 1 高俊強，嚴偉標等.工程監測技術及其應用M.北京:國防工業出版社，2005. 2 李天文.GPS原理及應用M.北京:科學出版社,2004. 3 潘正風，楊正堯等. 數字測圖原理與方法M.武漢:武漢大學出版社,2007. 4 葉積龍，張維寬等.方向交會法坐標計算之初探J.地礦測繪,2004,20(4):30-30.