戴富軍

摘 要：通過對永久性控制監(jiān)測資料的整理分析，可以及時(shí)掌握橋梁的健康狀況，發(fā)現(xiàn)橋梁中存在的隱患以確保其安全運(yùn)營。為此，應(yīng)在上下游主塔、主梁及承臺(tái)頂部設(shè)若干永久性測量標(biāo)志。橋梁的永久性控制點(diǎn)要牢固可靠，應(yīng)按永久性測量標(biāo)志設(shè)定。該文結(jié)合某斜拉橋周邊的地理環(huán)境和觀測條件，選取已有的永久控制點(diǎn)，利用測角前方交會(huì)法對某斜拉橋塔頂偏位進(jìn)行了觀測，對三期的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理和比較分析，估算了測量精度，得到了一些有益的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：測角前方交會(huì) 斜拉橋 監(jiān)測 精度分析

中圖分類號：P258 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（a）-0009-02

橋梁檢測是利用現(xiàn)代各種大地測量和精密測量技術(shù)測定大橋相應(yīng)部位的空間位置及其變化，為橋梁的現(xiàn)代化管理、養(yǎng)護(hù)提供幾何信息。為了利于分析判斷橋梁可能發(fā)生的病害原因，掌握運(yùn)營階段橋梁結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的變化，必須對結(jié)構(gòu)進(jìn)行永久性控制檢測。通過對永久性控制監(jiān)測資料的整理分析，可以及時(shí)掌握橋梁的健康狀況，發(fā)現(xiàn)橋梁中存在的隱患以確保其安全運(yùn)營。為此，應(yīng)在上下游主塔、主梁及承臺(tái)頂部設(shè)若干永久性測量標(biāo)志。橋梁的永久性控制點(diǎn)要牢固可靠，應(yīng)按永久性測量標(biāo)志設(shè)定。

對于斜拉橋的檢測工作，由于斜拉橋是高次超靜定的結(jié)構(gòu)體系，它的每個(gè)結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)位置變化與偏離都會(huì)在不同程度上引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力重新分配，因此在斜拉橋橋梁檢測工作中，對于塔頂偏位的長期監(jiān)測，對于了解橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化尤為重要。

目前，工程變形監(jiān)測既可以采用近景攝影測量法，也可以采用GPS技術(shù)、測量機(jī)器人技術(shù)等。這些技術(shù)一般具有自動(dòng)化程度高、信息量大等優(yōu)點(diǎn)，但另一方面又存在設(shè)備昂貴、對場地條件要求高、需要專門的數(shù)據(jù)處理軟件等缺陷[1]。事實(shí)上，許多變形監(jiān)測項(xiàng)目可以利用包括經(jīng)緯儀、全站儀在內(nèi)的常規(guī)測量設(shè)備，通過特定的測量方法和數(shù)學(xué)模型加以解決。本文針對監(jiān)測對象的特殊工況，結(jié)合現(xiàn)場觀測條件，采用測角前方交會(huì)法對某斜拉橋塔頂偏位進(jìn)行了變形監(jiān)測。測量過程易于實(shí)現(xiàn)，數(shù)學(xué)模型簡單易懂，計(jì)算便捷，無需專門數(shù)據(jù)處理軟件，計(jì)算所得的位置精度完全可以滿足監(jiān)測要求。

1 測角前方交會(huì)法的基本原理與精度估算公式

前方交會(huì)方法主要有測角前方交會(huì)，測邊前方交會(huì)以及邊角前方交會(huì)[2]。根據(jù)該文研究對象的基本情況，主要采用測角前方交會(huì)的方法，其基本原理和計(jì)算公式如下。

（1）設(shè)A、B為已知點(diǎn)，若分別對P點(diǎn)觀測了水平角α和β，則P點(diǎn)位置唯一得到，并可計(jì)算P點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算流程及相關(guān)公式如下[3]：

（1）

如圖1所示，據(jù)已知坐標(biāo)計(jì)算已知邊AB的方位角和邊長（坐標(biāo)反算）。

（2）推算AP和BP邊的坐標(biāo)方位角和邊長

（2）

（3）

其中。

（3）分別由A點(diǎn)和B點(diǎn)按下式推算P點(diǎn)坐標(biāo)（坐標(biāo)正算），并校核。

（4）

或者

（5）

也可采用以下計(jì)算公式直接得到坐標(biāo)計(jì)算結(jié)果：

（6）

由以上公式，根據(jù)誤差傳播定律[4]，可推導(dǎo)得到P點(diǎn)的點(diǎn)位精度估算公式為[2，5]

（7）

其中：為測角中誤差；為控制點(diǎn)之間的平距，=206265。

2 某斜拉橋塔頂偏位測量實(shí)施與成果分析

某斜拉橋的塔頂偏位測量需要對塔頂監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行多期觀測，比較其平面位置變化情況，從而反映出塔頂偏位情況。

根據(jù)現(xiàn)場的基本條件，在該斜拉橋4只塔柱的頂端選擇了4個(gè)典型位置布設(shè)變形觀測點(diǎn)。而在靠橋下游兩側(cè)岸邊，各具有1個(gè)永久性測量控制點(diǎn)，兩點(diǎn)連線大致與橋梁方向平行，兩控制點(diǎn)間的平距為1080.660 m?？刂泣c(diǎn)設(shè)置于高塔之上，用鋼筋混凝土澆注強(qiáng)制對中觀測墩，穩(wěn)固可靠。

如圖2所示，測量控制點(diǎn)到大橋塔頂距離較遠(yuǎn)（超過1000 m），與岸邊控制點(diǎn)高差也比較大（超過160 m），另外在塔頂監(jiān)測點(diǎn)安置全站儀反射棱鏡十分不便，用全站儀測距精度也有限，難以滿足監(jiān)測要求。考慮到控制點(diǎn)相對于監(jiān)測點(diǎn)的方位，可形成有利的幾何圖形?？刂泣c(diǎn)對4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位所形成的交會(huì)角，其值均在75附近，根據(jù)文獻(xiàn)[6]的分析，交會(huì)角為75的交會(huì)圖形，做兩點(diǎn)前方交會(huì)精度是比較好的，僅次于交會(huì)角為90的情況。因此，在本次變形觀測工作中我們采用高精度全站儀進(jìn)行精密測角，利用測角前方交會(huì)法計(jì)算監(jiān)測點(diǎn)與控制點(diǎn)的相對位置。

根據(jù)該斜拉橋塔頂偏位測量的精度要求和現(xiàn)場條件，觀測采用1"級精度全站儀，對每一個(gè)角度測量4個(gè)測回。由于該橋塔頂偏位監(jiān)測僅需要了解各監(jiān)測周期內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)的平面位置變化情況，為簡化計(jì)算，以A，B兩控制點(diǎn)方向?yàn)閄軸建立局部平面直角坐標(biāo)系，將控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至該坐標(biāo)系下，則得到控制點(diǎn)B的平面坐標(biāo)為（0，0），控制點(diǎn)A的平面坐標(biāo)為（1080.660，0），然后根據(jù)角度測量值計(jì)算得到監(jiān)測點(diǎn)位坐標(biāo)。

如圖3所示，由于觀測距離較遠(yuǎn)，為避免江面上的霧氣影響空氣的能見度，提高目標(biāo)照準(zhǔn)精度，觀測時(shí)需選擇晴朗、少風(fēng)，低濕度天氣進(jìn)行。

根據(jù)上述方案，對該斜拉橋塔頂偏位進(jìn)行了3期觀測，自2011年開始到2013年，每年觀測一期。得到的成果數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1可以看出，各期觀測得到的點(diǎn)位平面位置變化量，偏移最大為3號點(diǎn)第一期與第二期的坐標(biāo)差值，其點(diǎn)位平面偏差為0.082m；偏移最小為2號點(diǎn)第二期與第三期的差值，其點(diǎn)位平面偏差為0.035m。從變化幅度看，三期的觀測結(jié)果各點(diǎn)的平面位置變化都在厘米的量級，并且沒有呈現(xiàn)出明顯的點(diǎn)位變形趨勢，可以認(rèn)為該橋梁在觀測周期內(nèi)并沒有產(chǎn)生明顯的塔頂偏位，進(jìn)一步估算觀測得到的點(diǎn)位中誤差。由于全站儀一測回測角中誤差為1"，根據(jù)誤差傳播率[4]，4測回測角中誤差為0.5"。而各期觀測角度各期觀測值差距不大，由精度估算公式得到的結(jié)果基本相等，因此，每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)只計(jì)算一個(gè)精度估算結(jié)果。將表1中觀測數(shù)據(jù)及各相關(guān)參數(shù)代入式（7），可估算得到各觀測點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差如表2所示。

可以看到，本觀測過程中，點(diǎn)位中誤差估算值非常小，說明在該斜拉橋塔頂偏位觀測中根據(jù)現(xiàn)場觀測條件而采取的測角前方交會(huì)觀測方案是非常合適的，交會(huì)圖形較好，測量得到的點(diǎn)位坐標(biāo)結(jié)果精確可靠。

3 結(jié)語

前方交會(huì)法在大壩監(jiān)測、邊坡監(jiān)測、礦山監(jiān)測、建筑物變形監(jiān)測等很多方面有著非常廣泛的應(yīng)用。它觀測簡便，成本低廉，利用常規(guī)測量設(shè)備和人工計(jì)算即可完成相關(guān)的平面變形監(jiān)測任務(wù)。實(shí)際的觀測實(shí)施過程中還應(yīng)充分考慮現(xiàn)場的基本條件，因地制宜的制定合適的監(jiān)測方案，靈活采用測角前方交會(huì)、測邊前方交會(huì)或者邊角前方交會(huì)等方法。該文的研究分析表明，采用測角前方交會(huì)可以有效避免采用全站儀測距不便或者測距精度受限等問題。在合適的交會(huì)圖形條件下，嚴(yán)格控制觀測質(zhì)量，可達(dá)到較為滿意的監(jiān)測精度。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙同龍，趙吉濤，路奎.前方交會(huì)三角測高法變形監(jiān)測應(yīng)用研究[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，25（3）：347-350.

[2] 凌鋒，薛世新.前方交會(huì)在建筑傾斜和水平位移監(jiān)測中的應(yīng)用探討[J].現(xiàn)代測繪，2011，34（2）：38-41.

[3] 過靜，饒?jiān)苿?土木工程測量[M].4版.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2011.

[4] 李澤.測量平差基礎(chǔ)[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2013.

[5] 周西振.前方交會(huì)法測定變形監(jiān)測點(diǎn)最佳交會(huì)圖形的探討[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2002（2）：53-55.

[6] 郭振平.兩點(diǎn)前方交會(huì)的精度分析[J].輕金屬，2005（12）：6-9.

摘 要：通過對永久性控制監(jiān)測資料的整理分析，可以及時(shí)掌握橋梁的健康狀況，發(fā)現(xiàn)橋梁中存在的隱患以確保其安全運(yùn)營。為此，應(yīng)在上下游主塔、主梁及承臺(tái)頂部設(shè)若干永久性測量標(biāo)志。橋梁的永久性控制點(diǎn)要牢固可靠，應(yīng)按永久性測量標(biāo)志設(shè)定。該文結(jié)合某斜拉橋周邊的地理環(huán)境和觀測條件，選取已有的永久控制點(diǎn)，利用測角前方交會(huì)法對某斜拉橋塔頂偏位進(jìn)行了觀測，對三期的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理和比較分析，估算了測量精度，得到了一些有益的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：測角前方交會(huì) 斜拉橋 監(jiān)測 精度分析

中圖分類號：P258 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（a）-0009-02

橋梁檢測是利用現(xiàn)代各種大地測量和精密測量技術(shù)測定大橋相應(yīng)部位的空間位置及其變化，為橋梁的現(xiàn)代化管理、養(yǎng)護(hù)提供幾何信息。為了利于分析判斷橋梁可能發(fā)生的病害原因，掌握運(yùn)營階段橋梁結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的變化，必須對結(jié)構(gòu)進(jìn)行永久性控制檢測。通過對永久性控制監(jiān)測資料的整理分析，可以及時(shí)掌握橋梁的健康狀況，發(fā)現(xiàn)橋梁中存在的隱患以確保其安全運(yùn)營。為此，應(yīng)在上下游主塔、主梁及承臺(tái)頂部設(shè)若干永久性測量標(biāo)志。橋梁的永久性控制點(diǎn)要牢固可靠，應(yīng)按永久性測量標(biāo)志設(shè)定。

對于斜拉橋的檢測工作，由于斜拉橋是高次超靜定的結(jié)構(gòu)體系，它的每個(gè)結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)位置變化與偏離都會(huì)在不同程度上引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力重新分配，因此在斜拉橋橋梁檢測工作中，對于塔頂偏位的長期監(jiān)測，對于了解橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化尤為重要。

目前，工程變形監(jiān)測既可以采用近景攝影測量法，也可以采用GPS技術(shù)、測量機(jī)器人技術(shù)等。這些技術(shù)一般具有自動(dòng)化程度高、信息量大等優(yōu)點(diǎn)，但另一方面又存在設(shè)備昂貴、對場地條件要求高、需要專門的數(shù)據(jù)處理軟件等缺陷[1]。事實(shí)上，許多變形監(jiān)測項(xiàng)目可以利用包括經(jīng)緯儀、全站儀在內(nèi)的常規(guī)測量設(shè)備，通過特定的測量方法和數(shù)學(xué)模型加以解決。本文針對監(jiān)測對象的特殊工況，結(jié)合現(xiàn)場觀測條件，采用測角前方交會(huì)法對某斜拉橋塔頂偏位進(jìn)行了變形監(jiān)測。測量過程易于實(shí)現(xiàn)，數(shù)學(xué)模型簡單易懂，計(jì)算便捷，無需專門數(shù)據(jù)處理軟件，計(jì)算所得的位置精度完全可以滿足監(jiān)測要求。

1 測角前方交會(huì)法的基本原理與精度估算公式

前方交會(huì)方法主要有測角前方交會(huì)，測邊前方交會(huì)以及邊角前方交會(huì)[2]。根據(jù)該文研究對象的基本情況，主要采用測角前方交會(huì)的方法，其基本原理和計(jì)算公式如下。

（1）設(shè)A、B為已知點(diǎn)，若分別對P點(diǎn)觀測了水平角α和β，則P點(diǎn)位置唯一得到，并可計(jì)算P點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算流程及相關(guān)公式如下[3]：

（1）

如圖1所示，據(jù)已知坐標(biāo)計(jì)算已知邊AB的方位角和邊長（坐標(biāo)反算）。

（2）推算AP和BP邊的坐標(biāo)方位角和邊長

（2）

（3）

其中。

（3）分別由A點(diǎn)和B點(diǎn)按下式推算P點(diǎn)坐標(biāo)（坐標(biāo)正算），并校核。

（4）

或者

（5）

也可采用以下計(jì)算公式直接得到坐標(biāo)計(jì)算結(jié)果：

（6）

由以上公式，根據(jù)誤差傳播定律[4]，可推導(dǎo)得到P點(diǎn)的點(diǎn)位精度估算公式為[2，5]

（7）

其中：為測角中誤差；為控制點(diǎn)之間的平距，=206265。

2 某斜拉橋塔頂偏位測量實(shí)施與成果分析

某斜拉橋的塔頂偏位測量需要對塔頂監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行多期觀測，比較其平面位置變化情況，從而反映出塔頂偏位情況。

根據(jù)現(xiàn)場的基本條件，在該斜拉橋4只塔柱的頂端選擇了4個(gè)典型位置布設(shè)變形觀測點(diǎn)。而在靠橋下游兩側(cè)岸邊，各具有1個(gè)永久性測量控制點(diǎn)，兩點(diǎn)連線大致與橋梁方向平行，兩控制點(diǎn)間的平距為1080.660 m?？刂泣c(diǎn)設(shè)置于高塔之上，用鋼筋混凝土澆注強(qiáng)制對中觀測墩，穩(wěn)固可靠。

如圖2所示，測量控制點(diǎn)到大橋塔頂距離較遠(yuǎn)（超過1000 m），與岸邊控制點(diǎn)高差也比較大（超過160 m），另外在塔頂監(jiān)測點(diǎn)安置全站儀反射棱鏡十分不便，用全站儀測距精度也有限，難以滿足監(jiān)測要求?？紤]到控制點(diǎn)相對于監(jiān)測點(diǎn)的方位，可形成有利的幾何圖形?？刂泣c(diǎn)對4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位所形成的交會(huì)角，其值均在75附近，根據(jù)文獻(xiàn)[6]的分析，交會(huì)角為75的交會(huì)圖形，做兩點(diǎn)前方交會(huì)精度是比較好的，僅次于交會(huì)角為90的情況。因此，在本次變形觀測工作中我們采用高精度全站儀進(jìn)行精密測角，利用測角前方交會(huì)法計(jì)算監(jiān)測點(diǎn)與控制點(diǎn)的相對位置。

根據(jù)該斜拉橋塔頂偏位測量的精度要求和現(xiàn)場條件，觀測采用1"級精度全站儀，對每一個(gè)角度測量4個(gè)測回。由于該橋塔頂偏位監(jiān)測僅需要了解各監(jiān)測周期內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)的平面位置變化情況，為簡化計(jì)算，以A，B兩控制點(diǎn)方向?yàn)閄軸建立局部平面直角坐標(biāo)系，將控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至該坐標(biāo)系下，則得到控制點(diǎn)B的平面坐標(biāo)為（0，0），控制點(diǎn)A的平面坐標(biāo)為（1080.660，0），然后根據(jù)角度測量值計(jì)算得到監(jiān)測點(diǎn)位坐標(biāo)。

如圖3所示，由于觀測距離較遠(yuǎn)，為避免江面上的霧氣影響空氣的能見度，提高目標(biāo)照準(zhǔn)精度，觀測時(shí)需選擇晴朗、少風(fēng)，低濕度天氣進(jìn)行。

根據(jù)上述方案，對該斜拉橋塔頂偏位進(jìn)行了3期觀測，自2011年開始到2013年，每年觀測一期。得到的成果數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1可以看出，各期觀測得到的點(diǎn)位平面位置變化量，偏移最大為3號點(diǎn)第一期與第二期的坐標(biāo)差值，其點(diǎn)位平面偏差為0.082m；偏移最小為2號點(diǎn)第二期與第三期的差值，其點(diǎn)位平面偏差為0.035m。從變化幅度看，三期的觀測結(jié)果各點(diǎn)的平面位置變化都在厘米的量級，并且沒有呈現(xiàn)出明顯的點(diǎn)位變形趨勢，可以認(rèn)為該橋梁在觀測周期內(nèi)并沒有產(chǎn)生明顯的塔頂偏位，進(jìn)一步估算觀測得到的點(diǎn)位中誤差。由于全站儀一測回測角中誤差為1"，根據(jù)誤差傳播率[4]，4測回測角中誤差為0.5"。而各期觀測角度各期觀測值差距不大，由精度估算公式得到的結(jié)果基本相等，因此，每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)只計(jì)算一個(gè)精度估算結(jié)果。將表1中觀測數(shù)據(jù)及各相關(guān)參數(shù)代入式（7），可估算得到各觀測點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差如表2所示。

可以看到，本觀測過程中，點(diǎn)位中誤差估算值非常小，說明在該斜拉橋塔頂偏位觀測中根據(jù)現(xiàn)場觀測條件而采取的測角前方交會(huì)觀測方案是非常合適的，交會(huì)圖形較好，測量得到的點(diǎn)位坐標(biāo)結(jié)果精確可靠。

3 結(jié)語

前方交會(huì)法在大壩監(jiān)測、邊坡監(jiān)測、礦山監(jiān)測、建筑物變形監(jiān)測等很多方面有著非常廣泛的應(yīng)用。它觀測簡便，成本低廉，利用常規(guī)測量設(shè)備和人工計(jì)算即可完成相關(guān)的平面變形監(jiān)測任務(wù)。實(shí)際的觀測實(shí)施過程中還應(yīng)充分考慮現(xiàn)場的基本條件，因地制宜的制定合適的監(jiān)測方案，靈活采用測角前方交會(huì)、測邊前方交會(huì)或者邊角前方交會(huì)等方法。該文的研究分析表明，采用測角前方交會(huì)可以有效避免采用全站儀測距不便或者測距精度受限等問題。在合適的交會(huì)圖形條件下，嚴(yán)格控制觀測質(zhì)量，可達(dá)到較為滿意的監(jiān)測精度。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙同龍，趙吉濤，路奎.前方交會(huì)三角測高法變形監(jiān)測應(yīng)用研究[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，25（3）：347-350.

[2] 凌鋒，薛世新.前方交會(huì)在建筑傾斜和水平位移監(jiān)測中的應(yīng)用探討[J].現(xiàn)代測繪，2011，34（2）：38-41.

[3] 過靜，饒?jiān)苿?土木工程測量[M].4版.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2011.

[4] 李澤.測量平差基礎(chǔ)[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2013.

[5] 周西振.前方交會(huì)法測定變形監(jiān)測點(diǎn)最佳交會(huì)圖形的探討[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2002（2）：53-55.

[6] 郭振平.兩點(diǎn)前方交會(huì)的精度分析[J].輕金屬，2005（12）：6-9.

摘 要：通過對永久性控制監(jiān)測資料的整理分析，可以及時(shí)掌握橋梁的健康狀況，發(fā)現(xiàn)橋梁中存在的隱患以確保其安全運(yùn)營。為此，應(yīng)在上下游主塔、主梁及承臺(tái)頂部設(shè)若干永久性測量標(biāo)志。橋梁的永久性控制點(diǎn)要牢固可靠，應(yīng)按永久性測量標(biāo)志設(shè)定。該文結(jié)合某斜拉橋周邊的地理環(huán)境和觀測條件，選取已有的永久控制點(diǎn)，利用測角前方交會(huì)法對某斜拉橋塔頂偏位進(jìn)行了觀測，對三期的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理和比較分析，估算了測量精度，得到了一些有益的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：測角前方交會(huì) 斜拉橋 監(jiān)測 精度分析

中圖分類號：P258 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（a）-0009-02

橋梁檢測是利用現(xiàn)代各種大地測量和精密測量技術(shù)測定大橋相應(yīng)部位的空間位置及其變化，為橋梁的現(xiàn)代化管理、養(yǎng)護(hù)提供幾何信息。為了利于分析判斷橋梁可能發(fā)生的病害原因，掌握運(yùn)營階段橋梁結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的變化，必須對結(jié)構(gòu)進(jìn)行永久性控制檢測。通過對永久性控制監(jiān)測資料的整理分析，可以及時(shí)掌握橋梁的健康狀況，發(fā)現(xiàn)橋梁中存在的隱患以確保其安全運(yùn)營。為此，應(yīng)在上下游主塔、主梁及承臺(tái)頂部設(shè)若干永久性測量標(biāo)志。橋梁的永久性控制點(diǎn)要牢固可靠，應(yīng)按永久性測量標(biāo)志設(shè)定。

對于斜拉橋的檢測工作，由于斜拉橋是高次超靜定的結(jié)構(gòu)體系，它的每個(gè)結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)位置變化與偏離都會(huì)在不同程度上引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力重新分配，因此在斜拉橋橋梁檢測工作中，對于塔頂偏位的長期監(jiān)測，對于了解橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化尤為重要。

目前，工程變形監(jiān)測既可以采用近景攝影測量法，也可以采用GPS技術(shù)、測量機(jī)器人技術(shù)等。這些技術(shù)一般具有自動(dòng)化程度高、信息量大等優(yōu)點(diǎn)，但另一方面又存在設(shè)備昂貴、對場地條件要求高、需要專門的數(shù)據(jù)處理軟件等缺陷[1]。事實(shí)上，許多變形監(jiān)測項(xiàng)目可以利用包括經(jīng)緯儀、全站儀在內(nèi)的常規(guī)測量設(shè)備，通過特定的測量方法和數(shù)學(xué)模型加以解決。本文針對監(jiān)測對象的特殊工況，結(jié)合現(xiàn)場觀測條件，采用測角前方交會(huì)法對某斜拉橋塔頂偏位進(jìn)行了變形監(jiān)測。測量過程易于實(shí)現(xiàn)，數(shù)學(xué)模型簡單易懂，計(jì)算便捷，無需專門數(shù)據(jù)處理軟件，計(jì)算所得的位置精度完全可以滿足監(jiān)測要求。

1 測角前方交會(huì)法的基本原理與精度估算公式

前方交會(huì)方法主要有測角前方交會(huì)，測邊前方交會(huì)以及邊角前方交會(huì)[2]。根據(jù)該文研究對象的基本情況，主要采用測角前方交會(huì)的方法，其基本原理和計(jì)算公式如下。

（1）設(shè)A、B為已知點(diǎn)，若分別對P點(diǎn)觀測了水平角α和β，則P點(diǎn)位置唯一得到，并可計(jì)算P點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算流程及相關(guān)公式如下[3]：

（1）

如圖1所示，據(jù)已知坐標(biāo)計(jì)算已知邊AB的方位角和邊長（坐標(biāo)反算）。

（2）推算AP和BP邊的坐標(biāo)方位角和邊長

（2）

（3）

其中。

（3）分別由A點(diǎn)和B點(diǎn)按下式推算P點(diǎn)坐標(biāo)（坐標(biāo)正算），并校核。

（4）

或者

（5）

也可采用以下計(jì)算公式直接得到坐標(biāo)計(jì)算結(jié)果：

（6）

由以上公式，根據(jù)誤差傳播定律[4]，可推導(dǎo)得到P點(diǎn)的點(diǎn)位精度估算公式為[2，5]

（7）

其中：為測角中誤差；為控制點(diǎn)之間的平距，=206265。

2 某斜拉橋塔頂偏位測量實(shí)施與成果分析

某斜拉橋的塔頂偏位測量需要對塔頂監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行多期觀測，比較其平面位置變化情況，從而反映出塔頂偏位情況。

根據(jù)現(xiàn)場的基本條件，在該斜拉橋4只塔柱的頂端選擇了4個(gè)典型位置布設(shè)變形觀測點(diǎn)。而在靠橋下游兩側(cè)岸邊，各具有1個(gè)永久性測量控制點(diǎn)，兩點(diǎn)連線大致與橋梁方向平行，兩控制點(diǎn)間的平距為1080.660 m?？刂泣c(diǎn)設(shè)置于高塔之上，用鋼筋混凝土澆注強(qiáng)制對中觀測墩，穩(wěn)固可靠。

如圖2所示，測量控制點(diǎn)到大橋塔頂距離較遠(yuǎn)（超過1000 m），與岸邊控制點(diǎn)高差也比較大（超過160 m），另外在塔頂監(jiān)測點(diǎn)安置全站儀反射棱鏡十分不便，用全站儀測距精度也有限，難以滿足監(jiān)測要求?？紤]到控制點(diǎn)相對于監(jiān)測點(diǎn)的方位，可形成有利的幾何圖形?？刂泣c(diǎn)對4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位所形成的交會(huì)角，其值均在75附近，根據(jù)文獻(xiàn)[6]的分析，交會(huì)角為75的交會(huì)圖形，做兩點(diǎn)前方交會(huì)精度是比較好的，僅次于交會(huì)角為90的情況。因此，在本次變形觀測工作中我們采用高精度全站儀進(jìn)行精密測角，利用測角前方交會(huì)法計(jì)算監(jiān)測點(diǎn)與控制點(diǎn)的相對位置。

根據(jù)該斜拉橋塔頂偏位測量的精度要求和現(xiàn)場條件，觀測采用1"級精度全站儀，對每一個(gè)角度測量4個(gè)測回。由于該橋塔頂偏位監(jiān)測僅需要了解各監(jiān)測周期內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)的平面位置變化情況，為簡化計(jì)算，以A，B兩控制點(diǎn)方向?yàn)閄軸建立局部平面直角坐標(biāo)系，將控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至該坐標(biāo)系下，則得到控制點(diǎn)B的平面坐標(biāo)為（0，0），控制點(diǎn)A的平面坐標(biāo)為（1080.660，0），然后根據(jù)角度測量值計(jì)算得到監(jiān)測點(diǎn)位坐標(biāo)。

如圖3所示，由于觀測距離較遠(yuǎn)，為避免江面上的霧氣影響空氣的能見度，提高目標(biāo)照準(zhǔn)精度，觀測時(shí)需選擇晴朗、少風(fēng)，低濕度天氣進(jìn)行。

根據(jù)上述方案，對該斜拉橋塔頂偏位進(jìn)行了3期觀測，自2011年開始到2013年，每年觀測一期。得到的成果數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1可以看出，各期觀測得到的點(diǎn)位平面位置變化量，偏移最大為3號點(diǎn)第一期與第二期的坐標(biāo)差值，其點(diǎn)位平面偏差為0.082m；偏移最小為2號點(diǎn)第二期與第三期的差值，其點(diǎn)位平面偏差為0.035m。從變化幅度看，三期的觀測結(jié)果各點(diǎn)的平面位置變化都在厘米的量級，并且沒有呈現(xiàn)出明顯的點(diǎn)位變形趨勢，可以認(rèn)為該橋梁在觀測周期內(nèi)并沒有產(chǎn)生明顯的塔頂偏位，進(jìn)一步估算觀測得到的點(diǎn)位中誤差。由于全站儀一測回測角中誤差為1"，根據(jù)誤差傳播率[4]，4測回測角中誤差為0.5"。而各期觀測角度各期觀測值差距不大，由精度估算公式得到的結(jié)果基本相等，因此，每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)只計(jì)算一個(gè)精度估算結(jié)果。將表1中觀測數(shù)據(jù)及各相關(guān)參數(shù)代入式（7），可估算得到各觀測點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差如表2所示。

可以看到，本觀測過程中，點(diǎn)位中誤差估算值非常小，說明在該斜拉橋塔頂偏位觀測中根據(jù)現(xiàn)場觀測條件而采取的測角前方交會(huì)觀測方案是非常合適的，交會(huì)圖形較好，測量得到的點(diǎn)位坐標(biāo)結(jié)果精確可靠。

3 結(jié)語

前方交會(huì)法在大壩監(jiān)測、邊坡監(jiān)測、礦山監(jiān)測、建筑物變形監(jiān)測等很多方面有著非常廣泛的應(yīng)用。它觀測簡便，成本低廉，利用常規(guī)測量設(shè)備和人工計(jì)算即可完成相關(guān)的平面變形監(jiān)測任務(wù)。實(shí)際的觀測實(shí)施過程中還應(yīng)充分考慮現(xiàn)場的基本條件，因地制宜的制定合適的監(jiān)測方案，靈活采用測角前方交會(huì)、測邊前方交會(huì)或者邊角前方交會(huì)等方法。該文的研究分析表明，采用測角前方交會(huì)可以有效避免采用全站儀測距不便或者測距精度受限等問題。在合適的交會(huì)圖形條件下，嚴(yán)格控制觀測質(zhì)量，可達(dá)到較為滿意的監(jiān)測精度。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙同龍，趙吉濤，路奎.前方交會(huì)三角測高法變形監(jiān)測應(yīng)用研究[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，25（3）：347-350.

[2] 凌鋒，薛世新.前方交會(huì)在建筑傾斜和水平位移監(jiān)測中的應(yīng)用探討[J].現(xiàn)代測繪，2011，34（2）：38-41.

[3] 過靜，饒?jiān)苿?土木工程測量[M].4版.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2011.

[4] 李澤.測量平差基礎(chǔ)[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2013.

[5] 周西振.前方交會(huì)法測定變形監(jiān)測點(diǎn)最佳交會(huì)圖形的探討[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2002（2）：53-55.

[6] 郭振平.兩點(diǎn)前方交會(huì)的精度分析[J].輕金屬，2005（12）：6-9.