■顧正雄 陳彥憲 王立志

（云南省地礦測繪院 云南昆明 650218）

淺談坐標(biāo)差分法全站儀技術(shù)在變形監(jiān)測中的應(yīng)用

■顧正雄 陳彥憲 王立志

（云南省地礦測繪院 云南昆明 650218）

測量工作是各種工程建設(shè)的前提和基礎(chǔ)，目前在實(shí)際生活中，隨著測繪技術(shù)和測量儀器的發(fā)展，測量工作的技術(shù)和方法也不斷得到了更新。不同的方法在實(shí)際工作中有不同的應(yīng)用，坐標(biāo)差分法是應(yīng)用在變形監(jiān)測中的一種重要方法，在本文中，分析了全站儀自由設(shè)站坐標(biāo)差分的方法，論述了坐標(biāo)差分法以及全站儀技術(shù)的相關(guān)原理以及其在實(shí)際中的應(yīng)用。

坐標(biāo)差分法全站儀技術(shù)變形監(jiān)測

在目前的生活中，各類工程建設(shè)紛紛開展，相關(guān)的測量工作正常順利進(jìn)行是各種工程順利實(shí)施開展的前提和基礎(chǔ)，而變形監(jiān)測是測量工作中的重要內(nèi)容。坐標(biāo)差分法是變形監(jiān)測中一種重要應(yīng)用的方法。在實(shí)際的變形監(jiān)測中高邊坡、深基坑、大壩以及橋梁等工程都會應(yīng)用到坐標(biāo)分差法。在深基坑工程方面，施工場地也會有較多的障礙和限制，而且也會有坑壁位移對周圍的地面情況帶來的一系列影響，全站儀固定安裝設(shè)置也就無法實(shí)現(xiàn)。而為了確保觀測的精準(zhǔn)度，在實(shí)際監(jiān)測中可以采用全站儀自由設(shè)站坐標(biāo)分差法，從而實(shí)現(xiàn)對變形點(diǎn)實(shí)行更加簡便、靈活、精準(zhǔn)的監(jiān)測，彌補(bǔ)其他的固定全站儀監(jiān)測方法在監(jiān)測中的不足。

1 坐標(biāo)差分法的原理

坐標(biāo)分差法是變形監(jiān)測中的一種重要的應(yīng)用方法，在實(shí)際的檢測中可以有效提高監(jiān)測精度，避免誤差，從而節(jié)約施工成本。在常見的變形監(jiān)測方法中，會首先設(shè)置固定的觀測基點(diǎn)在工程附近，而后在觀測基點(diǎn)上安置監(jiān)測儀器進(jìn)行監(jiān)測。在實(shí)際監(jiān)測過程中，一些工程受地理?xiàng)l件的影響，常用的變形監(jiān)測方法無法較好的實(shí)現(xiàn)監(jiān)測，故而會采用全站儀自由設(shè)站坐標(biāo)分差法來監(jiān)測監(jiān)測基點(diǎn)的水平位移和沉降位移的變形變形量。根據(jù)坐標(biāo)差分法的實(shí)際應(yīng)用及其特征，可以將坐標(biāo)差分法的原理可以分為兩個部分：平面坐標(biāo)差分以及高程坐標(biāo)差分。平面坐標(biāo)差分會先確定基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)，先找定一個假定點(diǎn)，根據(jù)假定點(diǎn)的坐標(biāo)和方向來對基準(zhǔn)點(diǎn)和檢測點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行測定，在得出基準(zhǔn)點(diǎn)和檢測點(diǎn)的坐標(biāo)后，將坐標(biāo)比例矩陣以及旋轉(zhuǎn)矩陣引入并進(jìn)行平差，從而得出各個點(diǎn)的變形位移量。高程坐標(biāo)差分則是指先假設(shè)一個穩(wěn)定點(diǎn)，然后確定穩(wěn)定點(diǎn)的高程，隨后根據(jù)這個穩(wěn)定點(diǎn)的高程對各個監(jiān)測點(diǎn)的高程和高程差分值進(jìn)行坐標(biāo)測量，獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

2 全站儀自由設(shè)站坐標(biāo)差分應(yīng)用實(shí)例

位于某單位區(qū)域內(nèi)的測區(qū)，如圖1所示，根據(jù)監(jiān)測規(guī)模，該地的變形監(jiān)測屬于小區(qū)域變形觀測。該地區(qū)的通視情況因?yàn)楦浇际前赜婉R路較為良好。考慮到監(jiān)測區(qū)域，將監(jiān)測點(diǎn)的距離都設(shè)置的較小，監(jiān)測點(diǎn)的名稱按照順序設(shè)置為1、2、3、4、5。將固定菱鏡安置在基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)。在現(xiàn)場隨機(jī)選取可以與各監(jiān)測點(diǎn)通視的觀測點(diǎn)S1、Sn（n=1，2……n）為初始觀測設(shè)站點(diǎn)和第n次觀測設(shè)站點(diǎn)。

圖1 監(jiān)測點(diǎn)分布圖

在設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)后，以一個月的時間為監(jiān)測期，將監(jiān)測分為六個周期，每個周期時間為5天，得出數(shù)據(jù)如下表所示。

表1 監(jiān)測數(shù)據(jù)表

在6個周期的觀察之后，將各個點(diǎn)的數(shù)據(jù)記錄下來，并通過數(shù)據(jù)線將全站儀和電腦連接起來，然后用vc對全站儀上記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，根據(jù)讀取到的點(diǎn)的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)來測算點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離，根據(jù)各個點(diǎn)的距離大小以及變化來確定各個點(diǎn)的變化狀態(tài)。計算方法如下：在進(jìn)行水平位移計算時，先計算每組數(shù)據(jù)中坐標(biāo)點(diǎn)的x坐標(biāo)和y坐標(biāo)的坐標(biāo)差分值，然后利用所得的差分值來計算基準(zhǔn)點(diǎn)之間的坐標(biāo)方位角。在方位角得以確定的基礎(chǔ)之上可以得出第1次觀測坐標(biāo)系和第n次觀測坐標(biāo)系的之間夾角，這個夾角也是第一次和第n次的后視方向之間的夾角。將旋轉(zhuǎn)矩陣引入得出的夾角，通過對第n次的觀測進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，將算出的第n次的坐標(biāo)差分值與旋轉(zhuǎn)矩陣相乘，隨后將比例系數(shù)矩陣進(jìn)行引入，就變成了在原始坐標(biāo)系中的坐標(biāo)差分值，第n次觀測的各點(diǎn)在初始坐標(biāo)系中坐標(biāo)也能夠得到算出。在測出各點(diǎn)的初始坐標(biāo)系后，找準(zhǔn)一個基準(zhǔn)點(diǎn)，將基準(zhǔn)點(diǎn)的初始系中的坐標(biāo)和坐標(biāo)差作為樣本數(shù)據(jù)，通過間接平差的平差方法來獲取各個點(diǎn)的變形位移量。

經(jīng)過一系列計算，可以得出高程變形沉降量，如表2所示：

表2 高程變形沉降量

全站儀是一種集光、機(jī)、電為一體的高科技測量儀器，它能夠自動的進(jìn)行識別、搜索和跟蹤，測量的精準(zhǔn)度比較高。但是在實(shí)際測量中，可能因?yàn)樽匀粭l件的因素會出現(xiàn)一定的誤差，但是由于此次監(jiān)測的時間周期只有一個月，所以受到的影響相對較小，可以忽略不計。在分析觀測點(diǎn)的數(shù)據(jù)時，參考點(diǎn)的穩(wěn)定性可以通過對穩(wěn)定點(diǎn)的相對關(guān)系來進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)沉降位移量和水平位移量數(shù)據(jù)變化波動來對各監(jiān)測點(diǎn)的變形位移是否均勻進(jìn)行判斷，如果數(shù)據(jù)在安全值以內(nèi)，就說明安全監(jiān)測的措施有效。

3 全站儀坐標(biāo)差分法的實(shí)際效果

根據(jù)文中的實(shí)例應(yīng)用，可以看出，全站儀坐標(biāo)分差法在實(shí)際監(jiān)測中具有較強(qiáng)的操作性和實(shí)用性，設(shè)置簡單、方便、靈活，同時由于觀測點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)距離近，通視情況好，觀測的精準(zhǔn)度很高，也節(jié)省降低了觀測成本。同時，數(shù)據(jù)的采集和處理都可以采用自動化，使得結(jié)果更加的準(zhǔn)確。

4 結(jié)束語

本文中只是對全站儀坐標(biāo)分差法在地形比較簡單，區(qū)域較小的地方的變形監(jiān)測進(jìn)行探究分析，證明了這一方法的效果良好，它讓觀測點(diǎn)可盡可能的靠近監(jiān)測點(diǎn)，大大提高了觀測精度，降低了觀測成本。在實(shí)際測量中，一些其他的較為復(fù)雜的工程的變形監(jiān)測中也可以采用這一監(jiān)測方法，對其實(shí)際功效進(jìn)行進(jìn)一步的探索和實(shí)驗(yàn)。

[1]賈永強(qiáng)，杜靜，楊旭.淺談坐標(biāo)差分法全站儀技術(shù)在變形監(jiān)測中的應(yīng)用 [J].西部資源,2013(04).

P123.2+11[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-11-109-2