CN110057342B - 一种使用全站仪和水准仪监测平面位移的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用全站仪和水准仪监测平面位移的方法，该方法包括如下：使两个强制对中观测墩位于同一坐标系下；从其中一个强制对中观测墩上测量出监测点到该强制对中观测墩的斜距S₁，测量监测点与该全站仪之间的高程差H₁；从另一个强制对中观测墩上测量出监测点到该强制对中观测墩的斜距S₂，测量出监测点与全站仪之间的高程差H₂；计算出平距D₁和D₂；使用平距D₁和D₂求解出监测点的平面坐标(x₁，y₁)；再测量监测点，得此时监测点的平面坐标(x₂，y₂)；将平面坐标(x₂，y₂)和平面坐标(x₁，y₁)相比对，得到对应的差值。使用本发明中的方法，不需要测量角度，避免了全站仪测角误差。

Description

一种使用全站仪和水准仪监测平面位移的方法

技术领域

本发明属于工程监测技术领域，具体涉及一种使用全站仪和水准仪监测平面位移的方法。

背景技术

近年来，随着我国经济快速发展，各种基础设施建设日益增多，在使用全站仪进行平面位移监测过程中，由于全站仪测角精度受地形和气候影响很大，从而降低了全站仪监测平面位移的精度。

目前为了提高全站仪监测平面位移精度，主要采用缩短监测视距或者避开影响大的地形，但随着城市化的发展，很多待测区域附近不存在这样的监测条件，从而无法进行有效的监测，所以需要对原有使用全站仪监测的方法进行改进，使其可以避免地形和气候对测角精度的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种使用全站仪和水准仪监测平面位移的方法，不需要测量角度，避免了全站仪测角误差。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种使用全站仪和水准仪监测平面位移的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：在被监测目标上选定一个监测点；

步骤2：在监测点附近稳定区建立两个强制对中观测墩，各强制对中观测墩均分别与各监测点通视。

步骤3：建立坐标系，使两个强制对中观测墩位于同一坐标系下，其中一个强制对中观测墩的坐标为A(x_a，y_a)，另一个强制对中观测墩的坐标为B(x_b，y_b)；其中：x_a、y_a、x_b和y_b均为任意数。

步骤4：使用全站仪从其中一个强制对中观测墩上测量出监测点到该强制对中观测墩的斜距S₁；使用水准仪测量出监测点与该全站仪之间的高程差H₁；其中：S₁和H₁为任意数。

使用全站仪从另一个强制对中观测墩上测量出监测点到该强制对中观测墩的斜距S₂；使用水准仪测量出监测点与该全站仪之间的高程差H₂；其中：S₂和H₂为任意数。

步骤5：使用步骤4中的高程差H₁与斜距S₁，计算出平距D₁；使用高程差H₂与斜距S₂，计算出平距D₂；其中：D₁和D₂均为正数。

步骤6：使用平距D₁和D₂求解出监测点的平面坐标(x₁，y₁)，并存储为初始值。

步骤7：当需得到监测点的平面位移量时，重复步骤4、5和6，得到此时监测点的平面坐标(x₂，y₂)。

步骤8：将对应的监测点的平面坐标(x₂，y₂)和平面坐标(x₁，y₁)相比对，得到对应的差值，即为该监测点的平面位移量。

选定多个监测点时，对各监测点分别单独监测，对每个监测点进行检测时，均重复步骤4、5、6、7和8，分别得到各监测点的平面位移量，即得到了被监测目标的平面位移。

进一步地，该步骤6和步骤7中求解监测点的平面坐标的具体过程如下：使用平距D₁与其中一个强制对中观测墩的坐标A(x_a,y_a)得到以下方程：

使用所述平距D₂与另一个强制对中观测墩的坐标B(x_b,y_b)得到以下方程：

联立所述方程(1)和(2)，解出x和y，即得监测点的坐标(x，y)；

其中：x、y、x_a、y_a、x_b和y_b均为任意数；

将所述步骤6中的(x₁，y₁)和步骤8中的((x₂，y₂)分别带入方程(1)和(2)中，分别联立，即得到(x₁，y₁)和((x₂，y₂)。

进一步地，计算平距D的过程如下：

其中：S为检测点到对应的观测墩的斜距；H为检测点到对应的观测墩的斜距；取值均为正数。

进一步地，步骤3中建立坐标系的方法如下：在其中一个强制对中观测墩上架设全站仪，设定该强制对中观测墩的坐标值，观测另一个强制对中观测墩，得出另一个强制对中观测墩的坐标。

本发明一种使用全站仪和水准仪监测平面位移的方法具有如下优点：提供了一种新的监测方法，不需要测量角度，监测过程中，避免了全站仪测角时受光线、地形、气候影响的误差，同时，有效提高监测精度。

附图说明

图1是本发明一种使用全站仪和水准仪监测平面位移的方法的示意图；

其中：1.强制对中观测墩；2.监测点。

具体实施方式

本发明一种使用全站仪和水准仪监测平面位移的方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤1：在被监测目标上选定一个监测点2；被监测目标是指建筑物。

步骤2：在监测点2附近稳定区建立两个强制对中观测墩1，各强制对中观测墩1均与监测点通视；在工程测量中，稳定区是一个相对的概念，没有一个绝对的标准，需考虑周边区的各种影响因素，如其他建筑，是否有施工等，其判定原则就是指位移移动变化可以忽略的区域。

步骤3：建立坐标系，使两个强制对中观测墩1位于同一坐标系下，其中一个强制对中观测墩1的坐标为A(x_a，y_a)，另一个的坐标为B(x_b，y_b)；其中：x_a、y_a、x_b和y_b均为任意数。

建立坐标系的具体过程如下：在其中一个强制对中观测墩1上架设全站仪，假定该强制对中观测墩1的坐标值，输入该全站仪中。然后使用该全站仪观测另一个强制对中观测墩1，即得出另一个强制对中观测墩1的坐标；即得出了在同一坐标系下的两个强制对中观测墩1的坐标值。

步骤4：使用全站仪从其中一个强制对中观测墩1上测量出监测点2到该强制对中观测墩1的斜距S₁，使用水准仪测量出监测点2与该全站仪之间的高程差H₁；其中：S₁和H₁为任意数；H₁实际高度是监测点2与该强制对中观测墩1之间的高程差与仪器高之和。在使用水准仪测量高程差时，实际操作是在强制对中观测墩上设定有一水准点，用水准仪测量的是监测点2和水准点之间的高程差，然后用测量尺测量全站仪与水准点之间的距离。两者之和为监测点2与该全站仪之间的高程差H₁。

使用全站仪从另一个强制对中观测墩1上测量出监测点到该强制对中观测墩1的斜距S₂，使用水准仪测量出监测点与该全站仪之间的高程差H₂；其中：距S₂和H₂为任意数；H₂实际高度是监测点2与该强制对中观测墩1之间的高程差与仪器高之和，求法与H₁相同。

步骤5：使用步骤4中所述的高程差H₁与斜距S₁，计算出平距D₁；使用高程差H₂与斜距S₂，计算出平距D₂；其中：D₁和D₂为正数；

计算平距D的过程如下：

将高程差H₁和斜距S₁，高程差H₂和斜距S₂分别带入公式(3)中，即可得出对应的平距D₁和D₂。

步骤6：使用上述平距D₁和D₂求解出所述监测点的平面坐标(x₁，y₁)，并存储为初始值；

具体为：使用平距D₁与其中一个强制对中观测墩(1)的坐标A(x_a,y_a)得到以下方程：

使用所述平距D₂与另一个强制对中观测墩(1)的坐标B(x_b,y_b)得到以下方程：

联立所述方程(1)和(2)，解出x和y，即得监测点的坐标(x，y)；

其中：x、y、x_a、y_a、x_b和y_b均为任意数。

将步骤6中的(x₁，y₁)和步骤7中的(x₂，y₂)分别带入方程(1)和(2)中，分别联立，即得到(x₁，y₁)和((x₂，y₂)。

步骤7：当需得到监测点2的平面位移量时，重复步骤4、5和6，得到此时所述监测点2的平面坐标(x₂，y₂)；

步骤8：将平面坐标(x₂，y₂)和平面坐标(x₁，y₁)相比对，得到对应的差值，即为所述监测点的平面位移量。Δx＝x₂-x₁；Δy＝y₂-y₁，即是监测点2在对应方向上的平面位移。

对于一般的建筑物来说，一个监测点2并不能真实的反映出监测平面是否发生位移变化，所以，一般是选定多个监测点2，在监测时，各监测点2之间相互独立，即分别对各监测点2进行监测。最终由各监测点2的位移变化值，得出被监测目标是否发生了位移变化。具体为，各监测点2的位移变化是朝向同一方向发生了变化，还是变化方向不一致，如果是朝向同一方向发生了变化，则判断出了被监测目标的变化位移。

选定多个监测点2时，对各监测点2分别单独监测，对每个监测点进行检测时，均重复步骤4、5、6、7和8，分别得到各监测点2的平面位移量，即得到了被监测目标的平面位移。

在本领域中，进行监测时，单位选定的是mm。采用本发明中的方法与现有技术中普遍采用的方法比较，其中，现有技术中的方法为通过测定距离和角度相结合的方法进行监测，即在稳定区设定两个强制对中观测墩，其中一个强制对中观测墩作为后视点。测定监测点与全站仪之间的斜距和监测点的夹角，得出监测点坐标。

监测点2选定一个，设定其中一个强制对中观测墩的坐标为(1000，1000)，测得另一个强制对中观测墩的坐标(1124.1235，1098.2546)，采用本发明中的方法测得的各数据如表1所示：

表1采用本发明中的方法测得的监测点的偏差

其中：设定一个强制对中观测墩为A，另一个强制对中观测墩为B。

采用现有技术中的方法测得的数据如表2所示：

表2现有技术中的方法测得的监测点的偏差

观测次数	第1次	第2次	第3次
				监测点x值	944.8474	944.8486	944.8481
监测点y值	1252.8165	1252.8164	1252.8153
				x差值(m)	0.0009	-0.0003	0.0002
y差值(m)	-0.0006	-0.0005	0.0006

在本施工领域，精度要求为mm。采用本申请中的方法和现有技术中的方法对同一监测点均监测三次，监测点的坐标如表1和表2所示的x值和y值，与标准值的偏差如表1和表2中的x差值和y差值项所示，可知，采用本发明中的方法，x差值和y差值均比现用技术中的方法的差值小。本发明中的方法适用于现场监测，且对监测点监测的精度提高了。

Claims (5)

1.一种使用全站仪和水准仪监测平面位移的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：在被监测目标上选定一个监测点(2)；

步骤2：在所述监测点(2)附近稳定区建立两个强制对中观测墩(1)，各所述强制对中观测墩(1)均分别与各所述监测点(2)通视；

步骤3：建立坐标系，使两个所述强制对中观测墩(1)位于同一坐标系下，其中一个强制对中观测墩(1)的坐标为A(x_a，y_a)，另一个强制对中观测墩(1)的坐标为B(x_b，y_b)；其中：x_a、y_a、x_b和y_b均为任意数；

步骤4：使用全站仪从其中一个所述强制对中观测墩(1)上测量出所述监测点(2)到该强制对中观测墩(1)的斜距S₁；使用水准仪测量出所述监测点(2)与该全站仪之间的高程差H₁；其中：S₁和H₁为任意数；使用全站仪从另一个强制对中观测墩(1)上测量出所述监测点(2)到该强制对中观测墩(1)的斜距S₂；使用水准仪测量出所述监测点(2)与该全站仪之间的高程差H₂；其中：S₂和H₂为任意数；

步骤5：使用步骤4中所述的高程差H₁与斜距S₁，计算出平距D₁；使用所述高程差H₂与斜距S₂，计算出平距D₂；其中：D₁和D₂均为正数；

步骤6：使用所述平距D₁和D₂求解出所述监测点(2)的平面坐标(x₁，y₁)，并存储为初始值；

步骤7：当需得到所述监测点(2)的平面位移量时，重复步骤4、5和6，得到此时所述监测点(2)的平面坐标(x₂，y₂)；

步骤8：将对应的所述监测点(2)的平面坐标(x₂，y₂)和平面坐标(x₁，y₁)相比对，得到对应的差值，即为该所述监测点(2)的平面位移量。

2.根据权利要求1所述的一种使用全站仪和水准仪监测平面位移的方法，其特征在于，当选定多个监测点(2)时，对各所述监测点(2)分别单独监测，对每个监测点进行检测时，均重复步骤4、5、6、7和8，分别得到各监测点(2)的平面位移量，即得到了被监测目标的平面位移。

3.根据权利要求1或2所述的一种使用全站仪和水准仪监测平面位移的方法，其特征在于，所述步骤6和所述步骤7中求解所述监测点(2)的平面坐标的具体过程如下，其中，先设定所述监测点(2)的平面坐标为(x，y)；

使用所述平距D₁与其中一个强制对中观测墩(1)的坐标A(x_a,y_a)得到以下方程：

使用所述平距D₂与另一个强制对中观测墩(1)的坐标B(x_b,y_b)得到以下方程：

联立所述方程(1)和(2)，解出x和y，即得监测点的坐标(x，y)；

其中：x、y、x_a、y_a、x_b和y_b均为任意数；

将所述步骤6中的(x₁，y₁)和步骤7中的(x₂，y₂)分别带入方程(1)和(2)中，分别联立，即得到(x₁，y₁)和(x₂，y₂)。

4.根据权利要求1或2所述的一种使用全站仪和水准仪监测平面位移的方法，其特征在于，计算所述步骤5中的平距的过程如下：设定平距为D；

其中：S为检测点到对应的观测墩的斜距；H为监测点到全站仪的高程差；取值均为任意数。

5.根据权利要求3所述的一种使用全站仪和水准仪监测平面位移的方法，其特征在于，步骤3中建立坐标系的方法如下：在其中一个所述强制对中观测墩(1)上架设全站仪，设定该强制对中观测墩(1)的坐标值，然后通过全站仪观测另一个所述强制对中观测墩(1)，得出另一个强制对中观测墩(1)的坐标，即得坐标系。

Images