淺談坐標差分法全站儀技術在變形監測中的應用

■顧正雄 陳彥憲 王立志

（云南省地礦測繪院 云南昆明 650218）

淺談坐標差分法全站儀技術在變形監測中的應用

■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的前提和基礎，目前在實際生活中，隨著測繪技術和測量儀器的發展，測量工作的技術和方法也不斷得到了更新。不同的方法在實際工作中有不同的應用，坐標差分法是應用在變形監測中的一種重要方法，在本文中，分析了全站儀自由設站坐標差分的方法，論述了坐標差分法以及全站儀技術的相關原理以及其在實際中的應用。

坐標差分法全站儀技術變形監測

在目前的生活中，各類工程建設紛紛開展，相關的測量工作正常順利進行是各種工程順利實施開展的前提和基礎，而變形監測是測量工作中的重要內容。坐標差分法是變形監測中一種重要應用的方法。在實際的變形監測中高邊坡、深基坑、大壩以及橋梁等工程都會應用到坐標分差法。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，全站儀固定安裝設置也就無法實現。而為了確保觀測的精準度，在實際監測中可以采用全站儀自由設站坐標分差法，從而實現對變形點實行更加簡便、靈活、精準的監測，彌補其他的固定全站儀監測方法在監測中的不足。

1 坐標差分法的原理

坐標分差法是變形監測中的一種重要的應用方法，在實際的檢測中可以有效提高監測精度，避免誤差，從而節約施工成本。在常見的變形監測方法中，會首先設置固定的觀測基點在工程附近，而后在觀測基點上安置監測儀器進行監測。在實際監測過程中，一些工程受地理條件的影響，常用的變形監測方法無法較好的實現監測，故而會采用全站儀自由設站坐標分差法來監測監測基點的水平位移和沉降位移的變形變形量。根據坐標差分法的實際應用及其特征，可以將坐標差分法的原理可以分為兩個部分：平面坐標差分以及高程坐標差分。平面坐標差分會先確定基準點和監測點，先找定一個假定點，根據假定點的坐標和方向來對基準點和檢測點的坐標進行測定，在得出基準點和檢測點的坐標后，將坐標比例矩陣以及旋轉矩陣引入并進行平差，從而得出各個點的變形位移量。高程坐標差分則是指先假設一個穩定點，然后確定穩定點的高程，隨后根據這個穩定點的高程對各個監測點的高程和高程差分值進行坐標測量，獲得準確數據。

2 全站儀自由設站坐標差分應用實例

位于某單位區域內的測區，如圖1所示，根據監測規模，該地的變形監測屬于小區域變形觀測。該地區的通視情況因為附近都是柏油馬路較為良好。考慮到監測區域，將監測點的距離都設置的較小，監測點的名稱按照順序設置為1、2、3、4、5。將固定菱鏡安置在基準點和監測點。在現場隨機選取可以與各監測點通視的觀測點S1、Sn（n=1，2……n）為初始觀測設站點和第n次觀測設站點。

圖1 監測點分布圖

在設置監測點后，以一個月的時間為監測期，將監測分為六個周期，每個周期時間為5天，得出數據如下表所示。

表1 監測數據表

在6個周期的觀察之后，將各個點的數據記錄下來，并通過數據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據進行讀取，根據讀取到的點的X坐標和Y坐標來測算點與點之間的距離，根據各個點的距離大小以及變化來確定各個點的變化狀態。計算方法如下：在進行水平位移計算時，先計算每組數據中坐標點的x坐標和y坐標的坐標差分值，然后利用所得的差分值來計算基準點之間的坐標方位角。在方位角得以確定的基礎之上可以得出第1次觀測坐標系和第n次觀測坐標系的之間夾角，這個夾角也是第一次和第n次的后視方向之間的夾角。將旋轉矩陣引入得出的夾角，通過對第n次的觀測進行旋轉，將算出的第n次的坐標差分值與旋轉矩陣相乘，隨后將比例系數矩陣進行引入，就變成了在原始坐標系中的坐標差分值，第n次觀測的各點在初始坐標系中坐標也能夠得到算出。在測出各點的初始坐標系后，找準一個基準點，將基準點的初始系中的坐標和坐標差作為樣本數據，通過間接平差的平差方法來獲取各個點的變形位移量。

經過一系列計算，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、電為一體的高科技測量儀器，它能夠自動的進行識別、搜索和跟蹤，測量的精準度比較高。但是在實際測量中，可能因為自然條件的因素會出現一定的誤差，但是由于此次監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。在分析觀測點的數據時，參考點的穩定性可以通過對穩定點的相對關系來進行驗證。根據沉降位移量和水平位移量數據變化波動來對各監測點的變形位移是否均勻進行判斷，如果數據在安全值以內，就說明安全監測的措施有效。

3 全站儀坐標差分法的實際效果

根據文中的實例應用，可以看出，全站儀坐標分差法在實際監測中具有較強的操作性和實用性，設置簡單、方便、靈活，同時由于觀測點和監測點距離近，通視情況好，觀測的精準度很高，也節省降低了觀測成本。同時，數據的采集和處理都可以采用自動化，使得結果更加的準確。

4 結束語

本文中只是對全站儀坐標分差法在地形比較簡單，區域較小的地方的變形監測進行探究分析，證明了這一方法的效果良好，它讓觀測點可盡可能的靠近監測點，大大提高了觀測精度，降低了觀測成本。在實際測量中，一些其他的較為復雜的工程的變形監測中也可以采用這一監測方法，對其實際功效進行進一步的探索和實驗。

[1]賈永強，杜靜，楊旭.淺談坐標差分法全站儀技術在變形監測中的應用 [J].西部資源,2013(04).

P123.2+11[文獻碼]B

1000-405X（2015）-11-109-2