高海拔地區(qū)大壩變形位移數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技術(shù)研究

楊佩 汪過兵

摘 要：高海拔地帶，氣象條件的變化會(huì)導(dǎo)致空氣折射率發(fā)生變動(dòng)，從而顯著降低大壩安全監(jiān)測(cè)的精確度。為了解決高海拔地帶氣象條件變化對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)精確度的影響，利用徠卡TC1201全站儀觀測(cè)九甸峽某大壩的變形位移，提出了一套新的數(shù)據(jù)處理方法，用于高海拔、溫濕度變化顯著的地區(qū)，旨在實(shí)現(xiàn)大壩觀測(cè)位移測(cè)量數(shù)據(jù)的高精度處理。研究綜合應(yīng)用了氣象改正公式和邊長(zhǎng)改正公式，并通過對(duì)比分析人工計(jì)算與全站儀自動(dòng)計(jì)算的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過改正后的數(shù)據(jù)更為接近基準(zhǔn)值。這一重要發(fā)現(xiàn)不僅解決了高海拔、溫濕度變化較大地區(qū)大壩變形位移數(shù)據(jù)處理中誤差大的技術(shù)難題，而且為今后類似工程提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)，也為相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步貢獻(xiàn)了力量。

關(guān)鍵詞：大壩表面位移；氣象改正；斜距改平；坐標(biāo)正反算

中圖分類號(hào)：TV698 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡(jiǎn)介：楊佩（1991-），男，大學(xué)本科，工程師，主要研究方向：水利水電工程管理、大壩安全監(jiān)測(cè)。

△通信作者：汪過兵（1990-），男，博士，工程師，主要研究方向：工程振動(dòng)、抗震、檢測(cè)、鑒定加固。

0 引言

隨著現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步與革新，基于機(jī)器視覺的結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)方法正日益受到廣泛應(yīng)用。這種方法不僅具有極高的監(jiān)測(cè)精度，能夠準(zhǔn)確捕捉結(jié)構(gòu)位移的細(xì)微變化，而且相較于傳統(tǒng)方法，其成本更為低廉，具有顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。因此，基于機(jī)器視覺的結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)技術(shù)已成為現(xiàn)代工程安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的一大亮點(diǎn)，為結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng)估提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持[1-3]。

隨著科技的飛速發(fā)展和創(chuàng)新，監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)涌現(xiàn)出眾多前沿且高效的方法。支持向量機(jī)作為機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)，因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用于各類數(shù)據(jù)處理和模式識(shí)別任務(wù)中。它能夠通過構(gòu)建高維空間中的超平面，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的分類和回歸，展現(xiàn)出強(qiáng)大的泛化能力和魯棒性[4]。此外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[5-7]也是近年來(lái)備受矚目的技術(shù)之一，通過模擬人腦神經(jīng)元的連接和工作方式，構(gòu)建復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)處理和分析數(shù)據(jù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具有強(qiáng)大的非線性映射和自學(xué)能力，能夠自動(dòng)提取數(shù)據(jù)中的特征并進(jìn)行分類、回歸，為監(jiān)測(cè)技術(shù)提供了更為精確和可靠的數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，時(shí)間序列模型也在監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。時(shí)間序列數(shù)據(jù)往往具有連續(xù)性和時(shí)序性，通過構(gòu)建合適的時(shí)間序列模型，捕捉數(shù)據(jù)中的時(shí)間依賴關(guān)系和趨勢(shì)變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)和監(jiān)控。這些模型在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)被證明具有較高的可靠性和準(zhǔn)確性，為監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供了有力的支持。

近年來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和普及，這些監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)逐漸滲透到多個(gè)領(lǐng)域，并得到了廣泛應(yīng)用。在橋梁工程中，監(jiān)測(cè)技術(shù)為橋梁的安全運(yùn)營(yíng)提供了重要保障，通過對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，預(yù)防事故的發(fā)生[8]。在深基坑工程中，監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠幫助工程師實(shí)時(shí)掌握基坑變形和土體位移情況[9]，為施工過程中的安全控制提供重要依據(jù)。此外，在民用基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域[10]，監(jiān)測(cè)技術(shù)也發(fā)揮著重要作用，為城市的安全和可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持。特別是在大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方面[11-15]，監(jiān)測(cè)技術(shù)更是展現(xiàn)出了巨大的潛力和價(jià)值。同時(shí)，大壩作為重要的水利工程設(shè)施，其安全性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)的穩(wěn)定。通過應(yīng)用支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及時(shí)間序列模型等先進(jìn)監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理各種潛在的安全隱患。這些技術(shù)不僅提高了大壩監(jiān)測(cè)的效率和準(zhǔn)確性，還為大壩的安全運(yùn)營(yíng)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

通過對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的深入分析和整理，能夠及時(shí)了解大壩的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，并據(jù)此制定相應(yīng)的運(yùn)行管理建議。因此可以在危險(xiǎn)源尚未造成實(shí)際損害之前，采取有效的措施進(jìn)行消除，從而確保大壩的穩(wěn)定運(yùn)行和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全[16-17]。這種基于先進(jìn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的預(yù)防性管理策略，不僅提高了大壩的安全性能，也為大壩的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力的技術(shù)保障。但在高海拔地帶的大壩安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，氣象條件的變化往往導(dǎo)致空氣折射率發(fā)生波動(dòng)，特別是在高海拔、溫度及氣壓變化顯著的區(qū)域進(jìn)行測(cè)量時(shí)，大壩變形監(jiān)測(cè)位移數(shù)據(jù)處理中的誤差問題尤為突出。

為解決高海拔地帶氣象條件變化對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)精確度的影響，文章利用徠卡TC1201全站儀觀測(cè)九甸峽某大壩的變形位移，深入探索并提出了一種適用于高海拔、溫濕度變化較大地區(qū)大壩觀測(cè)位移測(cè)量數(shù)據(jù)的高精度處理方法。該方法綜合運(yùn)用了氣象改正和邊長(zhǎng)改正公式，通過對(duì)比分析人工計(jì)算與全站儀自動(dòng)計(jì)算的結(jié)果，成功地降低了數(shù)據(jù)處理中的誤差，使數(shù)據(jù)更加接近真實(shí)情況。不僅解決了當(dāng)前大壩安全監(jiān)測(cè)中面臨的技術(shù)難題，也為今后類似工程提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于提升大壩安全監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性具有重要意義。

1 外觀控制測(cè)量方法

九甸峽地區(qū)地處高海拔地帶，外觀控制測(cè)量工作主要聚焦于大壩壩后固定坐標(biāo)點(diǎn)及廠房后邊坡的表面位移監(jiān)測(cè)。在測(cè)量過程中，采用了徠卡TC1201全站儀，通過精確的極坐標(biāo)法來(lái)確定邊長(zhǎng)的平距和坐標(biāo)方位角，進(jìn)而計(jì)算出所需被測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。但在實(shí)際操作中，注意到由于氣象條件的變化及邊長(zhǎng)儀器本身的誤差，測(cè)量結(jié)果并未進(jìn)行必要的改正。

現(xiàn)有的測(cè)量數(shù)據(jù)完全依賴于全站儀的自動(dòng)輸出，缺乏人工計(jì)算對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的改正，導(dǎo)致了大壩變形位移數(shù)據(jù)處理中的誤差較大，無(wú)法滿足高精度測(cè)量的需求。

2 TC1201全站儀系統(tǒng)影響因素分析

TC1201全站儀具備一系列高級(jí)設(shè)置改正功能，包括：（1）允許用戶設(shè)置常數(shù)，對(duì)邊長(zhǎng)進(jìn)行精確的常數(shù)改正，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確性；（2）允許輸入實(shí)時(shí)的氣溫和氣壓數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)邊長(zhǎng)進(jìn)行氣象改正，以消除氣象條件對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；（3）全站儀能夠自動(dòng)測(cè)量垂直角，并據(jù)此計(jì)算邊長(zhǎng)改平，從而直接輸出平距。

TC1201全站儀在高海拔地帶測(cè)量數(shù)據(jù)的處理流程如下：

（1）為確保TC1201全站儀在高海拔地帶上測(cè)量九甸峽某大壩表面位移觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，采取了多項(xiàng)措施。其中，對(duì)全站儀進(jìn)行定期檢驗(yàn)是至關(guān)重要的一環(huán)。通過定期檢驗(yàn)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正儀器可能存在的誤差，確保其始終處于最佳工作狀態(tài)。在檢驗(yàn)過程中，嚴(yán)格遵循全站儀提供的加常數(shù)、乘常數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。這些參數(shù)是儀器在出廠時(shí)經(jīng)過精密校準(zhǔn)得到的，對(duì)于保證測(cè)量精度具有至關(guān)重要的作用。

在日常測(cè)量過程中，嚴(yán)禁隨意更改這些關(guān)鍵設(shè)置。因?yàn)槿魏稳藶榈母膭?dòng)都可能對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。這種偏差可能非常微小，但在高精度測(cè)量中，即使是微小的誤差也可能被放大，從而對(duì)大壩的安全評(píng)估產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，始終堅(jiān)守這一原則，確保在每一次測(cè)量中都能達(dá)到最高的精度標(biāo)準(zhǔn)。這不僅是對(duì)工作質(zhì)量的嚴(yán)格要求，更是對(duì)大壩安全運(yùn)行的負(fù)責(zé)任態(tài)度。通過這些措施的實(shí)施，能夠確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，為大壩的安全監(jiān)測(cè)提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。

（2）由于氣象改正儀器在實(shí)時(shí)驗(yàn)證輸入的氣溫、氣壓等數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性方面存在局限性，特別是在高海拔地區(qū)及溫度變化顯著的區(qū)域，氣象參數(shù)的準(zhǔn)確性對(duì)于測(cè)量結(jié)果的精確性具有不可忽視的影響。因此，在進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)，必須嚴(yán)格遵循即時(shí)測(cè)量、即時(shí)記錄的原則，確保對(duì)氣象條件（包括溫度、氣壓、相對(duì)濕度等）進(jìn)行準(zhǔn)確、詳盡的記錄。該做法的重要性不僅可提高測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性，更為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和處理提供堅(jiān)實(shí)、精準(zhǔn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過嚴(yán)格記錄氣象條件，能夠更準(zhǔn)確地分析氣象因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的具體影響，進(jìn)而采取相應(yīng)的措施進(jìn)行修正和補(bǔ)償，力求獲得最準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

在九甸峽大壩的變形測(cè)量中，特別重視氣象因素對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響。不僅配備了專業(yè)的氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備，還安排專人對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄。同時(shí)，加強(qiáng)與氣象部門的溝通與合作，獲取更準(zhǔn)確的氣象數(shù)據(jù)，為測(cè)量工作提供有力的支持。通過這一系列措施的實(shí)施，能夠更加全面、深入地了解氣象因素對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響，并采取有效的措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)。

（3）在測(cè)量實(shí)踐中，全站儀是計(jì)算平距的重要工具，主要通過垂直角來(lái)修正邊長(zhǎng)，從而得出平距。此方法在一般的低精度測(cè)量中表現(xiàn)良好，能夠滿足基本的測(cè)量需求。但當(dāng)對(duì)測(cè)量精度提出更高要求時(shí)，如在大壩變形監(jiān)測(cè)高精度測(cè)量中，簡(jiǎn)單的垂直角修正方法就顯得不夠精確。

在追求更高精度的測(cè)量中，斜距到平距的轉(zhuǎn)換是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換，需要依賴更為精確的高差數(shù)據(jù)。若僅僅通過水準(zhǔn)測(cè)量得到的高差來(lái)直接改正平距，往往難以實(shí)現(xiàn)高精度。因此，需要尋求更為有效的解決方法。

為此，利用全站儀來(lái)測(cè)量高差，并以此為基礎(chǔ)對(duì)斜距進(jìn)行平距改正。研究充分利用全站儀在測(cè)量方面的優(yōu)勢(shì)，能夠準(zhǔn)確獲取高差數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)斜距到平距的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換。通過這種方法，不僅能夠提高測(cè)量的精度，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，還能夠在高海拔、溫濕度變化等復(fù)雜環(huán)境下保證測(cè)量結(jié)果的可靠性。這對(duì)于大壩變形監(jiān)測(cè)等高精度測(cè)量工作來(lái)說，具有非常重要的意義。

綜上所述，利用全站儀測(cè)量高差來(lái)改正斜距到平距的方法，是一種高效且精確的方法，對(duì)于提高測(cè)量精度和保證測(cè)量結(jié)果可靠性具有重要作用。在未來(lái)的測(cè)量工作中，可以進(jìn)一步推廣和應(yīng)用這種方法，以滿足更高精度的測(cè)量需求。

3 系統(tǒng)氣象改正和人工氣象改正比較

（1）選定基準(zhǔn)值

給定驗(yàn)算基準(zhǔn)值Ⅱ21（X：3 868 491.095 8，Y：394 340.026 1），此值已加氣象改正、邊長(zhǎng)改平。

（2）全站儀自動(dòng)測(cè)量值

在全站儀設(shè)站完成后，首先輸入相關(guān)的氣象參數(shù)，包括溫度、氣壓等，這些參數(shù)對(duì)于后續(xù)的測(cè)量精度至關(guān)重要。隨后，全站儀會(huì)利用其高精度測(cè)量系統(tǒng)直接測(cè)出目標(biāo)點(diǎn)的角度、斜距以及高差。所有原始數(shù)據(jù)可作為后續(xù)計(jì)算的基礎(chǔ)。

在獲取角度、斜距和高差等原始數(shù)據(jù)后，通過一系列復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算來(lái)推算出坐標(biāo)方位角和平距。坐標(biāo)方位角是確定目標(biāo)點(diǎn)位置的關(guān)鍵參數(shù)，它描述了目標(biāo)點(diǎn)與全站儀之間的相對(duì)方向；而平距則是通過斜距和高差進(jìn)行修正后得到的水平距離，消除了地形起伏對(duì)距離測(cè)量的影響。

利用推算出的坐標(biāo)方位角和平距，可進(jìn)一步計(jì)算出目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)。坐標(biāo)數(shù)據(jù)不僅準(zhǔn)確反映了目標(biāo)點(diǎn)的空間位置，還為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和處理提供了可靠的依據(jù)。

在整個(gè)測(cè)量過程中，注重?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，通過嚴(yán)格的操作流程和數(shù)據(jù)處理方法，確保最終的測(cè)量結(jié)果能夠真實(shí)反映目標(biāo)點(diǎn)的實(shí)際情況。同時(shí)，也會(huì)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整和優(yōu)化測(cè)量方案，以適應(yīng)不同環(huán)境和條件下的測(cè)量需求。

（3）人工改正坐標(biāo)值

在進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)量時(shí)，除了依賴全站儀的自動(dòng)計(jì)算功能外，采取人工計(jì)算的方式，以確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。人工計(jì)算坐標(biāo)方位角時(shí)，綜合考慮多種因素，包括起始方位角的設(shè)定、水平角的觀測(cè)值及左右角的判斷等。特別是在進(jìn)行氣象改正時(shí)，根據(jù)實(shí)時(shí)輸入的氣溫、氣壓等氣象參數(shù)，通過精確的算法對(duì)邊長(zhǎng)進(jìn)行修正，以消除氣象條件對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

此外，為了得到更為精確的平距數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行邊長(zhǎng)改平的計(jì)算。在這一過程中，充分考慮地形起伏、地球曲率等因素對(duì)邊長(zhǎng)測(cè)量的影響，通過復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算對(duì)斜距進(jìn)行修正，得到更準(zhǔn)確的平距值。

通過人工計(jì)算坐標(biāo)方位角加氣象改正、邊長(zhǎng)改平所得出的測(cè)量數(shù)據(jù)，不僅具有更高的精度和可靠性，還能夠提供更加全面、深入的數(shù)據(jù)分析結(jié)果。這不僅有助于準(zhǔn)確了解目標(biāo)點(diǎn)的空間位置，還能夠?yàn)楹罄m(xù)的工程設(shè)計(jì)和決策提供有力的支持。因此，在進(jìn)行高精度測(cè)量時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵循這些計(jì)算步驟，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

（4）驗(yàn)算過程

研究選取了Ⅱ17、Ⅱ25、Ⅱ21三個(gè)關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，其分布在整個(gè)控制網(wǎng)的重要位置，對(duì)于整個(gè)測(cè)量工作具有代表性，如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)采取多種方法進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算。首先，以Ⅱ17測(cè)點(diǎn)作為測(cè)站點(diǎn)，Ⅱ25作為后視點(diǎn)，對(duì)Ⅱ21被測(cè)點(diǎn)進(jìn)行直接觀測(cè)。使用TC1201全站儀進(jìn)行觀測(cè)，利用其高精度的測(cè)量功能，獲得了直接觀測(cè)數(shù)據(jù)。其次，利用人工計(jì)算坐標(biāo)方位角。在計(jì)算過程中，充分考慮了氣象因素的影響，對(duì)邊長(zhǎng)進(jìn)行了氣象改正，并進(jìn)行了邊長(zhǎng)改平處理，從而得到了另一組測(cè)量數(shù)據(jù)。最后，將其與Ⅱ21坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析。給定的坐標(biāo)數(shù)據(jù)已經(jīng)經(jīng)過了氣象改正和邊長(zhǎng)改平處理，因此具有較高的參考價(jià)值，可以作為驗(yàn)算的基準(zhǔn)值。在驗(yàn)算過程中，采用全站儀水平角的2個(gè)測(cè)回求平均值。該方法能夠消除單次測(cè)量的偶然誤差，提高測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。通過對(duì)比分析能夠確定實(shí)際測(cè)量過程中環(huán)境條件、邊長(zhǎng)改平等因素對(duì)誤差的影響。發(fā)現(xiàn)2種方法得到的測(cè)量數(shù)據(jù)存在一定的差異。這種差異可能是由于環(huán)境條件的變化、儀器誤差及人為操作誤差等多種因素造成。同時(shí)也能夠確定哪些因素對(duì)誤差的影響較大，從而采取相應(yīng)的措施進(jìn)行修正和改進(jìn)。圖1中，A點(diǎn)為Ⅱ25點(diǎn)（x A ，y A），B點(diǎn)為Ⅱ17點(diǎn)（x B ，y B），C點(diǎn)為Ⅱ21（x C ，y C），以上演算過程中所涉及的邊長(zhǎng)、角度、坐標(biāo)編號(hào)都以圖1為準(zhǔn)，主要為計(jì)算方便。

（1）利用Ⅱ17 （X：3868652.1660，Y：394103.2230）、Ⅱ25（X：3 868 995.398 0， Y：394 670.663 5）給定坐標(biāo)，利用坐標(biāo)反算[18]其坐標(biāo)方位角 α AB 及 S AB ，坐標(biāo)增量符號(hào)見表1。

由于Δx AB 、Δy AB 均為負(fù)值，故 α AB 是第3象限角，故有：

以上推算可得出AB邊的坐標(biāo)方位為：

α AB =238°49′52.32″ （8）

AB邊長(zhǎng)為 S AB =663.171 9 m 。

（2）利用AB邊坐標(biāo)方位角推算BC邊坐標(biāo)方位角。全站儀兩測(cè)回實(shí)測(cè)水平角的平均值求出AB邊與BC邊的夾角 β 左 （測(cè)量值），經(jīng)兩測(cè)回實(shí)測(cè)得出β 左 =65°23′33.25″ 。通過邊長(zhǎng)坐標(biāo)方位角[18]推算公式求出 α BC 。

故有：α BC =α AB +β 左 -180°， α BC =α AB +β 左 +180°

當(dāng) α AB 與 β 左 之和大于180°時(shí)，應(yīng)當(dāng)減去180°。

當(dāng) α AB 與 β 左 之和小于180°時(shí)，應(yīng)當(dāng)加上180°。

則在此驗(yàn)算過程中有：

α BC =α AB +β 左 -180°=238°49′52.32″+65°23′33.25″-180°=124°13′25.5″

（9）

經(jīng)以上推算BC邊坐標(biāo)方位角：

α BC =124°13′25.57 ″

（3）對(duì)所測(cè)Ⅱ21 點(diǎn)進(jìn)行氣象改正以及斜距改平。運(yùn)用徠卡TC1201全站儀觀測(cè)兩測(cè)回斜距平均值為D=296.293 9 m，高差平均值為 W=75.966 1 m 。先進(jìn)行氣象改正，再計(jì)算出斜距D，并利用勾股定理計(jì)算出平距S BC ，以便后續(xù)人工算坐標(biāo)。利用實(shí)測(cè)斜距D求氣象改正數(shù) ΔD 以及改正后斜距D′。

為確保氣象數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，使用干濕溫度計(jì)及氣壓表來(lái)讀取所需的氣壓值、溫度，以及相對(duì)濕度。在進(jìn)行測(cè)量前，氣象儀器被精心放置在測(cè)站點(diǎn)處，并靜置0.5 h以上，以便它們能夠充分適應(yīng)外部環(huán)境的變化。待氣象數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，仔細(xì)讀取設(shè)站點(diǎn)處的氣象數(shù)據(jù)。此時(shí)的溫度為13.8 ℃，這一溫度值反映了當(dāng)時(shí)測(cè)站點(diǎn)處的實(shí)際氣溫情況，是后續(xù)進(jìn)行氣象改正的重要依據(jù)。相對(duì)濕度為16.5%，反映出當(dāng)時(shí)空氣中的水分含量相對(duì)較低，對(duì)于測(cè)量工作的影響較小。同時(shí)，氣壓值為852 hPa。

徠卡TC1201（激光載波測(cè)距模式）運(yùn)用的干濕溫度法氣象改正公式為：

式中：P為大氣壓（mb毫巴），t為干溫（℃），h為相對(duì)濕度（℅RH）， ΔD 為氣象改正數(shù)，D為實(shí)測(cè)斜距， α 為大氣膨脹系數(shù)（1/273.16）。

不同品牌、不同型號(hào)的全站儀在設(shè)計(jì)和制造過程中，會(huì)采用不同的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致在進(jìn)行氣象改正時(shí)所采用的公式可能存在差異。因此，在實(shí)際使用過程中，必須根據(jù)所使用的全站儀品牌和型號(hào)，選擇相應(yīng)的氣象改正公式。如果忽視了這一點(diǎn)，隨意選擇或使用不適合的氣象改正公式，可能會(huì)引入誤差，影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，對(duì)于測(cè)量工作者來(lái)說，了解并熟悉所使用的全站儀品牌和型號(hào)的氣象改正公式至關(guān)重要。不僅有助于提高測(cè)量精度，還能夠確保測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性和一致性。在實(shí)際操作中，應(yīng)認(rèn)真閱讀全站儀的使用手冊(cè)和技術(shù)文檔，了解其具體的氣象改正方法和要求，并按照規(guī)范進(jìn)行操作。此外，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和更新，全站儀的氣象改正公式也可能會(huì)有所變化。因此，還需要保持對(duì)新技術(shù)和新方法的關(guān)注和學(xué)習(xí)，以便及時(shí)了解和掌握最新的氣象改正方法和技術(shù)，為測(cè)量工作提供更加準(zhǔn)確和可靠的數(shù)據(jù)支持。將以上所測(cè)現(xiàn)場(chǎng)氣象數(shù)據(jù)帶入公式（10）可得ΔD=14.024mm，故經(jīng)氣象改正以后的斜距。

D′=D+ΔD=296.293 9+0.014 024=296.307 9m（11）

利用勾股定理計(jì)算斜距改平距（S BC ）。

經(jīng)氣象改正以后的斜距 D′=296.307 9 m ，高差平均值為 W=75.966 1m ，故根據(jù)勾股定理有：

S BC2=D′2-W2（12）

則根據(jù)以上公式可以算出：S BC =286.404 5 m。

（4）坐標(biāo)正算推算出經(jīng)氣象改正及斜距改平以后的被測(cè)點(diǎn)（Ⅱ21）坐標(biāo)。由以上人工驗(yàn)算的結(jié)果：

α BC =124°13′25.57″，S BC =286.404 5 m （13）

利用坐標(biāo)正算驗(yàn)算經(jīng)氣象及斜距改平以后的坐標(biāo)。起算點(diǎn)為B點(diǎn)（Ⅱ17）利用以下公式就可以求出被測(cè)點(diǎn)Ⅱ21的坐標(biāo)。

Δx BC =S BC cosα BC =-161.081 5 m （14）

Δy BC =S BC sinα BC =236.812 8 m （15）

x C =x B +S AB cosα BC

=3 868 652.166 0-161.081 5=3 868 491.085 0（16）

y C =y B +S AB sinα BC

=394 103.223 0+236.812 8=3 943 40.035 8（17）

人工驗(yàn)算出最終經(jīng)氣象改正、邊長(zhǎng)改平后的Ⅱ21點(diǎn)坐標(biāo)為：（X：3 868 491.085 0，Y：394 340.035 8）。

使用全站儀測(cè)量直接輸出坐標(biāo)（無(wú)改正）、人工計(jì)算改正坐標(biāo)（已改正）與基準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，詳細(xì)對(duì)比分析見表2。

經(jīng)過對(duì)比分析，明顯觀察到，在采用相同的全站儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，經(jīng)過人工氣象調(diào)整和斜距改平校正的數(shù)據(jù)結(jié)果比全站儀直接輸出的原始數(shù)據(jù)更為貼近基準(zhǔn)值。這不僅突顯了人工氣象調(diào)整與斜距改平校正在數(shù)據(jù)處理中的關(guān)鍵作用，更解決了在高海拔、溫濕度波動(dòng)較大的復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行精密測(cè)量時(shí)，由人工氣象因素和斜距誤差所帶來(lái)的技術(shù)難題，有助于進(jìn)一步確保大壩安全監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

基于九甸峽某大壩表面變形位移觀測(cè)數(shù)據(jù)處理，提出了一套針對(duì)高海拔、溫濕度變化顯著區(qū)域的大壩觀測(cè)位移測(cè)量數(shù)據(jù)的高精度處理方法。通過運(yùn)用氣象改正與邊長(zhǎng)改正公式，對(duì)比分析了人工計(jì)算與全站儀自動(dòng)計(jì)算的結(jié)果。分析結(jié)果表明：

（1）經(jīng)過人工計(jì)算進(jìn)行氣象改正后的數(shù)據(jù)更接近基準(zhǔn)值，具有較高的可靠性。

（2）氣象改正和斜距改平對(duì)測(cè)量精度的影響不容忽視，必須加以精確計(jì)算和修正。在視距較長(zhǎng)或氣象條件復(fù)雜的情況下，氣象改正數(shù)會(huì)顯著增大，使得坐標(biāo)計(jì)算中引入更大的誤差。此外，在長(zhǎng)距離測(cè)量中，激光測(cè)距發(fā)射到棱鏡中心點(diǎn)的位置可能存在偏差，加上氣象因素的影響，會(huì)導(dǎo)致全站儀自動(dòng)輸出的數(shù)據(jù)偏差進(jìn)一步增大。

（3）成功解決了高海拔、溫濕度變化較大地區(qū)大壩變形位移數(shù)據(jù)處理中誤差大的技術(shù)難題。在特殊環(huán)境下進(jìn)行大壩變形位移檢測(cè)時(shí)，為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，必須進(jìn)行人工計(jì)算以改正坐標(biāo)。這一方法的提出與應(yīng)用，為類似條件下的大壩變形監(jiān)測(cè)提供了有力的技術(shù)支持和保障。

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Research on the Key Techniques of Dam Deformation and Displacement Data Processing in High Altitude Area

YANG Pei 1 ， WANG Guobing 2

（1.Gansu Power Investment Jiudianxia Hydropower Development Co.，Ltd.，Dingxi Gansu 730050， China;2.Institute of Geotechnical Engineering， Xi′an University of Technology， Xi′an Shaanxi 710048， China）

Abstract： At high altitudes， changes in meteorological conditions can lead to changes in air refractive index，which significantly reduces the accuracy of dam safety monitoring. In order to solve the influence of the change of meteorological conditions on the accuracy of dam safety monitoring at high altitudes ， an innovative data processing method is proposed based on the observation of dam deformation and displacement using the Leica TC1201 total sta?tion in Jiudianxia. which is applied to the area with high altitude and significant temperature and humidity changes，aiming to realize high-precision processing of dam observation and displacement measurement data. The meteoro?logical correction formula and edge length correction formula are comprehensively applied， and through compara?tive analysis of the results of manual calculation and automatic calculation by total stations， it was found that the cor?rected data is closer to the reference value. This important discovery not only solves the technical problem of large errors in the processing of dam deformation displacement data in high-altitude and areas with significant tempera?ture and humidity changes， but also provides valuable reference experience for similar projects in the future and contributes to the technological progress in related fields.

Key words： dam surface displacement; meteorological correction; oblique distance leveling; coordinate for?ward and backward calculations