TCA2023全站儀在基坑水平位移監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

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徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)

標(biāo)法監(jiān)測(cè)P點(diǎn)坐標(biāo)誤差[2]:

mβ+m+mα2

ρ2

2

2

第6卷

將上式全微分,再根據(jù)誤差傳播定律可得極坐

mxp=

)mD+D)xA+cos(αsin(αAB+βAB+β

22222

,

(3)

myp=

)mD+D)yA+sin(αcos(αAB+βAB+β

22222

mβ+m+mα2

ρ

222

,

(4)

其中:ρ=206265″;mxA、myA、mαAB為工作基點(diǎn)A的起始數(shù)據(jù)誤差.

1.2TCA2023監(jiān)測(cè)精度分析

徠卡TCA2023高精度智能型全站儀,精度為方向測(cè)回中誤差0.5(11ppmD).能,m[3].據(jù)文獻(xiàn)[2],極坐標(biāo)法觀測(cè)精度最弱的方位角為45.令D=200m;α;mβ=mαAB=0.5″;mxA=myA=0.將這AB=45

些設(shè)定值代入式(2),得:mxp=myp=0.98mm.

這說明,當(dāng)不計(jì)起算點(diǎn)誤差影響,監(jiān)測(cè)距離在200m內(nèi)時(shí),以TCA2023全站儀對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)角兩

),測(cè)距1測(cè)回(正、測(cè)回(此時(shí)mβ=0.5″倒鏡各2次

測(cè)距),監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)中誤差在1mm之內(nèi),滿足文獻(xiàn)[1]水平位移一級(jí)變形監(jiān)測(cè)精度要求.

即白天夜晚均可使用;隨機(jī)附帶裝卸便利的數(shù)據(jù)記錄卡(卡),;0.1mm,角度可顯TCA2023自動(dòng)化測(cè)站觀測(cè)

通過二次開發(fā),我院開發(fā)出TCA2023邊、角測(cè)回法自動(dòng)化觀測(cè)內(nèi)、外業(yè)軟件.該軟件在控制測(cè)量和位移監(jiān)測(cè)中使用,取得了良好的效果.其外業(yè)觀測(cè)軟件基本功能如表1.

表1TCA2023自動(dòng)化觀測(cè)軟件功能

Tab.1FunctionsofTCA2023automatic

observationmeasurement

項(xiàng)號(hào)

123456789

Automeas功能Measjobmanagement

功能說明

2極坐標(biāo)法水平位移監(jiān)測(cè)

2.1TCA2023全站儀的特點(diǎn)

(1)由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別裝置(ATR1)

構(gòu)成動(dòng)態(tài)角度掃描觀測(cè)系統(tǒng).該系統(tǒng)通過內(nèi)置的ATR1發(fā)射出激光束,經(jīng)過棱鏡反射后由內(nèi)置的CCD相機(jī)接收,相對(duì)于CCD相機(jī)中心的接收光點(diǎn)位置被計(jì)算,其偏移量(照準(zhǔn)偏差可達(dá)5mm)用來控制馬達(dá)和改正水平角和垂直角.該系統(tǒng)還采用新型垂直軸液體補(bǔ)償器,使儀器的豎軸、橫軸和視準(zhǔn)軸誤差獲得確切補(bǔ)償改正,加上獨(dú)特的靜態(tài)條碼式碼盤測(cè)角技術(shù),不但具有開機(jī)無需角度初始化等優(yōu)點(diǎn),且可使測(cè)角精度優(yōu)于0.5″.

(2)使用了當(dāng)今最高的測(cè)距信號(hào)頻率(100MHz),并采用動(dòng)態(tài)測(cè)距頻率校準(zhǔn)技術(shù),通過確切測(cè)定出晶體振蕩器的溫度與頻率變化特征并建立數(shù)學(xué)模型,對(duì)實(shí)際條件下頻率及測(cè)距值進(jìn)行修正,以達(dá)到確切測(cè)距的目的.

(3)使用符合計(jì)算機(jī)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)記錄介質(zhì)、接口和數(shù)據(jù)格式.不但提供可選用的多種功能的測(cè)量應(yīng)用軟件,用戶還可根據(jù)需要二次開發(fā)所需的測(cè)量應(yīng)用程序.

(4)即使在弱光環(huán)境下,該儀器也能正常工作,

輸入工作文件名(即測(cè)站名)測(cè)回法控制參數(shù)(已預(yù)置,某些

Tolerance

項(xiàng)高于規(guī)范要求,可修改)

對(duì)方向作初始觀測(cè),設(shè)置自動(dòng)

Initobservation

觀測(cè)或手動(dòng)照準(zhǔn)觀測(cè)或不測(cè)角、邊測(cè)回?cái)?shù),氣象參數(shù)輸入;

Stationsetup

水平角、豎角測(cè)否選擇

BacksightDirect對(duì)起始方向作水平角觀測(cè)

作水平角、豎直角測(cè)回法自動(dòng)

AutoMeasureHZV

化觀測(cè)

CheckCyclesDHZDV查看水平角、豎直角測(cè)回較差A(yù)utoMeasureDist距離自動(dòng)或手動(dòng)觀測(cè)DeleteJobFiles刪除PC卡中測(cè)站及其數(shù)據(jù)

TCA2023設(shè)置于測(cè)站,在儀器自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別(ATR)環(huán)境下,啟動(dòng)安裝于儀器的Automeas程序,

即可作測(cè)回法自動(dòng)化測(cè)站觀測(cè).觀測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄于PC卡中,其各項(xiàng)限差及重測(cè)規(guī)則均按文獻(xiàn)[1]控制測(cè)量的要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制.該觀測(cè)軟件適合于滾動(dòng)設(shè)站,特別對(duì)繁雜環(huán)境下的測(cè)站觀測(cè)具有很強(qiáng)的針對(duì)性.實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),至少有以下幾種情形,儀器自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)將因干擾無法測(cè)得棱鏡確鑿位置及滿足嚴(yán)格測(cè)量限差要求的數(shù)據(jù):(1)施工環(huán)境以及城市交通繁忙等干擾較大,引起測(cè)站振顫或視線間歇性阻擋時(shí);(2)多個(gè)棱鏡位于視線上或望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)內(nèi)時(shí);(3)棱鏡背景為水面或其他反光體時(shí);(4)測(cè)站離棱鏡較近時(shí)(如20m內(nèi)),等.為此,觀測(cè)軟件設(shè)置了手動(dòng)輔助照準(zhǔn)目標(biāo)功能.只要在作方向初始

第4期

黃澤健:TCA2023全站儀在基坑水平位移監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

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觀測(cè)時(shí)將某方向設(shè)置為手動(dòng)照準(zhǔn),則自動(dòng)化觀測(cè)到該方向時(shí),儀器會(huì)粗略照準(zhǔn)該目標(biāo)并提醒手動(dòng)照準(zhǔn)

目標(biāo).該功能使自動(dòng)化觀測(cè)對(duì)非光學(xué)棱鏡目標(biāo)也實(shí)現(xiàn)了角度觀測(cè).

TCA2023自動(dòng)化測(cè)站觀測(cè)使多測(cè)回作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度大為減輕,同時(shí)獲得了確切的邊、角觀測(cè)值.經(jīng)長(zhǎng)期使用或溫度等條件變化較大時(shí),儀器將產(chǎn)生多種機(jī)械誤差.此時(shí),TCA2023全站儀經(jīng)雙軸補(bǔ)償縱橫向指標(biāo)差(1,t)、垂直編碼度盤指標(biāo)差(i)、水平視準(zhǔn)差(c)、水平軸傾斜誤差(a)、自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別光軸的準(zhǔn)直差(ATR)等項(xiàng)檢校值的測(cè)定,可有效地戰(zhàn)勝機(jī)械誤差并修正方向觀測(cè)值,2C(或豎角指標(biāo)差)將記錄于卡的外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入PC機(jī),通過配套開發(fā)的測(cè)站整理軟件內(nèi)業(yè)處理,能以Excel電子表格生成邊、角記錄簿表,同時(shí)獲得最終方向值和平距,并可生成清華山維等平差軟件所需格式的邊、角數(shù)據(jù)文件.2.3監(jiān)測(cè)中的有關(guān)問題

極坐標(biāo)法監(jiān)測(cè)一般是求得監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo),按其變化值確定監(jiān)測(cè)位移量.采用極坐標(biāo)法作一級(jí)精度水平位移監(jiān)測(cè),應(yīng)采取諸多有效措施才能保證監(jiān)測(cè)精度滿足實(shí)際要求,應(yīng)特別重視細(xì)節(jié)問題給監(jiān)測(cè)帶來的誤差影響.

從極坐標(biāo)法觀測(cè)點(diǎn)位中誤差計(jì)算公式可見,起算點(diǎn)誤差對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的精度影響不容忽視.所以監(jiān)測(cè)工作基點(diǎn)應(yīng)采用強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩標(biāo)志,以減弱設(shè)站的對(duì)中誤差.按文獻(xiàn)[1],應(yīng)將工作基點(diǎn)和監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)外穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)組成監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測(cè),并達(dá)到如下精度要求:控制網(wǎng)最弱點(diǎn)位中誤差以及工作基點(diǎn)相對(duì)于鄰近基準(zhǔn)點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差,均不應(yīng)大于所選監(jiān)測(cè)等級(jí)的觀測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位中誤差(一級(jí)水平位移監(jiān)測(cè)的點(diǎn)位中誤差為mm).監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)施測(cè)中,應(yīng)對(duì)未采用強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩的控制點(diǎn)按三聯(lián)腳架法施測(cè);當(dāng)測(cè)站只有兩個(gè)觀測(cè)方向時(shí),應(yīng)按左、右角測(cè)定其水平角.

工作基點(diǎn)往往布設(shè)在施工場(chǎng)地內(nèi),其穩(wěn)定性與場(chǎng)地地質(zhì)條件、基點(diǎn)到基坑的距離、基坑大小及其開挖深度、現(xiàn)場(chǎng)施工影響程度的不同有很大差異[4].圖2為某工地水平位移監(jiān)測(cè)工作基點(diǎn)B的聯(lián)測(cè)位移變化軌跡圖.由此可見有效的基點(diǎn)穩(wěn)定性日

常檢測(cè)不可忽視.當(dāng)基點(diǎn)位移超限時(shí),應(yīng)對(duì)其重新聯(lián)測(cè)

.

2工作基點(diǎn)B位移軌跡

Fig.2DisplacementlocusofbasepointB

監(jiān)測(cè)點(diǎn)也應(yīng)采用強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩標(biāo)志,并布設(shè)于反映基坑位移的特征部位,同時(shí)加以保護(hù).

極坐標(biāo)法監(jiān)測(cè)時(shí),假使采用非徠卡棱鏡,應(yīng)對(duì)其進(jìn)行棱鏡常數(shù)比較測(cè)定,測(cè)定結(jié)果用于測(cè)量成果的改正.對(duì)實(shí)測(cè)距離應(yīng)作儀器加、乘常數(shù)和氣象改正.監(jiān)測(cè)工作應(yīng)采取人員固定、儀器設(shè)備固定、監(jiān)測(cè)方法固定、監(jiān)測(cè)時(shí)間固定的做法.同時(shí),做好監(jiān)測(cè)設(shè)備的管理和保養(yǎng),保持其穩(wěn)定性能狀態(tài),也是保證監(jiān)測(cè)