测角精度1秒级全站仪变形测量精度分析

李力剑，宋建学(郑州大学 土木工程学院，河南 郑州 450001)

测角精度1秒级全站仪变形测量精度分析

李力剑，宋建学
(郑州大学 土木工程学院，河南 郑州 450001)

以郑州市轨道交通4号线鑫融路站基坑为背景，通过施工现场实验监测，评定测角精度1秒级全站仪变形测量精度。在强制对中墩上安置全站仪及反射棱镜，采用坐标测量模式，利用定向垂距法计算监测点到基坑轮廓线距离，并得出监测点坐标、垂距及相应中误差。实验结果表明：用测角精度1秒级全站仪进行基坑变形监测，其坐标、垂距中误差均小于0.15 mm，可以满足规范要求。

工程测量技术；水平位移监测；全站仪；中误差

基坑工程安全监测是保障基坑安全的重要手段，其中水平位移是评估基坑边坡状态的主要指标，是安全监测的关键内容。

通过郑州市轨道交通4号线鑫融路站工程的现场实验，得出实验结果，处理实验数据，将最终结果与《建筑基坑工程监测技术规范》(GB50497-2009)对水平位移监测精度的要求进行对比，验证测角精度1秒级全站仪变形测量精度，为实际工程中的设备选型提供依据。

1 基坑工程监测中水平位移监测精度要求

《建筑基坑工程监测技术规范》(GB50497-2009)对水平位移监测精度要求见表1。

表1 水平位移监测精度要求 mm

2 实验方案

2.1 实验设备

本次实验采用TOPCON DS-101AC自动照准WinCE智能全站仪以及其配套的反射棱镜。该全站仪精度指标见表2。

表2 测量精度指标

2.2 实验场地

实验场地位于郑州市郑东新区如意东路与北三环交叉口，郑州市轨道交通4号线鑫融路站施工现场。

鑫融路站基坑已开挖至设计标高，且仍处于基坑降水状态。基坑呈长方形，南北走向，在基坑北侧沿短边均匀布置三个观测点，长边方向在端部布置两个观测点，分别记为A、B、C、D、E(由于现场施工原因，E点受到破坏，本次试验中E点无数据)。在基坑西侧，南北两端各有一个强制对中台，分别记为P1、P2点，作为实验的基准点，场地布置见图1。

图1 场地点位布置图

2.3 实验过程

实验于2016年10月29日上午8：40开始，风速0.5 m/s，温度：10.4℃，湿度87.4%，气压101.9 kPa。实验开始，将仪器安装在强制对中台上(P1点)，进入坐标测量模式，将P2点作为后视点，观测并记下其坐标，手动操作仪器依次测量D、C、B、A点坐标，调整程序参数，每隔5 min测量一次，仪器开始自动寻点、测量，共进行10次测量。

2.4 实验成果

对每一个观测点进行盘左-盘右法测量，仪器自动计算并输出盘左盘右测量结果平均值。实验结果见表3。

表3 现场测量结果

3 精度分析

3.1 监测点垂距归一化

计算各点到基坑侧壁轮廓线的垂距。由于各组数据变化仅在1 mm的范围之内，且本实验目的在于检验仪器测量精度，为便于直观分析各组数据之间的差异，现将各点对应的垂距进行归一化处理(同一点毫米级以上相同数据舍去)，则各点数据见表4。

表4 垂距值归一化处理 mm

3.2 垂距中误差

工程中常用Bessel公式计算中误差。

(1)

利用Bessel公式计算垂距的中误差，计算结果见表5。

表5 垂距的中误差 ×10-2mm

3.3 监测点坐标误差及中误差

利用公式(2)、公式(3)计算单次监测误差，结果见表6。

(2)

(3)

Xi—第i次测量得出的X坐标；

Yi—第i次测量得出的Y坐标；

△Xi—第i次测量得出的X坐标监测误差；

△Yi—第i次测量得出的Y坐标监测误差。

表6 单次监测坐标误差 ×10-2mm

利用Bessel公式计算各点ΔX、ΔY的中误差，计算结果见表7。

表7 ΔX、ΔY的中误差 ×10-2mm

由表7可知，用测角精度1秒级全站仪进行基坑变形监测，可以满足规范要求，且有较大精度冗余。

将表6中的数据点描绘到坐标系中，以坐标原点为圆心，表7中所示中误差为半径作圆，结果见图2～图5。

图2 A点的坐标测量成果及中误差 图3 B点的坐标测量成果及中误差

图4 C点的坐标测量成果及中误差 图5 D点的坐标测量成果及中误差

4 结论

现场实验及精度分析表明，用测角精度1秒级全站仪进行基坑变形监测，可以满足规范要求，且有较大精度冗余。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑基坑工程监测技术规范：GB50497-2009[S].北京：中国建筑工业出版社，2009.

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[3] 宋建学.工程测量(第4版)[M].郑州：郑州大学出版社，2015.

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[5] 张红,杨瑞芳.几种坐标转换方法在线路测量中的应用分析[J].河南城建学院学报,2016(1):79-83.

[6] 黄艳立,高怡.全站仪导线测量数字化研究[J].河南城建学院学报,2009(4):49-52.

[7] 江遥,高超.深基坑水平位移监测方法与精度浅析[J].测绘与空间地理信息,2014(12):28-31.

[8] 汪孔政.全站仪监测基坑水平位移精度分析[J].建筑技术,2009(2):153-154.

[9] 张志红,金建洲.基坑工程安全监测技术[J].河南城建学院学报,2006(2):10-13.

Precision analysis of 1-second electronic total station in deformation measurement

LI Li-jian，SONG Jian-xue
(SchoolofCivilEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,China)

Taking the foundation pit of Xinrong Road Station of Zhengzhou Metro Line 4 as the background, through the construction site monitoring and evaluation, the accuracy of the deformation of the total station is evaluated. In order to calculate the total point and reflector prism on the mound, the coordinate measuring mode is used to calculate the distance from the monitoring point to the contour of the foundation pit by the directional vertical distance method, and the coordinates, vertical distance and corresponding error of the monitoring point are obtained. The test results show that the deformation of the foundation pit is monitored by the one-second total station with the accuracy of angle measurement, and the mean error of the coordinates and the offset are less than 0.15 mm, which can meet the requirements of the specification.

engineering survey technology; horizontal displacement monitoring; electronic total station；mean error

2017-01-31

郑州市科技领军人才计划项目(112PLJRC353)

李力剑(1993—)，男，河南洛阳人，硕士研究生。

1674-7046(2017)02-0077-06

10.14140/j.cnki.hncjxb.2017.02.014

TU198.7

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