浅谈坐标差分法全站仪技术在变形监测中的应用

■顾正雄 陈彦宪 王立志

（云南省地矿测绘院 云南昆明 650218）

浅谈坐标差分法全站仪技术在变形监测中的应用

■顾正雄 陈彦宪 王立志

（云南省地矿测绘院 云南昆明 650218）

测量工作是各种工程建设的前提和基础，目前在实际生活中，随着测绘技术和测量仪器的发展，测量工作的技术和方法也不断得到了更新。不同的方法在实际工作中有不同的应用，坐标差分法是应用在变形监测中的一种重要方法，在本文中，分析了全站仪自由设站坐标差分的方法，论述了坐标差分法以及全站仪技术的相关原理以及其在实际中的应用。

坐标差分法全站仪技术变形监测

在目前的生活中，各类工程建设纷纷开展，相关的测量工作正常顺利进行是各种工程顺利实施开展的前提和基础，而变形监测是测量工作中的重要内容。坐标差分法是变形监测中一种重要应用的方法。在实际的变形监测中高边坡、深基坑、大坝以及桥梁等工程都会应用到坐标分差法。在深基坑工程方面，施工场地也会有较多的障碍和限制，而且也会有坑壁位移对周围的地面情况带来的一系列影响，全站仪固定安装设置也就无法实现。而为了确保观测的精准度，在实际监测中可以采用全站仪自由设站坐标分差法，从而实现对变形点实行更加简便、灵活、精准的监测，弥补其他的固定全站仪监测方法在监测中的不足。

1 坐标差分法的原理

坐标分差法是变形监测中的一种重要的应用方法，在实际的检测中可以有效提高监测精度，避免误差，从而节约施工成本。在常见的变形监测方法中，会首先设置固定的观测基点在工程附近，而后在观测基点上安置监测仪器进行监测。在实际监测过程中，一些工程受地理条件的影响，常用的变形监测方法无法较好的实现监测，故而会采用全站仪自由设站坐标分差法来监测监测基点的水平位移和沉降位移的变形变形量。根据坐标差分法的实际应用及其特征，可以将坐标差分法的原理可以分为两个部分：平面坐标差分以及高程坐标差分。平面坐标差分会先确定基准点和监测点，先找定一个假定点，根据假定点的坐标和方向来对基准点和检测点的坐标进行测定，在得出基准点和检测点的坐标后，将坐标比例矩阵以及旋转矩阵引入并进行平差，从而得出各个点的变形位移量。高程坐标差分则是指先假设一个稳定点，然后确定稳定点的高程，随后根据这个稳定点的高程对各个监测点的高程和高程差分值进行坐标测量，获得准确数据。

2 全站仪自由设站坐标差分应用实例

位于某单位区域内的测区，如图1所示，根据监测规模，该地的变形监测属于小区域变形观测。该地区的通视情况因为附近都是柏油马路较为良好。考虑到监测区域，将监测点的距离都设置的较小，监测点的名称按照顺序设置为1、2、3、4、5。将固定菱镜安置在基准点和监测点。在现场随机选取可以与各监测点通视的观测点S1、Sn（n=1，2……n）为初始观测设站点和第n次观测设站点。

图1 监测点分布图

在设置监测点后，以一个月的时间为监测期，将监测分为六个周期，每个周期时间为5天，得出数据如下表所示。

表1 监测数据表

在6个周期的观察之后，将各个点的数据记录下来，并通过数据线将全站仪和电脑连接起来，然后用vc对全站仪上记录的数据进行读取，根据读取到的点的X坐标和Y坐标来测算点与点之间的距离，根据各个点的距离大小以及变化来确定各个点的变化状态。计算方法如下：在进行水平位移计算时，先计算每组数据中坐标点的x坐标和y坐标的坐标差分值，然后利用所得的差分值来计算基准点之间的坐标方位角。在方位角得以确定的基础之上可以得出第1次观测坐标系和第n次观测坐标系的之间夹角，这个夹角也是第一次和第n次的后视方向之间的夹角。将旋转矩阵引入得出的夹角，通过对第n次的观测进行旋转，将算出的第n次的坐标差分值与旋转矩阵相乘，随后将比例系数矩阵进行引入，就变成了在原始坐标系中的坐标差分值，第n次观测的各点在初始坐标系中坐标也能够得到算出。在测出各点的初始坐标系后，找准一个基准点，将基准点的初始系中的坐标和坐标差作为样本数据，通过间接平差的平差方法来获取各个点的变形位移量。

经过一系列计算，可以得出高程变形沉降量，如表2所示：

表2 高程变形沉降量

全站仪是一种集光、机、电为一体的高科技测量仪器，它能够自动的进行识别、搜索和跟踪，测量的精准度比较高。但是在实际测量中，可能因为自然条件的因素会出现一定的误差，但是由于此次监测的时间周期只有一个月，所以受到的影响相对较小，可以忽略不计。在分析观测点的数据时，参考点的稳定性可以通过对稳定点的相对关系来进行验证。根据沉降位移量和水平位移量数据变化波动来对各监测点的变形位移是否均匀进行判断，如果数据在安全值以内，就说明安全监测的措施有效。

3 全站仪坐标差分法的实际效果

根据文中的实例应用，可以看出，全站仪坐标分差法在实际监测中具有较强的操作性和实用性，设置简单、方便、灵活，同时由于观测点和监测点距离近，通视情况好，观测的精准度很高，也节省降低了观测成本。同时，数据的采集和处理都可以采用自动化，使得结果更加的准确。

4 结束语

本文中只是对全站仪坐标分差法在地形比较简单，区域较小的地方的变形监测进行探究分析，证明了这一方法的效果良好，它让观测点可尽可能的靠近监测点，大大提高了观测精度，降低了观测成本。在实际测量中，一些其他的较为复杂的工程的变形监测中也可以采用这一监测方法，对其实际功效进行进一步的探索和实验。

[1]贾永强，杜静，杨旭.浅谈坐标差分法全站仪技术在变形监测中的应用 [J].西部资源,2013(04).

P123.2+11[文献码]B

1000-405X（2015）-11-109-2