圆形建构筑物倾斜测量标准方法研究

【摘要】 随着科学技术的进步，越来越多的圆形建构筑物拔地而起，测量圆形建构筑物的倾斜程度有多种方式，如测水平角法、前方交汇法、全站仪法等，本文阐述了各种方法的基本概念，并着重对全站仪法进行了实例分析。

【关键词】 圆形建构筑物;倾斜测量;全站仪法

【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.06.026

Study on Standard Method of Inclination Measurement of Circular Buildings and Structures

TONG Li-chun

（Tongji Zhejiang College，Jiaxing 314000，China）

Abstract： With the progress of science and technology，more and more circular buildings and structures have sprung up. There are many ways to measure the inclination of circular buildings and structures，such as horizontal angle measurement method，front intersection method，total station method，etc. This paper expounds the basic concepts of various methods，and focuses on the example analysis of Electronic Total Station method.

Key words： circular buildings and structures;tilt measurement;Electronic Total Station method

在城市中，圓形建构筑物随处可见。从建筑学的角度，圆形构建筑物可以减小侧向风阻力，从而避免高楼风的形成;从传热学的角度，圆形构建筑物可以大大降低能耗。由于各种因素的影响，圆形建构筑物都会产生倾斜度。这种倾斜度在一定限度之内是正常的，但如果超过了规定的界限，就会影响建构筑物的正常使用，严重的还会倾覆。因此，在建构筑物的施工和运营期间，必须要进行倾斜度测量，从实测数据方面反映其倾斜程度，同时分析其稳定性以及安全性。

1 圆形建构筑物倾斜测量方法

1.1 测水平角法

测水平角法适用于圆形建构筑物的主体倾斜度观测。设圆形建构筑物的高为H，上部的圆心点为Ou（up），下部的圆心点为Od（down），底座半径为r，在纵横两轴线的延长线上距离建构筑物1.5～2.0H处设置观测点M和N，并分别测定观测点M、N至圆形建构筑物底座外墙的最短距离dM、dN。在建构筑物上标定a、b、e、f与c、d、g、h两组观测点，每组观测点的高度应相等。选择通视条件良好的远处目标点P和Q。在M点安置全站仪或经纬仪，以P点为零方向，采用方向观测法以此观测a、b、c、d点，测4个测回，计算出各方向的平均值分别为[l'a]、[l'b]、[l'c]、[l'd]，则有：

[∠OdMOu=θM=l'a+l'b-l'c-l'd2]。

同理，在N点安置仪器，以Q点为零方向，采用方向观测法以此观测并计算出各方向平均值分别为[l'e]、[l'f]、[l'g]、[l'h]，则有：

[∠OdMOu=θN=l'e+l'f-l'g-l'h2]。

Od→Ou的位移分量为：

[Δu=θ''Mρ''（dM+r）Δv=θ''Nρ''（dN+r）]

则倾斜度与倾斜方向角分别为：

[i=Δu2+Δv2Hα=arctanΔvΔu]

1.2 前方交汇法（经纬仪）

O'为圆形建构筑物顶部的中心位置，O为底部的中心位置，在建构筑物附近布置导线ABC，假设其为平面直角坐标系统。分别安置经纬仪于A、B、C三点，测定顶部两侧切线与基线的夹角取平均值，然后测出底部两侧切线与基线的夹角取其平均值。利用角度前方交会定点的原理可算出顶部圆心O'和底部圆心O的坐标，则可求出XY方向上的偏移量[Δu]和[Δv]，进而计算出倾斜度和倾斜方向角。

1.3 全站仪法

全站仪法与三维激光扫描法原理类似，即采用全站仪分别对圆形建构筑物的外表面底部以及顶部同一标高的有限点进行测量（可以取接近顶部或底部的平面来替代），测量前要布置一些合适的控制点位，同时测量一些地表特征点，通过这些点位来拟合出底部以及顶部的中心点位坐标以及面半径，通过这些几何条件就可以计算纵向倾斜分量[Δu]以及横向倾斜分量[Δv]，则总倾斜量为[Δ=Δu2+Δv2]，即可得出建构筑物倾斜度[i=ΔH]。

2 实例应用

校内一个废弃的10 kv等径电线杆，高为7.5 m，直径为300 mm，现采用全站仪法测量其倾斜度。

在距离电线杆12 m附近布置3个控制点，在标高0.3 m和7.2 m处设立9个标志点，组成平面控制网，建立坐标系进行联测。用水准仪放样方法在电线杆底部周围同一高程处均匀分布设置3个观测标志，其与控制点之间通视。用全站仪悬高测量模式测悬高，在电线杆顶部周围同一高程处均匀分布设置3个观测标志，顶部点和底部点尽可能在同一垂线上。在控制点位上架设全站仪并设站，可分别测量出电线杆距离底部0.3 m的标志点和距离顶部0.3 m标志点（标高7.2 m处）的平面坐标。标高0.3 m处拟合圆心坐标为（2175.282，74606.761），标高7.2 m处的拟合圆心坐标为（2175.291，74606.782）。

根据拟合圆心的相对位置可计算出[Δu=9] mm，[Δv=21] mm，则：

[Δ=Δu2+Δv2=22.85] mm

所以倾斜度：

[i=ΔH=22.85（7.2-0.3）×1000=130]

倾斜方向为[arctan219=66.8°]，即东偏北66.8°。

3 结语

全站仪法采用纯数值方法对倾斜进行测量，不仅适用于圆形物体倾斜测量，还可用于变截面圆形建构筑物、椭圆形建构筑物倾斜测量，另外还可用于多管式构筑物倾斜测量。但是当圆形建构筑物本身存在形变时，在坐标的计算中会存在粗差，同时为了将全站仪测量精度提高，可以在相同标高下设置多组观测点，以便尽量消除粗差带来的影响。通过对圆形建构筑物不同标高平面上的标志点位坐标进行测量，然后使用点位的曲线拟合的方法得出形心，进而得到倾斜位移值以及倾斜度。实践证明该方法易于操作，结果较为可靠。

【参考文献】

[1] 张辉.用全站仪观测圆形构筑物倾斜的方法[J].甘肃冶金，2004（2）：76-77.

[2] 岑敏仪.土木工程测量[M]北京：高等教育出版社，2015：361-362.

[3] 胡志晓，王训霞.圆形构筑物的倾斜观测[A].江苏省测绘学会.'2005数字江苏论坛——电子政务与地理信息技术论文专辑[C].江苏省测绘学会：江苏省测绘学会，2005：2.

【作者简介】

童礼淳，男，1999年出生，同济大学浙江学院本科在读，土木工程专业。