徠卡TCA機(jī)載大壩變形監(jiān)測軟件的應(yīng)用

1、徠卡TCA機(jī)載大壩變形監(jiān)測軟件的應(yīng)用濮久武（浙江烏溪江水力發(fā)電廠，浙江衢州324000 ）1概述變形監(jiān)測是反映大壩安全狀態(tài)的三大物理量之一。由于變形監(jiān)測能較直觀地反映大壩性態(tài)的運(yùn)行情 況，常常被視為大壩安全監(jiān)測的重點(diǎn)觀測項(xiàng)目。變形監(jiān)測工作在及早發(fā)現(xiàn)問題，防止大壩失事，減輕災(zāi) 害損失方面已經(jīng)取得了十分顯著的成效。變形監(jiān)測包括水平、垂直位移以及由其組成的壩體撓度、傾斜 等監(jiān)測。大壩的水平位移觀測常采用視準(zhǔn)線法、交會(huì)法等，早期的測角交會(huì)法觀測由于受到測角精度的影響， 已無法達(dá)到理想的效果。隨著高精度全站儀的發(fā)展及應(yīng)用，采用測邊、測角的交會(huì)觀測己完全突破了傳統(tǒng) 測量觀念上的障礙，邊角交會(huì)法觀測無論從測

2、點(diǎn)布設(shè)以及觀測工作量來說都有其獨(dú)特的優(yōu)勢。全站儀采用邊角交會(huì)法及三角高程法進(jìn)行三維坐標(biāo)觀測，能同時(shí)觀測測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而得到水平、 垂直位移量。只要采用合適的儀器及合理的觀測方法，可取代常規(guī)水平位移（如準(zhǔn)直線法、交會(huì)法等）及 垂直位移（如幾何水準(zhǔn)法、靜力水準(zhǔn)法等）的觀測，不失為一種靈活方便、高效經(jīng)濟(jì)的觀測手段，對(duì)大壩 等建筑物的變形觀測能收到事半功倍之效，有其廣泛的應(yīng)用前景。但采用全站儀人工現(xiàn)場觀測，由于觀測目標(biāo)多、測回?cái)?shù)多、精度要求高等特點(diǎn)，觀測工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力， 作業(yè)效率難以提高，由此影響了全站儀在工程變形監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用前景。針對(duì)此問題，徠卡測量上海軟 件中心從市場需求角度出發(fā)，設(shè)計(jì)開發(fā)了基

3、于徠卡TCA1000系列全站儀的大壩變形監(jiān)測自動(dòng)監(jiān)測軟件， 從而拓展了全站儀的功能，大大提高了觀測質(zhì)量和工作效率。2 TCA機(jī)載大壩變形監(jiān)測軟件的現(xiàn)場操作該軟件由四個(gè)模塊組成：配置；學(xué)習(xí)測量；查看目標(biāo)點(diǎn)；自動(dòng)測量等。如圖1所示：圖1軟件操作流程1）配置模塊用來設(shè)置測站名、各項(xiàng)限差及總的測回?cái)?shù)，每次觀測前必須進(jìn)行正確的設(shè)置，其中各項(xiàng)的默認(rèn)值為 最近使用的配置，通常情況下，用戶只需修改測站名或直接確認(rèn)就可以了。2）學(xué)習(xí)測量模塊用來設(shè)置待觀測的目標(biāo)點(diǎn)信息及觀測周期號(hào)。對(duì)于同一個(gè)測站，只需在第一次觀測時(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)測量， 學(xué)習(xí)結(jié)果自動(dòng)保存在PC卡，自動(dòng)觀測時(shí)程序自動(dòng)調(diào)用該結(jié)果。3）查看目標(biāo)點(diǎn)模塊查看學(xué)習(xí)測

4、量模塊中設(shè)置的各目標(biāo)點(diǎn)信息。4）自動(dòng)觀測模塊該模塊為全自動(dòng)大壩變形監(jiān)測軟件的核心模塊，用來實(shí)現(xiàn)水平角、垂直角、距離的自動(dòng)觀測，各項(xiàng) 誤差的自動(dòng)判斷和處理。概略瞄準(zhǔn)第一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，按START按鈕開始自動(dòng)觀測，超限后自動(dòng)處理，無須人工干預(yù)。3 TCA機(jī)載大壩變形監(jiān)測軟件的內(nèi)業(yè)處理該軟件適用于進(jìn)行不同精度等級(jí)的全自動(dòng)現(xiàn)場水平角、垂直角、距離的觀測，可實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)限差的設(shè) 置（包括二次照準(zhǔn)差、歸零差、2C互差、同一方向值測回間較差等）、自動(dòng)照準(zhǔn)、自動(dòng)測角、測距、實(shí)時(shí) 檢查各項(xiàng)限差（如超限則自動(dòng)重測），能完全避免因外業(yè)觀測數(shù)據(jù)不合格造成的復(fù)測和人為造假。觀測數(shù) 據(jù)自動(dòng)存為二進(jìn)制文件，杜絕了操作人員編輯數(shù)據(jù)的

5、可能，確保了觀測數(shù)據(jù)的真實(shí)性。內(nèi)業(yè)處理工作中，只需將全站儀與計(jì)算機(jī)連接進(jìn)行通訊，啟動(dòng)報(bào)表輸出軟件輸入有關(guān)的信息（如氣 象條件、操作人員信息、作業(yè)項(xiàng)目名稱等）即可。報(bào)表輸出軟件可以自動(dòng)生成與國家標(biāo)準(zhǔn)完全一致包括 格式、線條、顏色等）的水平方向觀測記錄、垂直角觀測記錄、電磁波測距記錄等各種類型（包括Excel） 報(bào)表。軟件還具有數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)還原等功能。4應(yīng)用實(shí)例浙江華光潭砼雙曲拱壩位于浙江省臨安市，最大壩高約103.85米，壩頂弧長約232米，壩頂共設(shè)12 個(gè)水平位移測點(diǎn)，大壩兩岸山體基巖分別設(shè)置一個(gè)水平位移工作基點(diǎn)A、B，采用邊角前方交會(huì)法監(jiān)測 壩頂各位移測點(diǎn)的水平位移，自2007年1月開始正

6、式使用徠卡TCA機(jī)載大壩變形監(jiān)測軟件進(jìn)行監(jiān)測。 如圖2所示：圖2平面變形監(jiān)測網(wǎng)在兩個(gè)工作基點(diǎn)A、B上分別安置徠卡TCA1800全站儀，每個(gè)測站上分兩組采用全圓方向觀測法進(jìn) 行觀測（包括水平方向、垂直角及平距），每組6個(gè)測回、8個(gè)方向（含歸零方向）。同一組觀測目標(biāo)中: 最大天頂距126 32，最小天頂距96 14，垂直角相差為30 18；最大邊長182 m，最小邊長 22 m，邊長比達(dá)1： 8.11。表1為本工程邊角交會(huì)現(xiàn)場觀測限差，這些限值均優(yōu)于國家相應(yīng)規(guī)范的要求。其中2C互差的設(shè)置 考慮到各方向垂直角較差較大的原因。表1現(xiàn)場觀測限差項(xiàng)目限差水平方向觀測限差兩次照準(zhǔn)目標(biāo)讀數(shù)差3半測回歸零差5一

7、測回歸內(nèi)2C互差12測回差5垂直角觀測限差二次照準(zhǔn)目標(biāo)讀數(shù)差3一測回中各方向指標(biāo)差互差8測回差5邊長觀測限差半測回中各次讀數(shù)差1 mm一時(shí)段內(nèi)測回差（氣象改正后）2 mm5使用效果及質(zhì)量評(píng)定本工程通過2007年1月7月的16期共64個(gè)測站（在一個(gè)工作基點(diǎn)上分二組進(jìn)行）的水平方向、 垂直角及斜距同時(shí)觀測。結(jié)果表明采用該變形監(jiān)測軟件，在觀測速度上略高于一般觀測人員的速度，在 本工程中，每組6個(gè)測回、8個(gè)方向（含歸零方向）順利的情況下約2530分鐘完成。表2為本工程2006年1月7月的人工觀測（采用ATR照準(zhǔn)目標(biāo)）與2007年1月7月該變形監(jiān)測 軟件觀測的各16期64個(gè)測站的水平方向測站平差數(shù)據(jù)，其

8、中人工觀測（采用ATR照準(zhǔn)）6測回水平方 向觀測值偶然中誤差為0.2795、監(jiān)測軟件觀測為0.2790。表2數(shù)據(jù)表明在觀測精度上相當(dāng)與技術(shù)嫻 熟的人工觀測。圖2為本工程8# （拱冠）壩段壩頂徑向（半徑方向）水平位移過程線，圖中分別繪制了該壩段壩頂 垂線觀測法及邊角交會(huì)觀測法的過程線。因垂線法觀測的基準(zhǔn)值為2005年8月底觀測，而邊角交會(huì)法觀 測的基準(zhǔn)值為2005年6月中旬觀測，故兩者位移量絕對(duì)值不同；再者該壩段壩頂垂線測點(diǎn)位于交會(huì)測點(diǎn) 上游約13m處，兩測點(diǎn)由于壩體砼熱脹冷縮引起的變位約有4mm，即垂線測點(diǎn)徑向位移年變幅大于交 會(huì)測點(diǎn)約4mm。考慮上述兩點(diǎn)因素，可以看出垂線法與交會(huì)法觀測的年變

9、幅（2006年）分別為36mm、 31+4mm，兩者變化趨勢一致、資料極其吻合，證明兩者觀測精度（包括水平方向、垂直角、距離等） 均較為理想，遠(yuǎn)高于國家規(guī)范規(guī)定的要求。表2按測站平差得到的六測回中數(shù)水平方向觀測偶然中誤差單位：0.01現(xiàn)場64個(gè)測站平差數(shù)據(jù)偶然中誤差、64 個(gè)數(shù)據(jù)之離散度人工觀測（采 用ATR照準(zhǔn)）25、 39、 21、 26、 35、 23、 19、 32、 16、 26、 30、 24、 34、 31、 44、 31、 21、 20、 37、 28、 31、 35、 18、 28、 28、 22、 18、 29、 18、 19、 39、 30、 36、13、23、22、19

10、、20、32、24、43、28、16、26、35、25、15、30、24、 22、 32、 37、 34、 19、 17、 31、 29、 29、 28、 34、 29、 13、 34、 3127.95、7.34變形監(jiān)測軟件 觀測21、11、23、27、18、29、42、31、30、31、24、21、28、21、19、24、22、17、40、22、24、26、41、30、26、28、17、26、27、14、31、31、26、25、38、29、23、18、19、30、38、36、35、25、29、17、40、18、47、17、21、30、27、29、32、36、15、20、36、27、23、19

11、、26、3727.90、7.25注：上表中偶然中誤差及離散度系由64個(gè)測站平差數(shù)據(jù)按中誤差計(jì)算公式計(jì)算得到。壩頂8#壩段水平位移（徑向）過程線圖3壩頂8#壩段水平位移（徑向）過程線6結(jié)論及建議實(shí)踐應(yīng)用表明，使用徠卡TCA機(jī)載大壩監(jiān)測軟件具有以下特點(diǎn)：1）操作簡單，自動(dòng)化程度高，觀測速度高于技術(shù)嫻熟的人工觀測。對(duì)現(xiàn)場觀測人員的技術(shù)要求、勞 動(dòng)強(qiáng)度大為降低；2）觀測精度僅與外界環(huán)境和儀器狀態(tài)有關(guān)，消除了人為因素帶來的觀測誤差。監(jiān)測資料分析結(jié)果表 明，水平方向、垂直角、距離等觀測精度相當(dāng)與技術(shù)嫻熟的人工觀測（采用ATR照準(zhǔn)）；3）無需人工記錄，實(shí)現(xiàn)了外業(yè)數(shù)據(jù)采集與內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的一體化。消除了人為因素導(dǎo)致的誤差、錯(cuò) 誤等，杜絕了資料的虛假現(xiàn)象，降低了工作強(qiáng)度、解放了勞動(dòng)生產(chǎn)力；4）現(xiàn)場觀測前應(yīng)仔細(xì)進(jìn)行儀器的檢校工作，避免因儀器軸系誤差（如橫軸誤差、ATR準(zhǔn)直差等） 過大而導(dǎo)致不必要的重測及系統(tǒng)誤差問題；5）在開始自動(dòng)觀測步驟中，概略瞄準(zhǔn)第一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)時(shí)應(yīng)按規(guī)定