浅谈变形监测技术的应用实现
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摘要：随着科学技术的不断发展，测量仪器不断更新监测手段也更加多样化。变形监测的数据获取将逐步实现自动化，本文结合实际案例运用测量机器人对工程项目进行自动化变成监测，对监测方案方法以及精度估算等方面进行分析探讨。
关键词：变形监测；概况；自动；测量
【分类号】：TG333.7
引言
变形监测就是利用专用的仪器和方法对变形体的变形现象进行持续观测、对变形体变形性态进行分析和变形体变形的发展态势进行预测等的各项工作。其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小、及位置变化的空间状态和时间特征。随着科学技术的不断发展，测量仪器不断更新监测手段也更加多样化。新的技术手段逐渐取代传统的测量方式。现代变形监测正逐步实现多元数据融合、自动化、快速、实时的立体监测体系。
1. 工程概况
某地下隧道施工从小区旧房穿过，该小区基坑边线离隧道的最小水平净距16米，相邻区间隧道结构顶板城建高程为-2～4米，为了确保施工过程隧道结构和以后运行的安全，因此，为了实现时时监测、时时数据处理传输及预警等功能，必须建立自动测量系统实现对运营隧道结构三维变形位移的自动监测。
2.监测系统的组成
2.1 自动监测系统的组成
为实现本项目监测的自动化，工作基点站应设在隧道侧壁，同时设置四个校核点以校核工作基点。安装于基点站的TCA2003全站仪与监测系统机房建立通讯联系，由机房控制全站仪对校核点和变形点按一定的顺序进行逐点扫描、记录、计算及自校，并将测量结果发送至机房入库存储或并进行整编分析，实现了自动观测、记录、处理、储存、变形量报表编制和监测结果自动远程发送等功能。
2.2 徕卡自动全站仪
徕卡TCA 系列自动化全站仪，又称 “测量机器人”，该仪器精度高、性能稳定，其内置自动目标识别系统，可以自动搜索目标、精确照准目标、跟踪目标、自动测量、自动记录数据，在几秒内完成一目标点的观测，像机器人一样对多个目标作持续和重复观测，并具有计算机远程控制等优异的性能。采用地铁结构变形自动化监测系统进行变形监测，可以实现无人值守及自动进行监测预报，即实现变形监测全自动化。它不仅便捷、准确，而且可以减少传统意义上形变观测中的人为观测误差及资料整编分析中可能造成的数据差错。
2.3 工作基站及校核点设置
为使各点误差均匀并使全站仪容易自动寻找目标，工作基站布设于监测点中部，校核点布设在远离变形区以外，最外观测断面以外40 米左右的隧道中，先制作全站仪托架，托架安装在隧道侧壁，离道床距离1.2 米左右，以便全站仪容易自动寻找目标。监测基准点使用位于东山口站台内的平面、高程控制点。
2.4 隧道监测断面布置及监测断面内监测点布置
变形监测点按照设计要求的断面布设，上下行隧道各布置5个监测断面，每个断面在轨道附近的道床上布设两个沉降监测点，中腰位置两侧各布设两个水平位移监测点，即每个监测断面布设6个监测点。各观测点用连接件（人字形钢架）配小规格反射棱镜，用膨胀螺丝及云石胶锚固于监测位置的侧壁及道床的混凝土中，棱镜反射面指向工作基点。布设监测点应严格注意避免设备侵入限界，可以将监测点布设在图中位置。
3.监测方法
本次监测拟采用隧道结构变形自动化监测系统软件进行自动变形监测，该系统由武汉大学测绘学院开发用于自动型TCA系列的全站仪的自动监测，具有自动控制及变形数据分析功能，是目前该方面最先进的系统。该系统将自动完成测量周期、实时评价测量成果、实时显示变形趋势等智能化的功能合为一体，是进行自动变形监测的理想系统。
4.观测精度分析
影响变形观测精度的主要因素包括系统误差和偶然误差的影响，对本系统而言，系统误差主要有仪器本身构造引起的误差、测站和目标点固定的对中误差、仪器随时间的度盘零方位的漂移、外界气象条件引起的观测值的变化等；偶然误差主要是仪器测量时的随机误差，主要体现为仪器的标称精度。系统误差可以通过采用差分方法或坐标转换方法予以消除。
4.1 基准点的精度估算
依据点位布置图中的点位，用武汉大学测绘学院商用平差软件“科傻”系统进行模拟平差计算。
模拟控制参数：TCA2003 方向中误差0.25 秒，距离0.2mm+0.4ppm。
最弱点精度为0.4mm，误差椭圆比较均匀。0.4mm 为基准点最低可接受精度，如再大就不能保证变形点位1mm 的精度要求，采取差分措施提高测量机器人的测量精度是必须要做的工作，且差分后能达到设计精度要求。
4.2 监测点的精度估算
按极坐标公式求各变形点的三维坐标计算公式为：
极坐标差分三维坐标测量的精度估算公式：
当距离为100米时，选取TCA角度测量精度为±0.5″，距离测量精度为± 0.4mm，可估算出精度平面点位精度约0.66mm，高程精度与差分距离有关，据现场情况和有关资料可推算高程精度约为0.45mm。
与此可见，再加上控制点的点位误差，变形点可达到小于1mm的精度要求。
5.监测信息化
实现监测过程的信息化，建立顺畅、快捷的信息反馈渠道，及时、准确地测定各监测项目的变化量及变化速率，及时反馈获取的与施工过程有关的监测信息，供设计、施工及有关工程技术人员决策使用，才能最终实现信息化施工。
对于现场采集到的各项监测数据，首先需利用统计模型进行粗差探测检验，确认不含粗差后再进行整体平差计算及测量精度统计，采用科学、合理的数据处理方法对监测成果进行整理分析，最终形成监测成果报告。
监测成果报告中包含技术说明、监测时间、使用仪器、依据规范、监测方案及所达到精度，列出了监测值、累计值、变形率、变形差值、变形曲线，并根据规范及监测情况提出结论性意见。
4.结束语
变形监测手段随着科技的发展和现场的需要不断的向前发展和革新。利用测量机器人及配套的监测软件在使用隧道内进行全自动监测，与传统监测相比较，具有简便、灵活、无人值守、实时、动态的监测特点，并实现了测量数据的自动处理、传输、预警等功能，节省人力物力，是运营地铁隧道变形不间断三维监测的理想手段。
参考文献
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