无反射电子全站仪在工程测量倾斜观测中的应用
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蒙毛息
（北海市铁山港区城市规划技术服务中心，广西 北海 536000）
摘要：无反射电子全站仪在进行实际测量时，不需要反射目标就可以对测点的空间位置进行测量。在实际工程测量中，若建筑物立面不适合安防反射片和反射棱镜，可以使用自由设站法对墙面的点位进行测量，在通过适当的数学计算就可以对墙面质量进行评定。本文简要介绍了无反射电子全站仪，之后通过测量实例介绍其在倾斜观测中的应用，对相关工作人员有一定的借鉴作用。
关键词：无反射电子全站仪；工程测量；倾斜观测
1 简要介绍
1.1 特点介绍
无反射电子全站仪是在传统全站仪的基础上融入无反射棱镜测距，这样无反射电子全站仪不仅可以作为普通全站仪使用，而且可以用来测距，与此同时使得无反射棱镜更加容易和方便进行距离的测量，可以达到瞄准后即获得测量数据。与无反射棱镜测距仪或者传统全站仪相比，无反射电子全站仪有自己的特点：①无反射电子全站仪使用范围广，工作效率较高；这种全站仪使用过程中不要求接触被测点，便可以获得具体的三维坐标数据。另外，有的无反射电子全站仪具有可见激光，它可被用作指向器，也就是依据光斑所处的位置来获得测量的具置，因此，省去了用望远镜查找测量目标的过程，这使得无反射全站仪可以应用于室内测量；②无反射全站仪测量速度较快，通常情况下在1s左右即可完成一次测量，其速度要明显快于掌上行激光测距仪或者测距仪；③无反射电子全站仪测量距离较远，原因是提高了全站仪内的红外二极管的发射功率，而且允许在RL状态下使用全站仪内的棱镜；④无反射电子全站仪具有较高的安全性。
1.2 主要性能介绍
无反射电子全站仪拥有传统全站仪的所用功能，如内置多种测量应用程序、内存大、菜单式操作、自动进行气象改正、电子测边测角等，因其不需要发射目标就可以进行测点的测量，所以它适用于无法安放发射片或者反射棱镜的地方的测量，其具备有别于其他类型全站仪的优势。本文介绍的为SET230R型电子全站仪，它是由日本的索佳公司生产的，拥有操作系统、程序化的菜单、便携的数据传输、大容量存储、大屏幕液晶显示、双轴倾斜传感器以及同轴望远镜等特点和功能，而且不需要发射目标就可以测量。当无反射电子全站仪对准测量目标后，依据反射回来的红外线就能确定测点的各向坐标值；SET230R测量距离为200m，角度测量的精度为2″，距离的测量精度为3mm。
1.3 工程应用情况介绍
由于无反射电子全站仪具有大容量存储、测量方式简单等优点，因而在实际工程中得到广泛的使用，特别是在工程环境监测、新建建筑长期沉降观测、建筑物倾斜检测、建筑物纠偏工程、建筑结构评估等方面，应用的具体内容包括工程质量监测、工程环境监测、土木实验、地基检测、岩土工程技术、基坑维护结构设计、已有建筑物的地基加固、已有建筑物的纠偏、房屋的设计与施工、桥梁的设计与施工、建筑物的检测等。
本文主要采用SET230R无反射电子全站仪进行建筑物的倾斜观测，以此介绍工程测量中如何使用无反射电子全站仪。
2 工程实例
2.1 建筑物的变形观测
建筑结构在施工期间不可避免的要出现几何变形，主要有倾斜、位移和下沉，此外，还可能会出现扭转、挠曲以及裂缝等。我国规范对于不同的建筑物形式所允许的变形值不同。如果建筑物的变形值超出了规范规定的限制，就会影响建筑物的正常使用，而且能够说明建筑物所处的环境可能出现了变化。目前，通过工程测量的方式来获得建筑物的变相情况是较为常用的方法，也就是建筑物的变形观测。通过对建筑物上设定的观测点反复测量来获取观测数据，对观测数据进行分析和研究，进而确定建筑物变形随时间发展以及变形的空间分布等情况。
2.2 观测的目的
为了能够确保建筑物在运行、使用以及施工中的安全，同时为以后的类似设计积累工程资料，应在建筑物施工期间和使用后对其变形情况进行监测。建筑物需要进行变形监测的内容有位移观测、倾斜观测以及沉降观测等；本文是以某大楼的立面倾斜观测为例介绍无反射电子全站仪的使用过程。因建筑物体型不合理、不均与的地基承载力以及受到外部力的作用等，会导致建筑物出现倾斜，其出现的主要原因就是地基基础沉降不均匀。使用无反射电子全站仪对建筑物上部结构或者局部结构的倾斜速率、大小、方向等进行观测。
2.3 建筑物倾斜观测的原理
使用无反射电子全站仪测量时，不需要安设发射片或者反射棱镜，可以直接使全站仪对准结构目标进行观测，所以可以非常有效的对建筑物的立面倾斜情况进行观测。本次观测实施前，在大楼立面的交线上，设置若干个监测点，使用无反射电子全站仪获取每个监测点的各向坐标值，由多次测量获得的值来推算建筑物立面交线倾斜角度大小以及倾斜的方向。
2.4 建筑物倾斜观测的具体内容
在进行大楼倾斜观测时，应当先在大楼上选择一个上下对齐且与地面垂直的墙角，在某一墙面的延长方向安放无反射电子全站仪，调整全站仪的目镜对准大楼的棱线，然后将全站仪的水平角置零，此时就为大楼的倾斜观测设定了相对坐标系。在大楼的棱线上设定一系列的监测点，并使用无反射电子全站仪测定每个监测点的各向坐标值；为了体现试验观测的可对照性，在相反方向再安设一台无反射电子全站仪，然后两台全站仪同时对同一棱线控制点进行监测。对每个监测点测量5次，测定每个测点的坐标值以及水平角度和平距H。具体测量结果如表1所示。
表1 观测结果
测站 点号 Z/m Y/m X/m 平距/m 水平角/″ 水平倾斜
A 1 3.974 100 118.2132 18.2197 0 0
（南北） 2 4.8561 100.0002 118.2106 18.2161 0.0002 0.000186625
3 7.3417 100.0004 118.216 18.2156 0.0004 0.000356558
4 11.692 100.0016 118.2142 18.2140 0.00019 0.001501331
5 21.9246 100.0045 118.2115 18.2115 0.00044 0.003885413
平均 100.0013 118.2118 7.9412 0
B 1 3.976 200 107.9412 7.9365 0.0011 0.000432645
(东西) 2 10.1423 200.001 107.9365 7.9267 0.0069 0.002236587
3 12.4739 200.0023 107.9267 7.9299 0.0125 0.003636522
4 15.1412 200.0033 107.9289 7.9399 0.0146 0.003999814
5 19.332 200.004 107.9239 7.9343 0.0224 0.005269915
平均 200.0029 107.9256
2.5 测量结果分析
依据各测点的坐标值，在大楼的南北向，测量的顶点与底点之间的偏移量为5.6mm,东西方向的偏移量为1.7mm。由于该建筑物棱角处具有较强的漫反射，影响了测量的精度，因此应当依据各测点的平距和水平角度来确定每个监测点的偏移量，表1的最后1栏为通过水平角度和平距计算得到的偏移量结果。
根据测量结果，计算A、B测站观测点2到观测点5与地面比较的倾斜率大小。国家测量规范中给出的倾斜率的计算公式为：i=D/H=tan，公式中的i指代的是建筑物的倾斜率；D指代的是构筑物、建筑物最顶部的观测点与最底部观测点之间的偏移值，单位为m；H指代的是所测量构筑物或者建筑物的高度，单位为m；指代的是建筑物或者构筑物的倾斜角度，单位为（°）。根据公式的分析和计算可以得出，A测站使用无反射电子全站仪所获得的偏移角度，也就是东西方向偏移的角度为37.2″；B测站使用无反射电子全站仪所获得的偏移角度，也就是南北方向偏移的角度为68.9″。依据测量结果可以得出最高观测点与地面控制点的位移差值为12.73mm。
依据建筑物的总高度和观测棱线的倾斜角度，可以很容易的计算出棱线的最高点与建筑物地面底点之间的位移值，东西方向的位移计算值为Y1=Htan1=10.12mm，南北方向的位移计算值为Y2=Htan2=15.36mm。依据规范给定的倾斜率计算公式可以求得该建筑物的倾斜率为0.000352。我国相关规范中规定建筑物正常使用时期的倾斜率应当小于千分之七，计算结果完全符合规范要求，说明该建筑物目前的倾斜是安全的。
3 结语
随着科学技术的不断发展，各种现代化的测量手段被应用于工程测量，电子全站仪就是其中一个典型代表，它可以用于变形观测、施工放样测量、细部测量、控制测量等方面的工程作业。因不同的测量工程所要求的精度和具有的测量条件不同，使得具有不同特点、不同精度的全站仪被用于不同类型的工程测量。本文以SET230R无反射电子全站仪为例介绍了其工作的具体流程，通过对观测数据的分析后可以看出，无反射电子全站仪最值得推崇的优点为不需要发射片或者反射棱镜配合测量。因此，其可以用于无法安设发射片或者反射棱镜的建筑物测量；其对于建筑物的倾斜观测的过程以及计算方法都比较简单，而且易于理解。
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