浅谈全站仪小角法基坑水平位移监测的误差分析与精度控制

浅谈全站仪小角法基坑水平位移监测的误差分析与精度控制摘要：利用全站仪小角法测量基坑水平位移，既能满足监测点相对于基准线偏
差误差≤1mm～3mm的精度要求，又操作简单实用。

通过剖析小角法测量机理和产生误差的原因，针对性提出工作基点至监测点的距离、全站仪合理选型、将视准线小角法和观测点设站法相结合及严控测站对中误差等控制措施，有效提升小角法测量精度。

关键词：全站仪；小角法；基坑水平位移监测；误差分析；精度控制措施
Elementary discussion on horizontal displacement monitoring of foundation pit with small-angle method of total station Error analysis and precision control
Lishuxi
(Hunan Technical College of railway high-speed Hengyang 421002)
Abstract：Using the total station small-angle method to measure the horizontal displacement of the foundation pit can not only meet the accuracy requirements of the deviation error of the monitoring point relative to the baseline of ≤ 1mm to 3mm, but also the operation is simpl e and practical. By analyzing the measurement mechanism of the small-angle method and the reasons for the error, the distance from the working base point to the monitoring point, the reasonable selection of the total station, the combination of the small-angle method of sight line and the observation point setting method, and strict control of the centering of the observation point are proposed. Control measures such as errors can effectively improve the measurement accuracy of the small angle method.
Keywords：Electronic Total Station; small angle method; horizontal displacement monitoring of foundation pit; error analysis; precision control measures
1.前言
现在随着全站仪测角与测距精度大幅提升，小角法普遍应用在水平位移监测中，特别在现如今基坑监测中得以普遍推广使用。

但在实际应用中，部分监测人员只片面看到该方法“监测机理简单，使用操作方便简单，成本低而高效”的特点，却忽略了造成小角法位移监测精度出现误差来源深层次分析，导致监测结果差之毫厘谬以千里，甚至因此酿成质量安全事故发生。

基于此，有必要对此监测方法的误差影响因素进行剖析并加以控制完善,以确保监测数据真实、准确、可靠。

2.测量机理与误差剖析
2.1测量机理
在具备良好的通视条件的待测基坑围护结构较稳固区域内以外同一水平线上并以此建立工作基点、定向基点和检核基点等点位构成的水平位移基准线，同时选定控制点，设为零方向。

［1］定期监测采集各监测点与基准线的角度变化值，利用三角函数计算原理即得垂直方向偏差值。

前后两次测量偏差值差值即为监测点的本次位移值，与初始值比较的差值得到累计位移值。

其测量原理如图1所示。

ΔQ是两次观测水平角的差，若观测误差为ｍQ，再由误差传播定律可得。

而ｍQ受观测
误差、仪器对中误差、目标偏心误差、仪器误差和外界条件影响。

［2］其中影响最大的是
观测误差、仪器对中误差和目标偏心误差，仪器误差和外界条件误差影响微乎其微，且属偶
然误差，难以定量，研究对此不予考虑。

［3］在实际测量中应即使采取有效措施尽可能消
除上述误差影响，最大限度提升测量精准度。

(1)照准误差影响
当工作基点至监测点的距离较短时，目标成像清晰，角度观测误差较小，水平位移监测
精度较高。

［4］反之，距离较远则可能成像不清，水平位移监测精度较难保证。

［5］为尽
量降低目标照准误差的不良影响，必须对该水平距离予以适当限制。

(2)测站对中误差影响
工作基点往往需要与各监测点保持较好的通视条件，因此该位置几乎选择在邻近基坑的
变形影响区域内，施工作业和机械振动等极易对测量结果的准确度造成干扰。

与此同时，测
站对中误差将影响各监测点的小角值，必须予以严控。

(3)全站仪测角误差影响
全站仪水平角测角误差与监测点的位移中误差成正比，这直接决定测小角法的精度。

在
实际工程中，应按需选择符合精度要求的全站仪。

目前应用于基坑工程的全站仪标称精度主
要有0.5″、1.0″和2.0″三种，影响因素主要包括水平度盘偏心误差、视准轴与横轴2C视准差、竖轴误差、气泡居中等。

［6］当监测点目标的垂直角超过±3°时，监测前应对仪器的垂直轴
倾斜误差进行校验，监测过程中应打开补偿器实施自动改正。

3.精度控制措施
（1）控制测站至监测点的水平距离≤300m。

在实际应用中ΔQ值相当小，可忽略不计，即，可得
因照准误差主要取决于全站仪望远镜的放大倍率X、人眼视力鉴别角和觇牌图像质量。

一般取人眼视力临界角为60″，取鉴别角为20″，X取值30。

则：
综上所述，测站至监测点的水平距离≤300m时对降低照准误差对监测点位移误差造成的
影响最低。

从数据分析可知，工作基点应该尽量设置强制对中观测墩或辅助利用精密光学对中装置
进行观察，已达到测站对中误差≤0.5mm。

（3）将视准线小角法和观测点设站法相结合
采取视准线小角法和观测点设站法相结合利用数学建模进行水平位移监测，先采用观测
点设站法位移量计算公式求基准点以外某个变形观测点（假设为A点）横向位，其次利用视
准线小角法(假设A点不动)求得其他变形观测点（假设为B点）的位移，再则计算由于A点
位移对测量B点产生的影响，最后借助相关仪器一次设站加以改正，以达到一次完成所有观
测点水平位移的目的。

（4）根据监测点合理使用全站仪
在现场测量确定对边测量的测站点点位时,一般先在相应地形图上定位最佳测站点的大致
范围,再结合现场测量需要小幅度灵活调整点位设置,尽可能确保全站仪安放在最适宜工作测
站点或相近区域,尽量避开不利测站点位置,以极大限度消除地理环境对边测量的观测质量的
影响。

在测站点位置已确定的情况下,应考虑全站仪测距、测角精度的合理匹配并采取必要的
观测措施,以提高对边测量观测精度。

同时对起始数据的准确性进行复核处理，及时发现进行
数据反映的偏差，提升测距效果。

在数据复核方面，应使用全站仪设备进行科学的测站点处理，明确数据信息的应用内容与特点，并进行合理的测距处理[4]。

在大部分作业环境中为提
高测量工作质量和效率,可考虑采用全站仪与GPS-RTK结合使用,在使用中实现二者优势互补,
保证测量结果达到预期精度效果。

4.结束语
采用基坑水平位移监测方法要特别注意对误差来源和精度控制进行分析研究，并针对存
在的问题有针对性进行改性和完善，可以有效促进基坑变形监测工作的良好开展。

参考文献
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