全站仪自动化变形监测

2
xz D m2 2 S yz 2 D m 2 2 m D
2
点位精度计算
D 2 S 2 2 m P mS m m
自动照准点 H=－θ H=0° H=＋θ
在水平方向上有2～3mm的变化
棱镜水平方向转动，自动照准点左右会有误差
三、自动化监测系统对全站仪要求 2、可以自动化照准的合作目标— 360°棱镜 水平与垂直自动化照准精度匹配
H=0°
H=30°
H=60°
自动照准点
新型360 °棱镜，即使改变棱镜方向，自动照准点也几乎不偏移
索佳自动化全站仪 （就近照准法则）
（视场内有2个棱镜，仍能正常测量）
三、自动化监测系统对全站仪要求 2、可以自动化照准的合作目标— 360°棱镜 水平与垂直自动化照准精度匹配
H=0° H=30° H=60°
自动照准点 随着棱镜的水平方向转动，自动照准点上下会有偏差（可达±2.5mm）
三、自动化监测系统对全站仪要求 2、可以自动化照准的合作目标— 360°棱镜 水平与垂直自动化照准精度匹配
' 0 dJ dJ d ' dJ
如果同一时刻测得某变形点的斜距为d’P ，那么经气象差分改正后的真 实斜距为：
d d ' d d '
P P
P
四、自动化监测误差处理技术 2、极坐标三维监测多重差分改正原理 球气差对垂直角（三角高程）影响的差分改正
全站仪在基准点设站，对另一基准点上的棱镜观测求得三角高差hJ，与 两基准点间的已知高差h0比较，求解球气差系数C。
T
二、全站仪极坐标测量精度分析 4、自动化全站仪极坐标实测精度统计（自动目标照准） 室外200m距离测微平台比测部分结果
JZ2
主坝轴线 北
坝肩轴线
变形点 GD4 JZ3
JZ1
Y X
JZ0
二、全站仪极坐标测量精度分析
4、自动化全站仪极坐标实测精度统计（自动目标照准） 室外200m距离测微平台比测部分结果
1.0mm 1.0mm 0.5mm
1.5mm
二、全站仪极坐标测量精度分析
4、自动化全站仪极坐标实测精度统计（自动目标照准） 室内30m双频激光干涉基线比测示意图
激光干涉仪
全站仪
导轨
小车 全站仪极坐标测量
精度检测装置立面示意图 Di i i’ Di+1
激光干涉仪
全站仪
全站仪极坐标测量精度检测装置俯视示意图
一般在已知高差、或对向三角高程观测求解球气差系数
为了实现变形点三维监测，必须解决球气差的影响问题
四、自动化监测误差处理技术 2、极坐标三维监测多重差分改正原理 利用基准点信息求差分改正数
四、自动化监测误差处理技术 2、极坐标三维监测多重差分改正原理 大气折射对测距影响的差分改正
全站仪在基准点设站，对另一基准点上的棱镜测距，利用测距值d’ J 与基 准值d0J之间的较差，求定大气折射对测距影响的改正系数。
100 mX: 0.19 mY: 0.19 200 0.28 0.28 300 0.39 0.39 500 0.63 0.63 1000 1.33 1.33
mZ: 0.11
300 mX: 0.18 mY: 0.18 mZ: 0.10 500 mX: 0.17 mY: 0.17 mZ: 0.10 1000 mX: 0.17 mY: 0.17
-60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60
測定誤差 [mm]
0
-1
-1
-2
-2
-3 棱镜 水平方向 转动 角度 [deg] 索佳360°棱镜
-3 -60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60 棱镜 水平方向 转动 角度 [deg] T rim ble 3 6 0 ° 棱 镜
-3 -60 -45 -30 -15 0 15 30 [deg] 45 60 棱镜水平方向转动角度
索佳360°棱镜
徕卡360°棱镜
三、自动化监测系统对全站仪要求
2、可以自动化照准的合作目标— 360°棱镜 水平与垂直自动化照准精度匹配
3 水平 上下 距離
3 水平 上下 距離
2
2
1
1
0
測定誤差 [mm]
mZ: 0.10
0.20
0.30
0.54
1.36
四、自动化监测误差处理技术 4、实际应用案例差分改正效果统计 某大坝变形监测点位分布图
北 主坝轴线 坝肩轴线 S7 1020马道 S4 S1 S5 S2 S6 S3 JZ3 JZ2
'
四、自动化监测误差处理技术 2、极坐标三维监测多重差分改正原理 监测点三维位移量计算
经上述多重差分改正后，消除大气等外部环境的综合影响，求得准确的 监测三维坐标：
X P D P cos H Z P X 0 YP D P sin H Z P Y 0 Z P h P Z 0
0.28
0.26 0.26 0.23 0.25 0.25 0.21 0.24 0.24
0.53
0.35 0.35 0.41 0.33 0.33 0.34 0.33 0.33
1.32
0.56 0.56 0.95 0.53 0.53 0.68 0.51 0.51
5.02
1.15 1.15 3.40 1.04 1.04 2.17 0.99 0.99
全站仪自动化变形监测系统 AutoMoS/SubMoS
林 新 烁
深圳市博飞仪器有限公司 2013.05 深圳
目录
一、变形监测精度要求（地铁、大坝） 二、全站仪极坐标测量精度分析 三、自 动化变形监测系统对全站仪的要求 四、 自动化变形监测误差处理技术 五、全站
仪自动化变形监测系统
六、总结 附录：SubMoS-地铁结构变形自动化监测系统
四、自动化监测误差处理技术
1、大气折射对全站仪测量结果的影响 大气折射对电磁波测距的影响
测定大气温度、气压等，对测距结果进行修正 利用数字气象设备，可以实现大气参数采集的自动化 一般在车站附近测定气象参数，存在较大的代表性误差问题
大气折光对垂直角测量的影响
地球弯曲及大气折光对垂直测量的影响与气候、地理环境等因素有关 无法直接利用有关设备直接测定
与第一周期的三维坐标相比，计算其他周期的三维位移量
X P X P X 1 P 1 YP YP YP Z P Z P Z 1 P
四、自动化监测误差处理技术 3、不同基准距离差分改正变形点精度影响理论分析
单位：mm
基准点斜距 (m)
200
变形点斜距(m)
三、自动化监测系统对全站仪要求
2、可以自动化照准的合作目标— 360°棱镜 水平与垂直自动化照准精度匹配
3 水平 上下 距離 3
2
2
1
測定誤差 [mm]
1
測定誤差 [mm]
0
0
-1
-1 水平 上下 距離
-2
-2
-3 -60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60 棱 镜 水 平 方 向 转 动 角 度 [d e g]
一、变形监测精度要求 地铁隧道围岩收敛控制标准（参考值）
（1）洞室收敛：30mm （2）拱顶下沉：20mm
一、地铁结构变形监测精度要求 变形监测精度要求
（1）洞室收敛： Δ = 30mm, 1/ t = 1/20, m = 1.5mm m = 1.0mm （2）拱顶下沉： Δ = 20mm
全站仪水平度盘零方向受仪器稳定性、外界条件的变化等因素的影响会 发生变化，把基准点第一次测量的方位角作为基准方位角HZJ0，其它周 期对基准点测量的方位角HZJ′与基准方位角相比，有一差值
H H
Z
'
ZJ
H
0
ZJ
如果同一时刻观测其他变形点，其准确的方位角值为：
H Z P H Z P H Z
测程
精度
棱镜
360°棱镜 棱镜 反射片
1000m
600m 1.0mm@200m 1.0mm@50m
1000m
800m 1.0mm@200m ——
三、自动化监测系统对全站仪要求 1、全站仪的自动化 多棱镜目标自动化识别技术
一般的自动照准全站仪 （非就近照准法则）
（视场内有2个棱镜，不能正常测量）
二、全站仪极坐标测量精度分析
4、自动化全站仪极坐标实测精度统计（自动目标照准） 室内30m双频激光干涉基线比测部分结果
P mP 0.15mm n
序号 20 21 22 23 24 25 26 27 28 激光mm E -20000.15 -21000.28 -22000.11 -23000.04 -24000.14 -25000.08 -26000.07 -27000.09 -28000.1904 22.71155 23.68810 24.66375 25.64000 26.61660 27.59260 28.56890 29.54520 30.52150 全站仪m N 6.49465 6.71125 6.92780 7.14440 7.36105 7.57750 7.79430 8.01075 8.22725 H -0.23265 -0.23250 -0.23250 -0.23245 -0.23230 -0.23220 -0.23215 -0.23210 -0.23200 0.10 0.15 -0.44 0.06 0.24 -0.23 0.09 -0.02 -0.08 距离差mm
全站仪目标测量过程控制自动化
提供丰富的计算机控制指令，便于编程开发
三、自动化监测系统对全站仪要求 1、全站仪的自动化
型号 测角精度 测距精 度 棱镜 反射片 无棱镜 轴系驱动马达 驱动速度 目标自动照准 60°/s 180°/s 0.5" 0.8mm+1ppm 0.5mm+1ppm 1.0mm+1ppm NET05AX 0.5" 0.6mm+1ppm(精密模式) 1.0mm+1ppm（标准模式） 1.0mm+1ppm 2mm+2ppm TS30
m t
Δ — 变形允许值

1 1 1 p
2
t — 为置信区间内允许误差与中误差之比值，t = 2 p — 为概率值，相对位移一般可取 p = 0.995
一、变形监测精度要求 大坝变形监测精度要求
（1）混泥土坝：1mm （2）土石坝： 3~5mm
二、全站仪极坐标测量精度分析 1、极坐标测量原理
在X方向锯齿型误差为±0.19mm
在Y方向锯齿型误差为0.16mm，转化 为角度误差为±0.24″。
三、自动化监测系统对全站仪要求
1、全站仪的自动化 全站仪轴系驱动自动化
全站仪目标照准自动化
自动照准精度：1mm@200m 自动照准距离：1000m 自动照准分辨能力：具备特殊能力 （就近照准法则、小视场、主 动目标） 自动照准目标类型：圆棱镜、360°棱镜、反射片
c
h 0 h J d J cos 2
2
如果同一时刻测得某变形点的三角高程，经球气差改正后的高差结果 为：
h P d P sin c d P cos 2 i h a h
2
四、自动化监测误差处理技术 2、极坐标三维监测多重差分改正原理 水平方位角的差分改正
2
2
二、全站仪极坐标测量精度分析 3、极坐标测量精度理论估计
设： mS 1mm 1 ppm 边长 S 50m
m m 0.5 "
450
100
100m
200m
mx my mz
点位精度
0.7mm 0.7mm 0.2mm
1.0mm
0.8mm 0.8mm 0.3mm
1.2mm
z
P
x S cos cos y S cos sin z S sin
y
ห้องสมุดไป่ตู้
x
S β
α
O
极坐标测量示意图
二、全站仪极坐标测量精度分析 2、极坐标测量精度计算公式
三维坐标分量精度计算
x 2 S 2 mx y 2 2 my 2 S 2 mz z S y 2 x 0