论文部分内容阅读
[摘要]介绍Leica TS30智能全站仪开发的自动测量系统的功能特点，并以在堰塞湖监测应用的具体情况，探讨智能全站仪自动变形监测系统在相关监测应用中的作用和取得的成效。实际应用表明，自动变形监测系测量效率快，观测成果精度高，为治理滑坡工作提供了正确可靠的监测数据。
[关键词]变形监测 滑坡 智能全站仪 自动化
[中图分类号] P204 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-4-227-1
1前言
测绘科学技术的发展和各种精密测量仪器的出现为工程测量提供了更多更强的支持，在变形监测中也出现了新的变革和发展。在滑坡及水工建筑物的变形自动化监测方面，智能全站仪正渐渐成为首选的自动化测量技术设备。智能全站仪是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪，它是在全站仪的基础上集成步进马达、CCD影像传感器构成的视频成像系统，并配置智能化的控制及应用软件发展而形成的。若智能全站仪与能够制订测量计划、控制测量过程、进行测量数据处理与分析的软件系统相结合，完全可以代替人完成许多测量任务。本文以 Leica TS 30为例来探讨智能全站仪在某县因山体滑坡形成堰塞湖监测中的应用。
2概况
2013年8月，某县一在建工地发生山体滑坡，滑坡堆积体冲入山坡下河内形成堰塞体，严重危及当地居民生命财产安全。受当地政府局委托，我单位立即对该滑坡地质灾害开展了应急调查、地形图测绘及应急专业监测，同时每天每小时为当地县水务局提供堰塞湖水位高程测量结果。
3监测精度及滑坡预警值
智能全站仪标称测角精度±0.5″，测距精度±（ 1 +1 ppm×D）mm根据有关规范并结合工程实际，监测精度指标初步确定为： 水平位移观测位移量中误差为±5mm； 垂直位移观测位移量中误差为±5mm。
变形监测预警值的确定是变形监测技术设计的重要内容，根据滑坡的变形情况，设计人员参考有关资料，针对性地制定了以下预警值，作为该项目滑坡监测和预报应急预案依据：
①Ⅰ级预警（红色） ： 3个月的地表监测累计位移量超过50mm或单次监测位移增加量超过 30mm；
②Ⅱ级预警（橙色） ： 3个月的地表监测累计位移量超过 40mm或单次监测位移增加量超过 20mm。
4监测网设计
智能全站仪进行自动化变形监测，一般可根据实际情况采用固定全自动持续监测和移动周期性网观测两种方式。
固定式全自动变形监测系统可实现全天候的无人值守监测，并具有高效、全自动、准确、实时性强等特点。但也有其缺点，多余观测值少，测量的精度随着距离的增长而显著降低，且不易检查发现误差，而且固定仪器设配的投入很大。
移动式半自动变形监测系统的作业与传统的观测方法一样，首先在各观测墩上安置整平仪器，进行测站设置，首次观测需人工参与，只需按顺序瞄准各个观测点棱镜大概位置，智能全站仪会自动精确照准，输入点号、镜高等，完成第一次正镜观测后，智能全站仪会按照观测点顺序、测回数、全自动地寻找目标，精确照准目标、记录观测数据，计算各种限差，做超限重测或等待人工干预等。完成一个测点的工作之后将仪器搬到下一个施测的点上，重复上述的工作，直至所有外业工作完成。这种移动式网观测模式可大大减轻观测者的劳动强度，所获得的成果精度更好。对于该模式常采用智能全站仪机载半自动外业观测软件加微机自动化数据处理软件共同构成智能全站仪移动式变形监测系统。
监测起始时间为2013年8月16日，采用移动周期性网观测方式。先后在地质灾害各区布置了22个地表位移监测点。监测平面布置图如图2-1所示。8月16日首先在I区、II-1区、II-2区及土质滑坡区布置了13个地表位移监测点，在第一次爆破后在II-1区增加TP14监测点，在堰塞体上增加TP15、TP16监测点。第二次爆破后在II-2区增加TP17监测点，在II-1区增加TP18、TP19、TP20监测点，在I区上游布置TP21、TP22监测点。监测网布置见图 1。
5监测实施频率及工作量
所有监测点实施频率不低于3次/天，每次爆破前后以及堰塞体施工进行时，对II-1区危岩体进行加密监测，观测频率为1次/小时。其中TP07在第一次危岩爆破后被破坏，TP14在第二次危岩爆破后破坏，TP10、TP09在I区土质滑坡变形过程中被破坏。应急监测从2013年8月16日开始到8月24日结束，水平位移及垂直位移各累计监测628点·次。
智能全站仪自动测量系统大大提高了工作效率，根据有关规范要求，该滑坡体监测控制网各个测站采用全圆观测方向观测9个测回，共6个控制点，观测32个方向。采用常规的全站仪人工测量32个方向乘以9个测回，再乘以2（盘左、盘右） ，就要测576个方向值，这是基本的概算，并不包括精度超限重测。采用智能全站仪，在采集数据前对系统输入各个精度限差，测量时人工参与 32个方向粗测即可，智能全站仪会自动准确照准、自动记录、自动预处理数据，完全取代人工测量，而且测量精度有较高保证。智能全站仪自动采集5-7个方向的数据，从开始到完成只需要 10-20min，而一般全站仪人工测量则需要1.5h以上。智能全站仪比常规的人工测量速度要快，质量更有保证，但在温温差高、气流大时，自动照准目标就会出现较大偏差，导致观测精度降低，增加测回数，降低效率。由此可知，智能全站仪使用也有一定局限性。
6监测成果分析
在堰塞体靠近原河道边缘布置了TP15、TP16，2个监测点，从图2中可见，在监测初期堰塞体有少量位移，后期随着水位逐渐下降，累积位移曲线逐渐平缓处于基本稳定状态。
据统计，监测期间TP15累计位移量：31.99mm，平均位移速率：4.8mm/d，TP16累计位移量：23.16mm，平均位移速率：3.5mm/d。
7结语
（1）智能全站仪具有自动化、时效性强、观测精度高等特点，可快速获得每个变形点的变形信息。测量精度、工作效率，以及监测人员作业的安全系数的大幅度提升，促使智能全站仪在测量中应用更为广泛。
（2）实践证明，智能全站仪观测的监测数据与滑坡体走向相吻合，为治理工作提供了正确可靠的变形数据，观测数据远离设计预警值，滑坡体目前尚处在一个相对稳定的状态，说明前期滑坡治理措施已经发挥了重要作用。
（3）智能型全站仪的缺点：精确测量需要目标点固定反射镜，非精确测量要注意树木、草丛生长可能引起的遮挡，快速监测的基站最好设置为强制对中墩。
参考文献
[1]GB50026-2007 工程测量规范[S].
[2]武汉测绘科技大学（测量学）编写组.测量学[M].第3版. 北京：测绘出版社.2000.
[关键词]变形监测 滑坡 智能全站仪 自动化
[中图分类号] P204 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-4-227-1
1前言
测绘科学技术的发展和各种精密测量仪器的出现为工程测量提供了更多更强的支持，在变形监测中也出现了新的变革和发展。在滑坡及水工建筑物的变形自动化监测方面，智能全站仪正渐渐成为首选的自动化测量技术设备。智能全站仪是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪，它是在全站仪的基础上集成步进马达、CCD影像传感器构成的视频成像系统，并配置智能化的控制及应用软件发展而形成的。若智能全站仪与能够制订测量计划、控制测量过程、进行测量数据处理与分析的软件系统相结合，完全可以代替人完成许多测量任务。本文以 Leica TS 30为例来探讨智能全站仪在某县因山体滑坡形成堰塞湖监测中的应用。
2概况
2013年8月，某县一在建工地发生山体滑坡，滑坡堆积体冲入山坡下河内形成堰塞体，严重危及当地居民生命财产安全。受当地政府局委托，我单位立即对该滑坡地质灾害开展了应急调查、地形图测绘及应急专业监测，同时每天每小时为当地县水务局提供堰塞湖水位高程测量结果。
3监测精度及滑坡预警值
智能全站仪标称测角精度±0.5″，测距精度±（ 1 +1 ppm×D）mm根据有关规范并结合工程实际，监测精度指标初步确定为： 水平位移观测位移量中误差为±5mm； 垂直位移观测位移量中误差为±5mm。
变形监测预警值的确定是变形监测技术设计的重要内容，根据滑坡的变形情况，设计人员参考有关资料，针对性地制定了以下预警值，作为该项目滑坡监测和预报应急预案依据：
①Ⅰ级预警（红色） ： 3个月的地表监测累计位移量超过50mm或单次监测位移增加量超过 30mm；
②Ⅱ级预警（橙色） ： 3个月的地表监测累计位移量超过 40mm或单次监测位移增加量超过 20mm。
4监测网设计
智能全站仪进行自动化变形监测，一般可根据实际情况采用固定全自动持续监测和移动周期性网观测两种方式。
固定式全自动变形监测系统可实现全天候的无人值守监测，并具有高效、全自动、准确、实时性强等特点。但也有其缺点，多余观测值少，测量的精度随着距离的增长而显著降低，且不易检查发现误差，而且固定仪器设配的投入很大。
移动式半自动变形监测系统的作业与传统的观测方法一样，首先在各观测墩上安置整平仪器，进行测站设置，首次观测需人工参与，只需按顺序瞄准各个观测点棱镜大概位置，智能全站仪会自动精确照准，输入点号、镜高等，完成第一次正镜观测后，智能全站仪会按照观测点顺序、测回数、全自动地寻找目标，精确照准目标、记录观测数据，计算各种限差，做超限重测或等待人工干预等。完成一个测点的工作之后将仪器搬到下一个施测的点上，重复上述的工作，直至所有外业工作完成。这种移动式网观测模式可大大减轻观测者的劳动强度，所获得的成果精度更好。对于该模式常采用智能全站仪机载半自动外业观测软件加微机自动化数据处理软件共同构成智能全站仪移动式变形监测系统。
监测起始时间为2013年8月16日，采用移动周期性网观测方式。先后在地质灾害各区布置了22个地表位移监测点。监测平面布置图如图2-1所示。8月16日首先在I区、II-1区、II-2区及土质滑坡区布置了13个地表位移监测点，在第一次爆破后在II-1区增加TP14监测点，在堰塞体上增加TP15、TP16监测点。第二次爆破后在II-2区增加TP17监测点，在II-1区增加TP18、TP19、TP20监测点，在I区上游布置TP21、TP22监测点。监测网布置见图 1。
5监测实施频率及工作量
所有监测点实施频率不低于3次/天，每次爆破前后以及堰塞体施工进行时，对II-1区危岩体进行加密监测，观测频率为1次/小时。其中TP07在第一次危岩爆破后被破坏，TP14在第二次危岩爆破后破坏，TP10、TP09在I区土质滑坡变形过程中被破坏。应急监测从2013年8月16日开始到8月24日结束，水平位移及垂直位移各累计监测628点·次。
智能全站仪自动测量系统大大提高了工作效率，根据有关规范要求，该滑坡体监测控制网各个测站采用全圆观测方向观测9个测回，共6个控制点，观测32个方向。采用常规的全站仪人工测量32个方向乘以9个测回，再乘以2（盘左、盘右） ，就要测576个方向值，这是基本的概算，并不包括精度超限重测。采用智能全站仪，在采集数据前对系统输入各个精度限差，测量时人工参与 32个方向粗测即可，智能全站仪会自动准确照准、自动记录、自动预处理数据，完全取代人工测量，而且测量精度有较高保证。智能全站仪自动采集5-7个方向的数据，从开始到完成只需要 10-20min，而一般全站仪人工测量则需要1.5h以上。智能全站仪比常规的人工测量速度要快，质量更有保证，但在温温差高、气流大时，自动照准目标就会出现较大偏差，导致观测精度降低，增加测回数，降低效率。由此可知，智能全站仪使用也有一定局限性。
6监测成果分析
在堰塞体靠近原河道边缘布置了TP15、TP16，2个监测点，从图2中可见，在监测初期堰塞体有少量位移，后期随着水位逐渐下降，累积位移曲线逐渐平缓处于基本稳定状态。
据统计，监测期间TP15累计位移量：31.99mm，平均位移速率：4.8mm/d，TP16累计位移量：23.16mm，平均位移速率：3.5mm/d。
7结语
（1）智能全站仪具有自动化、时效性强、观测精度高等特点，可快速获得每个变形点的变形信息。测量精度、工作效率，以及监测人员作业的安全系数的大幅度提升，促使智能全站仪在测量中应用更为广泛。
（2）实践证明，智能全站仪观测的监测数据与滑坡体走向相吻合，为治理工作提供了正确可靠的变形数据，观测数据远离设计预警值，滑坡体目前尚处在一个相对稳定的状态，说明前期滑坡治理措施已经发挥了重要作用。
（3）智能型全站仪的缺点：精确测量需要目标点固定反射镜，非精确测量要注意树木、草丛生长可能引起的遮挡，快速监测的基站最好设置为强制对中墩。
参考文献
[1]GB50026-2007 工程测量规范[S].
[2]武汉测绘科技大学（测量学）编写组.测量学[M].第3版. 北京：测绘出版社.2000.