基于自由测站的水平位移监测方法

在地质勘探、基坑水平位移监测、滑坡勘察等方面大力运用先进技术设备，切实提高建筑地质监测质量，减少房屋安全隐患。基坑作为建筑施工的基础工程，其重要性不言而喻，如何利用先进水平位移监测方法，解决基坑监测误差、视差影响是当前建筑工程平稳运营的重中之重。本文重点对自由测站水平位移监测方法进行深入研究，着重论述自由测站观测原理、应用范围、技术方法、基坑监测体系基本构成等，切实在建筑工程中普及此法，推动建筑业平稳、向上发展。

21世纪以来，我国经历了2008年全球金融危机、2011年欧洲债务危机，外部金融环境日益动荡，内部市场条件不断变化，为切实提高自身核心竞争力，促进企业平稳向上发展，各大中小建筑企业进行全面技术革新。基坑水平位移测算、地质勘探、地形监测逐步向信息化监控管理迈进。伴随全球经济一体化进程不断加快，城市高层建筑、地下工程日益增多，地铁、地下车库这类工程均需开挖基坑，势必会对周围建筑稳定造成影响。自由测站水平位移监测方法的应用，可有效解决因基坑开挖引起周边土体变形导致工作基点不稳定、影响监测精度等问题。

笔者通过对自由测站水平位移检测方法、全站仪自由测站观测原理、应用范围进行仔细分析，力求客观全面分析问题，解决问题，改善传统视准线法、测小角法，精度不高，应用范围窄、成本高等弊端，切实为我国建筑业进一步发展提供一定参考意见，推动我国社会主义特色经济建设走向可持续发展道路。

一、全站仪自由测站法原理、使用范围分析研究

2001年我国加入世贸组织(World Trade Organization WTO)以后，受到国际知名建筑企业冲击，我国建筑行业内部市场条件发生重大变化，逐渐由原来的粗放型转变为集约型经营，传统基坑水平位移监测方法依然难以满足当前建筑质量，工程效率，施工安全等多方面要求，全站仪自由测站法的运用，在一定程度上切实提高基坑计算效率，减小监测误差。

1.1全站仪自由测站观测原理、适用范围

1.1.1全站仪自由测站法观测原理

传统基坑水平位移监测要利用经纬仪对基准点和观测点距离和角度分别测量，监测耗时长、操作不便、且数据精度较低。全站仪自由测站法监测，以极坐标法为基础，对基准点和观测点同时进行角度和距离测算。

应用全站仪高精度的特性，在基坑附近设置观测站，可根据实际要求任意设置观测点，并对变形监测点方向距离，根据极坐标法计算出坐标及方位角定向，建立自由坐标系。进而在观测站上观测基准点与变形监测点的方向距离。全站仪内自由测站观测程序通过基准点、测站点坐标周期性变化，监测变形体观测点位移变化。

1.1.2全站仪自由测站法适用范围

适用于较为狭小场地、施工障碍多等复杂地理环境，主要解决因基坑开挖引起周边土体变形，导致施工不稳定影响监测精度的关键问题，可满足一级深坑、二级深坑、三级深坑精度要求，对高铁、地铁、大型地下车库、人防工程等建筑位移监测有良好效果。

二、自由测站法水平位移监测中应用及精度分析

2.1自由测站点坐标系统形成分析

根据图1所示，距离自由设站点P一定距离内设置多个基准点Ki(i=1、2、3、…、n)，在自由设站点架设全站仪，瞄准基准点方向分别测量其方向值和距离，利用间接平差方法计算p点坐标。两个基准点间形成一条近似平行于基坑的基准线，该基准线在水平面内水平投影为坐标系X轴方向，相应垂直于X轴方向为Y轴。

2.2自由测站法坐标计算公式分析

基坑设置全站仪后，观测基准点选取K1、K4，自由设站点到K1、K4间的距离分别为S1、S4，仪器中心P点与K1、K4两基准点夹角为α，在全站仪三轴中心引出新的做别系P—X'Y'。

①、K1点坐标为Xk1=S1*cos^n 、Yk1=S1*sin^n;

②、K2点坐标为，XK2=S2*COS(α+β)、Yk2=S2*sin(α+β)

③、K1、k2两点水平投影在Y轴上则Xk1=Yk1。可根据上述分析出任意观测点Kn坐标为：Xkn=Sn*COS(α+β)=X'k1 、Ykn=Sn*sin(α+β)=Y'k1，根据K1和其他基准点坐标可得到所需水平位移。

2.3自由测站法精度分析

①、实际测算交会角度越大，自由测站点位精度越高，即测站点点位精度与交会角成正比。临界角度为40度，点位精度提高放缓，自由设站点P在两基点之间时，点位精度达到最大值，监测过程中需增加后视点，以减少监测误差。

②、根据测定设站点P点坐标，利用全站仪自由设置模块程序，分析可得水平位移精度误差，由自由设站点误差和极坐标法测量误差两部分引起。为较少误差影响可通过增设多余监测、增加控制点数、切实提高水平位移监测精度，提高检测可靠性。

③、自由测站水平位移监测法可根据基坑实际情况，监测需求，随时架设，随时测量，与测小角法与视准线法不同，不用考虑测站对中误差，只需考虑测角误差，可有效避开障碍，灵活设站。

④、自由测站法监测优点在于应用范围较广，位移监测精度较高，可快速高效反馈变形信，既能保证精度符合要求同时，切实提高作业效率。

结语

本文通过对自由测站的水平位移监测方法进行全面研究，仔细分析了全站仪自由测站法原理、使用范围、自由测站点坐标系统形成过程，着重探讨自由测站法坐标计算公式与监测精度，明确自由测站法精度高、工作效率强、应用范围广等特点，切实为今后建筑基坑施工水平位移高精测绘提供一定参考意见。展望“十二五”规划，我国建筑企业唯有制定详细发展目标，不断总结经验，才能在激烈的市场竞争中，平稳、向上发展。