免棱镜全站仪在桥梁变形观测中的应用

1、摘要免棱镜全站仪是不需要棱镜作为合作目标就能够够进行测距的全站仪，本文讨论分析了免棱镜全站仪在桥梁变形观测中的应用。第一通过实验分析重点探讨了免棱镜全站仪在桥梁墩柱倾斜观测中的应用，提出了通过采纳免棱镜全站仪测量墩柱上下端两层面的点坐标进而拟合图形，寻觅上下端的质心并以质心连线的倾斜度代替墩柱倾斜度的方式；然后通过免棱镜全站仪三角高程测量与S3水准仪水准测量的对如实验分析了免棱镜全站仪在桥面倾斜和挠曲变形中的应用；最后简要分析并提出利用免棱镜全站仪进行悬索桥主揽线形观测和桥底面与水面之间实际距离观测的方式。时刻序列分析是大桥变形监测的数据分析和变形预测的重要工具。本文利用MATLAB语言对时刻

2、序列分析进行编程，针对变形监测数据的转变特点，重点对AR(p)模型进行编程，要紧依据时刻序列分析的建模步骤，将建模步骤中的数学公式转换为MATLAB编程语言。然后利用编写的程序对桥梁变形观测数据进行分析，用前面多期监测数据成立数学模型,并对后面几期进行沉降预测,同时与实测值进行比较分析，用以查验时刻序列预测的准确性。关键词：免棱镜；倾斜观测；AR模型；时刻序列AbstractTheReflectorlessTotalStationcancarryoutrangingwithoutthegoalsofcooperationThisarticlediscussestheanalysisofRefl

3、ectorlessTotalStationinBridgeDeformationMonitoringApplications.First,experimentshaveconcentratedontheuseofReflectorlessTotalStationinthebridgecolumnstiltmeasurement,andproposedamethodofusingReflectorlessTotalStationtomeasurethecoordinatesofthetwolevelslfpointstomakethefigureandtofindthecenterofmasso

4、ftheupanddownsidetoreplacethetiltofcolumnswiththetiltofthecenterofmass;thenviathecomparedtestoftheReflectorlessTotalStationtrigonometriclevelingandtheS3levelingthearticlediscusstheuseofReflectorlessTotalStationinthetiltanddeflectionofthebridgedeck;finallythesummaryanalysisofuseofReflectorlessTotalSt

5、ationinthelinearmeasurementofthemaincableofthesuspensionandthemeasurementofthedistancebetweenthebridgebottomandthewaterlevel.Thetimeseriesanalysiscananalysisthebridgedeformationmonitoringdataanditsanimportanttoolfordeformationprediction.ThisarticleusetheMATLABlanguagetoprogramthetimeseriesanalysis,w

6、hichfocusingontheAR(p)modelbecauseofthefeaturesofthedataofthedeformationmonitoring.TheprocessionisbasedonthemodelingstepofthetimeseriesanalysisandthemathematicallanguageistranslatedtotheMATLABprogramminglanguage.Writtenproceduresarethenusedintheanalysisoftheobservationaldataofthebridgedeformation.Th

7、efrontperiodsofdataareusedtomakethepreviousmodelandtheresultsarecomparedwiththelaterperiodsofdatatotestwhetherthemethodisaccurateornot.Keywords:reflectorlessTotalStation;tiltobservation;ARmodel;timeseries1 绪论错误.!未定义书签。本课题的研究目的和意义错误!未定义书签。国内外研究情形及进展错误!未定义书签。研究的要紧内容和思路错误!未定义书签。2 免棱镜全站仪在桥梁变形观测中的应用错误!未定

8、义书签。免棱镜全站仪的介绍错误!未定义书签。免棱镜全站仪在墩柱倾斜变形测量中的应用错误!未定义书签。免棱镜全站仪在桥面倾斜变形观测中的应用错误!未定义书签。免棱镜全站仪在悬索桥主揽线形观测中的应用错误!未定义书签。利用免棱镜全站仪测量桥梁底面与水面的距离错误!未定义书签。3时刻序列分析及其利用MATLAB!程实现错误!未定义书签。时刻序列分析介绍错误!未定义书签。变形监测序列的建模步骤错误!未定义书签。时刻序列分析的MATLABS?实现错误!未定义书签。变形监测数据的时刻序列分析错误!未定义书签。4总结错误.!未定义书签。参考文献错误.!未定义书签。致谢错误.!未定义书签。1绪论本课题的研究目

9、的和意义免棱镜全站仪是不需要棱镜作为合作目标就能够够进行测距的全站仪，实现了“所瞄即所测”，免棱镜全站仪最大的优势就在于不需要接触测点，就能够够取得被测点的三维坐标，如此就能够够一次性地在相应的位置做标记，无需再次设立标志，只需观测即可，作业强度和危险性大大降低，在桥梁的变形观测中，利用免棱镜全站仪就能够够使本来很麻烦乃至不可行的变形测量进程变得简单易行；免棱镜全站仪还具有测距速度快的优势，免棱镜全站仪的测距速度一样在1秒左右，如此能够使作业时刻大幅减少，提高了工作效率，将这一优势应用到桥梁变形观测不仅能够在短时刻内完成测量任务，而且能够实现密集测点以便加倍准确的分析桥梁的变形情形。由于免棱镜

10、全站仪的这些优势，使得大桥变形监测的数据搜集变得方便快捷而且准确。但免棱镜全站仪也有一些短处，本课题讨论分析免棱镜全站仪的应用情形并采取一些方式提高精度。时刻序列分析(Timeseriesanalysis)是一种动态数据处置的统计方式。该方式基于随机进程理论和数理统计学方式，研究随机数据序列所遵从的统计规律，以用于解决实际问题。它包括一样统计分析(如自相关分析，谱分析等)，统计模型的成立与推断，和关于时刻序列的最优预测、操纵与滤波等内容。经典的统计分析都假定数据序列具有独立性，而时刻序列分析那么偏重研究数据序列的相互依托关系。后者事实上是对离散指标的随机进程的统计分析，因此又可看做是随机进程统

11、计的一个组成部份。时刻序列分析的特点在于：多次的观测值一般是不独立的，分析时必需考虑到观测资料的时刻顺序，当逐次观测值相关时，以后数值能够由过去观测资料来预测，能够利用观测数据之间的自相关性成立相应的数学模型来描述客观现象的动态特点。由于变形往往受到许多因素的阻碍，而这些因素之间又维持着错综复杂的联系，依照其自身的变更规律成立动态模型（即时刻序列分析）是一种行之有效的方式，时刻序列分析是大桥变形监测的数据分析和变形预测的重要工具。本课题利用MATLABg言对时刻序列分析进行编程，并利用编写的程序对桥梁变形观测数据进行分析，并对变形进行预测。国内外研究情形及进展自从20世纪80年代初，电子测距仪

12、与电子经纬仪相结合成为一体化全站仪以来，测量仪器的性能有了突飞猛进的进展。专门是近几年，随着科技的不断进步，新的技术运用在仪器设计上，又使全站仪具有了更高的性能。免棱镜全站仪其中典型的代表。早在1990年，的DIOR300OC列测距仪就已经实现了免棱镜近距离测。近十年来显现的掌上型激光测距仪，像Leica的DISTO系列和索佳的MM30系列，自然表面就可实现测距，且精度都较高，免棱镜全站仪将免棱镜测距技术与传统的全站仪结合在一路，给测量工作带来了专门大方便，同时也引发了全站仪领域新的技术竞争。比如Leica的TCR系列、TOPCON1GPT-1000系歹hGTP-3000N/GTP-7000i

13、系歹U,TRIMBLETTS300/500ffiNIKON的NPL820g踵问世，技术也日趋成熟。其它仪器制造商也正在和预备推出免棱镜全站仪。免棱镜测距测程也在不断的增加，大多能够达到100米以上，标称测距最长的是TOPCON-8200A列，免棱镜测距测程长达1200米，精度10mm+10ppmD。可知足一些精度要求较低测量工程的应用。关于免棱镜有多人针对其所在领域探讨了免棱镜全站仪的工程应用，关于免棱镜全站仪在大桥变形监测中的应用此刻还少有人研究。时刻序列分析是20世纪20年代后期开始显现的一种现代数据处置方式，是系统辩识与系统分析的重要方式之一，是一种动态的数据处置方式。近十年来，时刻序列

14、分析引发了国内外学者及科研和治理人员的极大爱好，专门是随着运算机的普及和软件的开发应用，广大的工程技术和治理人员学习和把握时刻序列分析方式，并用以分析、探讨社会经济现象的动态结构和进展变更规律，进而对以后状态进行预测操纵，提供了现实可能性，并在诸多应用领域取得了可喜功效。研究的要紧内容和思路（ 1）免棱镜全站仪在桥墩倾斜变形观测中的应用。（ 2）免棱镜全站仪在桥面倾斜变形观测中的应用。（ 3）免棱镜全站仪在悬索桥主揽线形观测中的应用。（ 4）利用免棱镜全站仪测量桥梁底面与水面的实际距离。（ 5）时刻序列分析在桥梁变形分析和预测中的应用。（ 6）利用MATLA啾件编写时刻序列分析程序并对桥梁变形

15、观测数据进行分析。2免棱镜全站仪在桥梁变形观测中的应用免棱镜全站仪的介绍免棱镜全站仪的兴起与进展自从20世纪80年代初，电子测距仪与电子经纬仪相结合成为一体化全站仪以来，测量仪器的性能有了突飞猛进的进展。专门是近几年，随着科技的不断进步，新的技术运用在仪器设计上，又使全站仪具有了更高的性能。免棱镜全站仪具中典型的代表。早在1990年，Leica的DIOR300OC列测距仪就已经实现了免棱镜近距离测。近十年来显现的掌上型激光测距仪，像Leica的DISTO系列和索佳的MM3原列，自然表面就可实现测距，且精度都较高，免棱镜全站仪把免棱镜测距技术传统的全站仪结合在一路，给测量工作带来了专门大方便，同

16、时也引发了全站仪领域新的技术竞争。比如Leica的TCR系列,TOPCON的GP-T1000系列、GTP-3000N/GTP-7000i系歹U,TRIMBLE丁丁$300/500和NIKON的NPL820接踵问世，技术也日趋成熟。其它仪器制造商也正在和预备推出免棱镜全站仪。目前市场上世界要紧测绘仪器生产商都推出了免棱镜测距全站仪，要紧产品见表2-1所小。表2-1目前要紧免棱镜全站仪性能简介仪器型号Trimble5600SETx110RGPT-3002TCRA700生产商美国天宝公司日本索佳公司日本拓普康公司保卡公司免棱镜测距测程200m（灰色）600m（白色）250m（白墙）250m（白墙）2

17、00m（白墙）免棱镜测距精度t(3mm+310-6XD)+(2mm+2<10-6XD)+(5mm+310-6xD)+(3mm+2K10-6xD)优丁3mm免棱镜测距测程也在不断的增加，大多能够达到100m以上，标称测距最长的是TOPCON-8200A列，免棱镜测距测程长达1200m3精度10mm+10PpmXDt可知足一些精度要求较低测量工程的应用。免棱镜全站仪测距原理免棱镜全站仪同其他全站仪一样有两种测距方式：脉冲法和相位法。两种方式测距原理别离如下：（1）脉冲法测距大体原理是直接测定仪器所发射的脉冲信号来回于被测距离的传播时刻从而取得距离值。工作原理如图2-1所示。光电接收器光脉冲发

18、射器计数及显示系时标脉 冲电子门图2-1脉冲法测距工作原理由光脉冲发生器发射出一束光脉冲，经发射光学系统投射到被测目标。与此同时，由取样棱镜掏出一部份光脉冲送入同意光学系统，并由光电接收器转换为电脉冲（称为主波脉冲），作为计时的起点。从被测目标发射来的光脉冲通过接收光学系统后，也被光接收器同意，并转换为电脉冲（也称回波脉冲），作为计时的终点。可见，主波脉冲和回波脉冲之间的时刻距离确实是光脉冲在测线上来回传播的时刻（t2D）,而12D是由时标脉冲振荡器不断产生的具有时刻距离的电脉冲来决定的。C V.D nt nd(2-2)2式中，n为时标脉冲的个数：dVt,即在时刻t内光脉冲来回所走的一2个单位

19、距离。因此需要事前选定一个d值，记下送入计数系统的脉冲数量，就能够够直接把所测距离（Dnd）用数码管显示出来。相位法测距大体原理是通过测量持续的调制信号在待测距离上来回传播产生的相位转变来间接测定传播时刻，从而求得被测距离。工作原理如图2-2所示图2-2相位法测距工作原理由载波源产生的光波（或微波）经调制器被高频电波所调制（调幅或调频），成为持续调制信号。该信号经测线抵达彼端反射器，经反射后被接收器所接收，再进入混频器（I）,变成低频（或中频）的测距信号。另外，在高频电波对载波进行调制的同时，仪器发射系统还产生一个高频信号，此信号经混频器（II）混频后成为低频（或中频）基准信号。将测距信号和基

20、准信号在比相器中进行相位比较，由显示器显示出调制信号在两倍测线距离上传播所产生的相位移，或直接显示出来被测距离值。相位法测距计算大体公式:D(NN)(2-3)式中，/2，N/。相位法测距用的测量光束很细，因此，能准确地分辨出相邻超级近的点。脉冲式免棱镜测距，不需要很强的激光功率，但其精度较低。通常，在相同的条件下，脉冲法的测程远，相位法的精度高。另外，此刻大多数免棱镜全站仪利用同轴测距仪，这种设计降低了对仪器中心偏移量修正的要求，这是分体式全站仪所无法比拟的。但有的一体化的全站仪也有一些偏移，例如，伪同轴的测距仪设计为发射信号与视准轴同轴，接收光路有必然的偏移，距离解算时再更正此偏移量。免棱镜

21、全站仪的特点同一般全站仪相较，免棱镜全站仪具有以下一些特点。(1) 效率高利用范围广免棱镜全站仪最大的优势就在于不需要接触测点，就可取得被测点的三维坐标。如此，一方面省去了作业员的奔走之苦，于观测难以抵达的地址，需要测量的时候，完全能够一次性地在相应的位置做标记，无需再次设立标志，只需观测即可，作业强度和危险性大大降低。同时一些重要的建筑(如文物等)起到了必然的爱惜作用。另外，有的仪器还提供可见激光的免棱镜方式，将此作为指向器利用，测量人员可依照光斑的位置确测量位置，因此，没有必要老是通过望远镜寻觅目标，这也给全站仪测量的应扩展了空间。利用这一特性，能够轻易完成建筑物表面测量、房物空间测量等。

22、(2) 测距速度快。免棱镜全站仪的测距速度一样在1秒左右，如此就使作业时刻大幅减少，减轻了作业人员的工作强度，提高了工作效率。(3) 照准误差能够大大减少，每次放置棱镜可能造成两次或多次放置的位是完全一致，从而造成照准误差增大，而免棱镜全站仪无需设置棱镜，从而了二次设置棱镜的误差。免棱镜全站仪在墩柱倾斜变形测量中的应用概述近几十年来各式各样的大型桥梁、特大型桥梁如雨后春笋般出此刻祖国大地，为了保证桥梁的运营平安，测量人员需要对大桥进行变形监测。其中很重要的一个方面确实是对桥墩进行倾斜测量。倾斜测量是测量建筑物倾斜度随时刻转变的工作，一样在建筑物立面上设置上下两个观测标志，它们的高度为h,用经纬

23、仪把上标志中心位置投影到下标志周围，量取它与下标志中心之间的水平距离s,那么s/hi确实是两标志中心连线的倾斜度。按期的重复观测，就可得知在某时刻段内建筑物倾斜度的转变情形。关于桥墩的观测一样不方便设置观测标志，通常采纳方向交会法进行测量。这种方式一是观测工作量大；二是在无明显标志的情形下，两处设站教会的墩柱无法重合在一路，测量必然产生误差；三是由于无多余观测，不易检测观测结果的错误。为此重庆市勘测院的辜益民在采纳免棱镜全站仪测量高架桥墩柱倾斜度提出了基于方位角和距离测量的高架桥墩柱倾斜度的测量方式，黄石理工学院的涂群生在免棱镜全站仪在工程测量中的应用一文中针对圆塔形建筑物提出利用免棱镜全站仪

24、的倾斜测量方式。他们提出的方式很有启发性，本文据此设计实验对照分析这两种方式，并探讨其在桥梁圆形桥墩倾斜度测量中的应用，同时针对非圆柱桥墩提出通过表面坐标测量求重心坐标进而取得倾斜度的方式。利用免棱镜全站仪测量墩柱倾斜的实验1）实验安排实验时刻：2020年4月12日实验地址：青岛开发区同三高速立交桥实验器材：索佳SET530R免棱镜全站仪一台、三角架一个、皮卷尺一个、棱镜和棱镜杆（2）实验方式与步骤如图2-3,第一在所要观测的圆形墩柱一侧30m左右距离的地址设置一个工作基点A1（假定坐标为（100,100,10）,利用免棱镜全站仪在工作基点上别离对墩柱顶部和底部左右双侧进行水平角观测。观测墩柱

25、顶部和底部左右双侧的水平角时，由于遮挡和形状不规那么的缘故可能观测不到最底端或最顶端，只能观测到某一高度的顶端和底端，观测时要把天顶距记录下来，注意观测墩柱左右双侧水平角时，维持一个天顶距高度不变。左右双侧水平角测量后，取平均数就取得了墩柱观测点中心的水平角。加上已知数据换算为方位角，将全站仪对准墩柱顶部和底部，才用免棱镜测距方式直接进行平距和垂距观测。然后加上墩柱半径，计算出墩柱底部和顶部中心的平面坐标，然后计算出上下中心的距离s,比上顶部与底部的高差h,就取得倾斜度a。以上是在一个工作基点测量取得墩柱的倾斜度，然后在墩柱的另一侧找一点A2（这两个工作基点与墩柱的夹角维持在90o左右）,在A

26、1点测量A2点的坐标，盘左盘右各三测回，取平均值得另外一个工作基点坐标（100，），在A2点采纳以上相同的方式在测量一次，得出另一个方向上的倾斜度。（3）实验数据与计算实验进程中搜集的数据见表2-2表 2-2 角度观测数据工作基点后视(0')前视(o')半测回均值(0')一测回均值(0')两测回均值(0')B1B2A10000000147190147190147220147221800007181473001472390000191472201472101472327000062714731014725B3B4A100000001473501473501

27、47350147351795959181473401473590000091474301474301473926959592714734014735B5B6A20000000137280137280137250137281800019181374101372290000091373201373201373027000212713749013728B7B8A20000000139290139290139400139271800001181395201395190000091393001393001393427000082713945013937A1到墩柱上端的距离S1上=A1到墩柱下端的距离S1

28、下二A2到墩柱上端的距离S2上=A2到墩柱上端的距离S2上=上下端高差H=墩柱半径R=在工作基点A1的倾斜度的计算方位角a1上=136°18'48+1o47'37/2=137o12'36方位角a1下=136°20'51+1o47'22/2=137°14'32X1上=100+(+)Xcos137o12'36=Y1上=100+(+)Xsin137o12'36=X1下=100+(+)Xcos137o14'32=Y1下=100+(+)Xsin137o14'32=S1=(X1下-X1上)2+(Y

29、1下-Y1上)2)1/2=I1=S1/H=倾斜方向入1=197o在工作基点A2的倾斜度的计算方位角a2上=229o09'18+1°39'37/2=228°19'30方位角a2下=229o07'43+1o37'28/2=228o18'59X2上=100+(+)Xcos228o19'30=Y2上=+(+)Xsin228o19'30=X2下=100+(+)Xcos228o18'59=Y2下=+(+)Xsin228o18'59=S2=(X2下-X2上)2+(Y2下-Y2上)2)1/2=I2=S2/H=倾

30、斜方向入2=202o(4) 实验总结实验在两个工作基点测得的到墩柱左右双侧的夹角有误差，但最终算得的倾斜度相差不大，倾斜的方向也大致相同，显现这种情形说明，墩柱的倾斜很小，但墩柱的表面粗糙，并非规那么。利用这种方式尽管不需要设置反射棱镜，使墩柱的倾斜测量变得方便易行，可是采纳这种方式步骤和计算都比较烦多。选择工作基点时要注意距墩柱的距离，在没有弯管目镜的情形下，不要距墩柱太近，以避免观测不便，同时也不能过远，因为免棱镜全站仪有必然的测距范围，过远会阻碍测距精度。（ 在确信两个工作基点的坐标时，采纳假定坐标系，指定其中一点A1的坐标，然后在A1点设站，选定一个方向作为零方向（为了便于分析倾斜方向

31、，一样选择大致北方向，），然后选择另一点A2作为另一个工作基点，在A2上树立标志，采纳盘左盘右各三次测量A2点坐标，取平均值作为该点坐标。树立标志时最好采纳棱镜，因为尽管免棱镜全站仪能够不需要棱镜反射，可是采纳棱镜及棱镜杆能够准确地测得A2点的坐标，而利用一般挡板取得的坐标不准确。（ 1）实验安排实验时刻：2020年4月12日实验地址：青岛开发区同三高速立交桥实验器材：索佳SET530R免棱镜全站仪一台、三角架一个、棱镜和棱镜杆一套（ 2）实验方式与步骤为了与实验一采纳的方式进行对照，实验二采纳相同仪器对同一墩柱进行倾斜测量，采纳工作基点仍为A、A2点。如图2-3,在距墩柱30米左右选择一适当

32、位置A1架设全站仪，选在另一点A2作为后视点，输入A1点的假定坐标（100,100,10）,测量并记录墩柱上端两点1号点2号点，和墩柱下端两点4点5点的坐标，再采纳盘左盘右各三测回测量A2点坐标。然后把全站仪架设在A2工作基点上，建站，后视A1点，用一样的方式，测量并记录墩柱上端的3号点和墩柱下端的6号点的坐标。取1、2、3号点Z方向坐标值的平均值与4、5、6号点Z方向坐标值的平均值之差作为墩柱上下端的高差。将1、2、3号点平面坐标输入到AutoCAD软件中，以这三点作圆，并寻觅圆心。一样将4、5、6号点平面坐标输入到AutoCAD软件中，以这三点作圆，并寻觅圆心。然后用AutoCAD的查询工

33、具查询两个圆心的偏移，进而计算倾斜度。图2-3实验二点位示用意(3)实验数据与计算实验数据见表2-3表2-3实验二坐标数据(单位：mm点开XYZ123456高差H=(Z1+Z2+z3/3-(Z4+Z5+Z6)/3=将各点X、Y坐标导入AutoCAD中，别离用1#2#、3#和4#、5#6#三点绘圆，寻觅圆心，然后用查询工具查询两个圆心的偏移量，画图功效见图2-4(实线表示上端，虚线表示下端)。实验二AutoCA哦圆心示用意图2-4X增量AX=Y增量AY=S=(AX2+AY2)1/2=I=S/H=倾斜方向入=204°(4)实验总结采纳免棱镜全站仪测量上下端两层面的点坐标进而拟合圆找圆心计

34、算顿住倾斜的方式，操作步骤简单易行，计算进程利用也很简单，计算结果与实验一采纳的方式相差不大。因此在桥梁墩柱倾斜度测量中该方式具有极大优势。实验二采纳的方式能够推行到非圆柱、非圆台的墩柱倾斜测量中，乃至能够推行到不规那么墩柱的倾斜测量中。实验二采纳测量表面坐标拟合圆寻觅圆心的方式，要确信的实际上是圆面的重心，关于不规那么的墩柱也能够通过测量上下端关键点的坐标，进而拟合出墩柱上下段的图形，由于墩柱内部密度相差不大，能够通过软件或编写程序寻觅到图形的几何重心，作为其重心，通过计算上下质心的倾斜度来计算墩柱的倾斜度，这在理论上是严谨的，在实践中也很方便。实验三就针对矩形墩柱来通过表面坐标测量拟合质心

35、的方式计算墩柱倾斜度。把CADt件4到WORD的方式：如果是2004和以上版本的话，输入“wmfout”命令，然后在弹出的对话框中给即将保留的文件取一个文件名，再在CAD里面依照提示选中要保留的图形。然后切换到WORD面，选“插入”菜单一一>“图片”一一>“来自文件”，在选中适才用wmfout保留的文件就能够够了。用这种方式不论在CAD里面设的是什么背景颜色，在WORD!面背景都是无色的，可是图形颜色不变。(1)实验安排实验时刻：2020年4月12日实验地址：青岛开发区同三高速立交桥实验器材：索佳SET530R免棱镜全站仪一台、三角架一个、棱镜和棱镜杆(2)实验方式与步骤图2-5实

36、验二点位示用意如图2-5,在矩形墩柱正对拐角线方向必然距离设置工作基点B1,在该工作基点上假设免棱镜全站仪，建站，输入改点假定坐标，将大致北方向设为零方向，测量并记录墩柱上下两头棱线上各两点，即图中一、二、3、4、九、10、1一、12号点，然后在对面拐角线方向必然距离设置另一工作基点B2,在B2上树立棱镜，用B1点全站仪以盘左盘右三个测回测定B2点的坐标。然后在B2点设站，输入从B1点测得的坐标，并以B1点为后视，在B2点上测定其所对墩柱上下两头棱线上各两点，即图中五、六、7、八、13、14、1五、16号点，然后别离取一、二、3、4、五、六、7、8号点Z方向坐标的平均值和九、10、1一、1二、

37、13、14、1五、16号点Z方向坐标的平均值，二者相减取得墩柱上下端的高差H。然后别离将上端八个点和下端八个点的平面坐标导入AutoCAD软件中，利用CAD利用两个两点连线做出两个类似类似矩形的图形，利用massprop命令依照提示别离寻觅两图形的质心。然后通过查询工具查询两质心的距离S,用公式I=H/S就可取得墩柱重心的倾斜度（3）实验数据与计算实验数据见表2-4表2-4实验三坐标数据（单位：m）点开XYZ12345678910111213141516上端的Z坐标平均值为H1=下端的Z坐标平均值为H2=高差H=H1-H2=将各点X、Y坐标导入AutoCAD中，别离用上端点和下端点连线，交会出

38、两个封锁图形（别离为四边形P1P2P3P杂口四边形P5P6P7P8。各角点坐标见表2-5点开XY点开XYP1P5P2P6P3P7P4P8然后利用画图菜单的面域项将两个图形转成面域，别离在命令栏输入massprop,依照命令提示选择面域，MASSPROP会在文本窗口中显示质量特性，能够查找到质心坐标。下端质心坐标为S1(,)上端质心坐标为S2(,)然后利用查询工具查找两质心和对应一对角点的距离和方位角，并依照公式I=S/H计算墩柱的倾斜度(见表2-6)表2-6实验三距离、方位角和倾斜度计算表权p距离(m)方位角(°)倾斜度S1-S275P1-P582P2-P693P3-P718P4-P

39、838AutoCAD用意见图2-6(实线表示上端，虚线表示下端)0】口ji-一=一一-t图2-6实验三CAM用意（4）实验总结AutoCAD中面域的创建方式：i依次单击画图（D）菜单一一面域（N）。或在在命令提示下，输入region。ii选择对象以创建面域。这些对象必需各自形成闭合区域，例如圆或闭合多段线。iii按enter键。命令提示下的消息指出检测到了多少个环和创建了多少个面域。AutoCAD中质心的寻觅方式：i在命令输入栏输入命令massprop,依照提示选择建好的面域。iiMASSPROt文本窗口中显示质量特性，并询问是不是将质量特性写入文本文件。“是不是将分析结果写入文件？否:&qu

40、ot;输入y或n,或按enter键。若是输入y,MASSPROP提示用户输入文件名。在文本窗口的面域项中显示了质心坐标。仅对一个墩柱只需要假定坐标系，在对角设两站就能够够就能够够测点所需点的坐标。操作步骤超级简单。数据处置利用AutoCAD软件，计算量很少，因此通过表面坐标测量拟合质心的方式计算墩柱倾斜度不仅理论上是周密的，而且操作起来相对其它方式更简便易行。免棱镜全站仪不能够直接测量取得拐角点的三维坐标,因为当实际利用免棱镜测距时，望远镜十字丝中心若是对准待测拐角点，会造成至少一半激光束落在隔壁的其他反射物体上，使得测量所得的距离不是实际想要取得的距离，造成测量精度的大大降低。现在最好使激光

41、束全数落在边缘点所在的平面，从而提高测量精度。因此实验三通过测量处在同一水平面上墩柱表面上两点，进而绘制直线，四条直线相交便取得了所需的四边形。关于上下形状一致的墩柱，以往采纳测得拐角线倾斜度的方式来代替，而由于墩柱表面可能粗糙或不规那么，使得求得的倾斜度并非准确，实验三中也计算了四条拐角线的倾斜度，结果是四条拐角线的倾斜度相差较大，倾斜方向也有比较大的不同。而通过墩柱表面坐标测量拟合质心计算墩柱倾斜度的方式，计算的质心的倾斜，更能代表墩柱的倾斜度。免棱镜全站仪在墩柱倾斜变形测量中的应用总结（1）采纳免棱镜全站仪测量上下端两层面的点坐标进而拟合图形，寻觅上下端的质心并以质心连线的倾斜度代替墩柱

42、倾斜度的方式，不管在外业数据搜集中仍是内业数据处置上较之传统方式都是简便易行，而且质心连线的倾斜度更能代表墩柱的倾斜度。（2）采纳这种方式不仅能够测量圆柱形的墩柱的倾斜，还能够测量任何上下截面相同的墩柱，如矩形墩柱、椭圆墩柱。在测量时别离要测墩柱上下端两个层面上的一圈点的坐标。关于截面是多边形的墩柱，能够在一个多边形层面的每条边上测量两个点，（为了更能代表这条边，这两个点最好选在靠近端点必然距离的地址）连接两点组成直线，所有直线相交就能够够取得所需的多边形；关于截面是曲线的墩柱，能够在一个曲线闭合层面上测量一圈点，点的数量和位置依如实际待测墩柱确信。为了能够更准确的拟合图形，能够多测一些点，比

43、如关于圆柱形墩柱，对上下端各层面本来确信三点即可拟合出圆形，但鉴于墩柱由于建筑施工的缘故并非规那么，能够均匀的测一圈点，如此拟合出的图形就接近实际情形了；关于一些截面既有直线又有曲线的墩柱，直线与直线相交的点通过测两点交直线的方式确信，直线与曲线相交的点能够通过免棱镜全站仪直接测得。关于曲线上的的能够在曲线上测一系列点拟合出曲线。(3)采纳这种方式关于上下截面不同，但相似的墩柱也是适用的，假设以下图2-7所示，关于这种形状的墩柱传统测倾斜的方式就再也不适用了，而通过测量上下端两层面的点坐标进而拟合截面图形，寻觅上下端的质心并以质心连线的倾斜度代替墩柱倾斜度的方式不仅有效而且一样很简便。上下截面

44、大小相差较大，但寻觅质心的方式是一样的。由于采纳这种方式外业操作超级简单，搜集数据的速度超级快，因此还能够对一个墩柱进行分层测量倾斜，对不同高度的多个截面别离测点你和图形求质心，如此能够清楚地得出墩柱在哪一段倾斜最严峻。图2-7上下端截面图形相似的墩柱(4)采纳该方式关于上下截面完全不同也不相似的墩柱一样适用，如图2-8。而且此刻新建了很多悬索桥和斜拉桥，这些桥的桥墩往往是“A或"H'字型，如图2-9和图2-10。关于这种图形传统的倾斜观测方式(前房交会法、垂线法、倾斜仪等）都显得无能为力，而通过免棱镜全站仪测量上下端两层面的点坐标进而拟合截面图形，寻觅上下端的质心并以质心连

45、线的倾斜度代替墩柱倾斜度的方式能够方便快速的取得墩柱的倾斜。关于与两个倾斜墩柱合起来的墩柱既能够直接将墩柱看做一个整体，一个截面由两个图形组成，别离测组成这两个图形的点，然后寻觅这两个图形的整体质心，（利用AutoCAD软件能够寻觅两个图形的质心）以上下两头质心两线的倾斜度代替整个桥墩的倾斜度；也能够采纳分层测量的方式，逐个观测各条各段墩柱的倾斜，综合各段倾斜情形取得整体的倾斜情形。图2-8上下截面不同也不相似的墩柱图2-9“A”字形桥墩图2-10"H'字形桥墩(5)以上各类情形都是基于墩柱内部密度相同的假设，若是墩柱密度不同能够在寻觅质心时对不同的图形或对图形的不同部份赋以

46、不同的密度，进而寻觅墩柱截面的质心。免棱镜全站仪在桥面倾斜变形观测中的应用概述桥梁在施工进程中由于各类各样的缘故使得桥面的倾斜与桥面倾斜的设计值并非相符。桥梁建成通车以后，桥梁上经受静荷载或动荷载，必然会产生挠曲变形。变形的大小，受上部结构各部份的受力状况阻碍较大。在设计桥梁时，已经考虑了必然载荷下它应有的挠曲值，当挠曲变形超过必然的数值时，会阻碍车辆的平安和桥梁支座的利用寿命。因此需要按期对梁的挠曲变形进行观测。传统的桥面倾斜和挠度变形观测一样采纳水准仪进行水准测量。第一进行高程操纵测量，依照国家水准测量标准中一等水准测量的精度进行来回测量，经平差计算后，取得各操纵点高程。然后采纳两台S3型

47、水准仪进行四等水准测量。为了提高精度和幸免显现粗差，进行来回测。外业工作终止能够绘制出挠度曲线图。关于高程操纵测量，只能采纳高精度水准仪来进行。但关于细部的四等水准测量能够利用全站仪的三角高程测量来代替S3型水准仪。中国矿业大学的靳海亮等人在全站仪三角高程替代四等水准测量精度分析一文中证明用全站仪三角高程测量完全能够替代四等水准测量，在必然条件下能够替代三等水准测量，能够知足相应的水准精度要求。因此能够考虑利用免棱镜全站仪观测桥面倾斜变形和挠曲变形。本文设计免棱镜全站仪测量桥面倾斜和水准测量桥面倾斜的对如实验。利用免棱镜全站仪和水准仪测量桥面倾斜的对如实验（1）实验安排实验时刻：2020年5月

48、11日实验地址：青岛市开发区同三高速立交桥实验器材：索佳SET530R免棱镜全站仪一台、南方（NL24A$自动安平水准仪一台、三角架两个、挡板、铅笔、粉笔、记录纸（2）实验方式与步骤在地面上每隔40m左右设置一个水准点，用粉笔标注，一共设置四个点。第一利用S3自动安平水准仪测量每一段的水准，然后再其中两点间架设免棱镜全站仪，依次测量每一个点的平距和垂距。利用S3自动安平水准仪测量每一段的水准的步骤i整平仪器后使望远镜绕竖轴旋转时，水准气泡两头分离不大于1cm；ii将望远镜对准后视标尺黑面，转倾斜螺旋使水准气泡准确居中，读记下丝、上丝和中丝的标尺读数；计算后视视距，计算上下丝中数与中丝之差，并判

49、定是不是超限；iii将望远镜照准前视标尺黑面，转倾斜螺旋使水准气泡准确居中，先读记中丝标尺读数，再读记下丝、上丝标尺读数；计算前视视距、前后视距差、视距差累计值，判定是不是超限；计算上下丝中数与中丝之差，并判定是不是超限；iv照准前视标尺红面，转倾斜螺旋使水准气泡准确居中，读中丝标尺读数；计算前视黑、红面读数之差（黑+K-红），并判定是不是超限；v将望远镜照准后视标尺红面，转倾斜螺旋使水准气泡准确居中，读中丝标尺读数；计算后视黑、红面读数之差（黑+K-红），和黑、红面所测高差及高差之差，判定是不是超限；vii检核：后视黑+K-红”-前视'黑+K-红”=黑红面所测高差之差；viii计算本

50、站高差（黑红面所测高差中数）。自此本站观测终止，指挥后尺和观测员搬站。ix利用自动安平水准仪时，操作程序与气泡式水准仪相同。在每一个测站观测前，第一使整平气泡居中，然后按规定顺序照准标尺进行读数。利用免棱镜全站仪测量平距和垂距的步骤在第一点和第二点中间架设免棱镜全站仪，不需要后视，直接测量每一点的平距和垂距并记录下来。（3）实验数据与计算水准测量数据见表2-7表2-7水准测量记录表（单位：mm）测段后尺下丝,、乙刖尺下丝标尺读数K+黑减红一中数上丝上丝后距前距黑囿红面视距差dEd1-21062141111675853135012721621157862014210210351348002-31

51、015139611155801138212181597149661830203201381382223-4097614581076576214841177165915586247-220120148248502免棱镜全站仪数据记录见表2-8表2-8免棱镜全站仪平距垂距记录表（单位：m测站平距垂距12341-2段间高差H1=1666-1316=350mm2-3段间高差H2=2047-1666=381mm3-4段间高差H3=2534-2048=486mm水准仪与免棱镜全站仪高差测量数据对照表见表2-9表2-9水准仪与免棱镜全站仪高差测量数据对照表测段水准仪测得图差（mm全站仪测得高差（mm）高差差

52、值（mm）1-235035002-338238113-4484486-2（4）实验总结从实验高差测量数据对照表能够看出采纳免棱镜全站仪在必然距离范围内测得的高差与采纳S3水准仪测得的高差相差很小，能够利用免棱镜全站仪代替S3水准仪桥面倾斜观测和挠度观测。同时咱们也能够从实验数据中得出随着距离增大，采纳免棱镜全站仪测得的高差与水准仪测得的高差之间的不同有增大的趋势。边长越长，采纳免棱镜全站仪测得高差的精度越低，因此直接测定高差时应以短边传递高程为宜。实验中为了保证免棱镜全站仪和水准仪测量的是相同的点，采纳免棱镜全站仪测高差时在地面设置了夺目的反射标志（测点距离全站仪远时，无法精准确信测点位置。）

53、而当直接利用免棱镜全站仪测量地面时，距离远的位置信号反射不行。实验中也测定了免棱镜全站仪能够测得地面发射信号的最远距离。在距离60m时能够测得数据，信号强度为60%而在70m时全站仪不能测得数据，信号强度在5%Z下。因此采纳索佳SET530R免棱镜全站仪直接测地面倾斜时，每一站全站仪测量距离应在60m之内，其它型号免棱镜全站仪那个距离范围可能有不同，但也会有个限定。免棱镜全站仪在桥面倾斜观测的应用总结（ 1）通过水准仪与免棱镜全站仪高差测量的对如实验，能够得出在60m距离范围内能够利用免棱镜全站仪代替水准仪进行桥面倾斜观测和挠度观测。在无反射标志直接对地面进行观测的情形下采纳索佳SET530R

54、免棱镜全站仪的距离要求在60m之内。（ 2）利用免棱镜全站仪观测桥面倾斜具有一个优势，不需要在地面设点也不需要合作目标，能够超级快的测得桥面倾斜，利用测速快的优势，能够对一段桥面密集的测多条观测线（每条观测线由一系列的观测点组成，实际测量的是这些点的三维坐标），这些点能够组成测点网覆盖整个桥面，并以此做出桥面的DEM，如此咱们就能够够对桥面的的各向倾斜有准确全面的把握，而不单单是明白桥面某个方向的倾斜。利用不需要合作目标的优势，咱们就能够够在桥面危险或有障碍物，测量人员无法设立测点标志的情形下轻松的到桥面的倾斜。（3）利用免棱镜全站观测桥面倾斜时也有必然的劣势。在不设置测点标志的情形下，采纳免棱镜全站仪对桥面倾斜进行多期观测，只能取得桥面的整体倾斜变形趋势，不能准确的得出具体某个点下沉了多少。若是在部份关键的位置设定标志，就能够够解决这一问题。免棱镜全站仪在悬索桥主揽线形观测中的应用概述悬索桥，又名吊桥，指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸（或桥两头）的缆索（或钢链）作为上部结构要紧繁重构件