水平位移观测网及观测技术

一、水平位移测量控制网

为了测定监测对象的水平位移，需在变形特征处设置一些点，称为水平位移观测点或目标点。为了测出观测点的水平位移值，需要有稳定的基准点。有时，为了方便观测，在离观测点较近的地方设置比较稳定的点，称为工作基点，在工作基点上直接对观测点进行观测。基准点与工作基点要定期联测，当基准点不能直接测定工作基点时可通过联测点进行坐标的传递。由基准点形成的测量网称为基准网。基准网也需要定期重复观测，其目的是检查基准网点的稳定性。所有观测点形成的测量网，称为变形网；当变形网不与基准点联系时，称为相对网；当与基准点联系时，可称为绝对网。基准点、联测点、工作基点或观测点构成的网称为扩展网，工作基点的位移量由此网获得，然后修正观测点位移值。

用于水平位移测量的观测标志，除要求加工简单，便于埋设，使用和保存方便、外形美观等外，还要求标志有较高的复位精度，基准点标志还需要较高的稳定性。

二、对中装置和照准标志

（一）对中装置

在平面标志上，不仅要安放供瞄准用的目标，而且还要安放经纬仪、测距仪及其反光镜等。所谓较高的平面复位精度，是指这些仪器和工具在互换位置过程中不应产生显著的对中误差。在对中方法中，强制对中是一种更精密的对中方法。强制对中装置实际上是一些机械接插件，其中一部分固定在标志顶部，其对称中心即作为平面标志的中心，另一部分（可能就是仪器的部件）与经纬仪或其他测量仪器连接，通过接插件使仪器的旋转中心精确地安置在平面标志的中心上。标志上有强制对中装置时，就不再使用三脚架了，因此标志体应高出地面1.2m左右，便于观测员操作。标志体一般用混凝土或砖石砌成墩子形状，也可以用钢材制成，这时的标志体常称为观测墩。对中装置安置在观测墩顶上，其上表面应水平。

（二）平面点照准标志

对平面点照准标志的基本要求是易于对中和瞄准，另外还应该制作简单，使用方便。对中要求是针对可装卸式照准标志的，如觇牌等，目前这类标志大多通过基座安装在对中点上。对于瞄准要求，经验表明，当目标像与望远镜十字丝同宽、同样明亮，且具有同样反差时，瞄准精度最高，照准标志应根据此要求制作。照准时，一般认为条形目标比圆形目标容易瞄准，故较多使用，且为保证效果，要求其长宽比大于3。条形目标应具有的宽度，一般认为目标像宽应在4″～30″之间。 目标的颜色，淡色一般选白或淡黄，深色一般选黑或红。

在水平位移测量中，觇牌是常用的照准目标。如图16-16所示， （a）图所示的圆形图案已很少使用； （b）图是最简单的条形图案； （c）图有两种不同宽度的线条，可以适用不同长度的视线； （d）图和（e）图是（c）图的发展，淡色背景上的深色楔形便于双丝观测，而深色背景上的淡色楔形便于单丝瞄准； （f）图是楔形图案的变形，并且加上两个用于竖直角观测的横楔； （g）图以楔形为基础，是一种混合图案，细丝用于近距离瞄准； （h）图中有几个目标，使用时十字丝可以分别瞄准各线条并读数，以诸读数的中数为最后观测结果，可以提高瞄准和读数的精度。

用平面觇牌作照准目标不会产生相位差，但需面向经纬仪。立体照准目标可以供任何方向的测站进行瞄准，其各种形式如图16-17所示。 （a）图和（b）图是旋入式杆标照准标志，底部有螺纹，可直接旋在对中装置中心螺旋上。其他的为埋入式照准标志， （c）图用于一般建筑，以直径约12mm的钢筋做成弯钩尖形标志，埋入墙体内； （d）图用于高级建筑，可采用壁灯式标志（有机玻璃或铝合金等材料制成）。 （e）图和（f）图为顶部上面标志，用钢筋焊接成三角形架式嵌入屋顶或用混凝土墩将钢筋标志浇灌在屋顶上。立体照准目标在阳光照射下会产生部分明亮、部分阴暗而造成瞄准的相位差，克服的办法是设置折光板。

图16-16 各种觇牌图案

图16-17 各种立体照准标志

三、水平位移测量方法概述

建筑物水平位移测量的方法很多，总体上可分为地面监测方法、摄影测量方法、空间测量技术及专用测量方法四类。

地面监测方法主要指用高精度经纬仪、测距仪、全站仪等测量仪器测量角度、边长的变化来测定水平位移，是目前水平位移测量的主要手段。常用的地面监测方法主要有：两方向（或三方向）前方交会法、双边距离交会法、极坐标法、 自由设站法、视准线法、小角法、测距法、三角网法、导线法、边角网法等。在地面监测自动化系统中，测量机器人正逐渐成为首选和主要的仪器，测量机器人实际上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、距离以及三维坐标等信息的智能型电子全站仪。

水平位移测量的专用方法包括应变测量和基准线测量。和常规的地面监测方法相比，它们的特点是：测量过程简单、容易实现自动化观测和连续观测、提供的是局部变形信息。应变测量根据其工作原理可以分成两类：①通过测量两点间距离的变化来计算应变；②直接用传感器测量应变。基准线测量用于测定某一方向上点位的相对变化，包括很多方法，如活动觇牌法、小角法、激光准直法、引张线法、激光铅直仪法、正、倒锤垂直准直法等。