关于变形监测控制网的建立与精度分析

针对在变形监测工作中具有重要作用和意义的控制网，在介绍变形监测技术意义与特点和一般要求的基础上，提出监测控制网建立要求和方法，并对精度进行深入分析，以此为实际的监测工作提供可靠理论依据，保证检测结果准确性与可靠性。

1  变形监测技术与一般要求

1.1  技术概述

对于变形监测技术，其主要包含以下几种：其一，常规大地测量；其二，特殊变形测量；其三；摄影测量；其四，GPS技术。其中，常规大地测量主要是指借助常规测量设备对点变形值进行测定，具有以下优势特点：第一，可提供变形体所处变形状态；第二，能满足所有监测精度要求，且适应环境的能力很强；第三，能提供绝对变形方面的信息。然而，该方法的外业工作量相对较大，且布点直接受地形地势影响，自动化监测难度很大。对于特殊测量方法，主要包括以下几种：倾斜测量、应变测量与准直测量，不仅过程简单，能对变形体内部发生的变形进行监测，而且还能为自动化监测创造良好条件，但也存在仅可以提供相对或局部变形信息等缺点。

1.2  一般要求

对于变形监测项目，涉及到如下内容：坝面变形观测、大坝结构内部变形观测、坝面裂缝和接缝观测、面板整体变形观测、岸坡位移情况观测。在变形监测中使用的水准高程与平面坐标都必须和项目实施过程中所用坐标系统完全一致，并且在条件允许的情况下还要和国家网相联系。

（1）在变形观测时，应符合以下规定要求：对表面的竖向与水平位移进行观测，两者应共同使用同一个观测点；对于深层观测，需要尽可能实现结合布置；不同的观测任务要配合执行。

（2）在保持稳定的范围内进行基点布置；观测点必须和坝体等牢固结合，采用稳定的保护措施，同时要按照国家现行法律进行保护。

（3）对于变形观测过程中的正负号，应满足以下规定要求：第一，当水平位移方向为下游时，取正，方向为左岸时，取正，相反则取负；第二，当竖向位移方向为下游时，取正，方向为上游时，取负；第三，对于裂缝及接缝：当张开时，取正，当闭合时，取负；沉陷的正负号要求与（2）相同；当滑移方向为坡下时，取正，当方向为左岸时，取正，相反则取负。

2  监测网构建

2.1  构建平面控制网

2.1.1  掌握控制测量目标并广泛收集资料

掌握测区所在地理位置，并确定其形状大小、未来发展方向、测量成果用于实际时精度需要达到的要求、任务时间要求、实际生产对控制点提出的具体要求。专业测绘人员要对相关资料进行收集。比如在设计过程中需要使用地形图等控制成果，需要到达测区现场进行踏勘，以了解相关标志实际保存状况，以此为方案的制定与实施创造良好条件。

2.1.2  布网方案的确定

以控制成果实际使用要求为依据，结合现有资料、仪器设备、专业人员配置情况，制定合理可行的方案。比如，是选择加密方式还是选择布设独立网的方式；选用三角测量方式还是三边测量方式；采用一次全面布设方式还是分区分期进行布设的方式；采用3°带投影还是1.5°带投影。对于图上设计，需要在合适的地形图上实施，先对已知点和已知网进行展绘，再以布网方案为依据，在图上进行通视条件判断，要求由不同点构成的图形是否可以满足精度要求，具体的布设位置也要符合使用要求。在图上完成选点以后，应到达实地进行确认，确定是否合理可行。为提高控制网精度，防止返工，要根据估算控制网，对元素精度进行准确推算。

2.1.3  技术设计的编制

进行技术设计文件编制的主要目的为确定测量工作的具体实施计划，在规划、技术、组织等方面给出详细说明，此时需要充分注意以下要点：第一，对设计主要目的、任务、项目所在地理位置、地区地形地貌及具有的特征等进行概括；第二，具体设计方案和其详细说明的控制网密度、等级与图形；确定适宜的起算数据；在图上进行的控制网设计与精度要求；第三，确定作业基本原则、具体方法与基本要求，明确标志标志及保管方面的要求，做好测角与测边，加强现场记录工作；第四，编制包含工程量、施工进度、物资等在内的图表。

2.1.4  造标埋石

明确控制点具体位置后，应立即开始造标埋石，将所设标石作为每个点对应的标志，将觇标视作观测过程中的照准目标，所有类型的观测成果及坐标，均应归算至标石的中心。

2.2  高程控制网

对于高程控制网，需要满足以下一般要求：首先，针对首级控制网，应设置闭合环线，将加密网按闭合环、附合路线及结合网进行布设，在有特殊要求时，按水准支线进行布设；其次，高程控制网的具体布设范围需要和平面控制网良好适应；再次，高程系统必须实现统一性目标，而地方的高程系需要尽量归至国家高程基准；最后，对于布设的等级，需要以城市规模、未来规划及水准路线长度为依据进行确定。

2.3  构建高程控制网

第一步要充分考虑设计单位提出的差异沉降量具体要求，确定相对沉降量进行观测过程中的中误差，再确定适宜的观测等级。若差异沉降量对应的容许值，则其中误差应确定为10%，点间差异为高差的差，高差即为高程差，所有观测点的中误差均为5%。在确定了适宜的观测等级以后，开始选点与布网，制定详细的方案，准备好观测用具。

第二步为高程基准点需要确定在保持稳定的范围内，尤其是起算点，务必设于基岩基础，以此保证其稳定性与可靠性，以此消除基准点可能造成的影响，降低精度，及时发现并准确测定观测点发生的垂直位移。

2.4  观测过程

外业观测的边角联测需要使用全站仪完成，所有观测仪器都要进行强制对中，同时严格按照相关具体规范要求来进行。以某混凝土坝水电站平面控制网为例，采用徕卡TM30全站仪进行边角联测，其观测限差如下表：

表1  水平方向观测限差

两次照准目标读数差 上下半测回

归零差 一测回2C

互差 同一方向值各测回互差 三角形最大

闭合差 按菲列罗公式计算的测角中误差

4″ 5″ 9″ 5″ 2.5″ 0.7″

表2  测距限差

测距仪精度

（mm/km） 每边测回数 一测回中各读数较差

（mm） 单程各测回读数较差（mm） 气象数据的最小读数 各项改正后对向观测边长较差

（mm）

往测 返测 温度（°） 气压

（hPa）

≤（1+D×10-6）mm 4 4 1 2 0.1 0.1

注：A标称精度固定误差；B标称精度比例误差系数，mm/km；D斜边长，km；测回差应将测距经气象改正后进行；边长较差应将斜距化算到同一水平面上进行比较。

其中测距时，还要对干湿温度及气压进行准确测定。各测回斜距需实施有效改正。

高程控制网的水准测量时，需严格按照相关规范要求执行。以某混凝土坝水电站高精度高程控制网为例，水准测量采用数字水准仪徕卡DNA03及配套的条码铟钢尺并对一、二等水准观测的限差如下表：

表3  水准观测限差表

等级 视线长度 前后视距差 前后视距差累积 视线高度（下丝）

一等 ≤30m ≤1.0m ≤3.0m ≥0.65m

二等 ≤50m ≤1.5m ≤6.0m ≥0.55m

对于数字水准仪，同一标尺两次读数差不设限差，两次读数所测高差的差执行基辅分划所测高差之差的限差。

规范的观测过程是最基本也是最根本最重要的质量控制手段，也是保证观测精度的前提。观测过程中必须严格控制。

3  稳定性分析

为了进行监测网稳定性分析，首先将平面网及高程水准网分别以它们的首期平差后的初值进行拟稳平差。

先将所有网点都作为拟稳点，根据平差计算结果计算本期观测与首次观测初始值的坐标差，进而计算各点的水平位移值，然后对位移值进行显著性检验。

单点t检验时显著水平取，如果多余观测均较多，它们的自由度取它们的极限值。

由于选不同拟稳点进行拟稳平差的结果是不同的，因此在进行拟稳点稳定性检验时遵循的原则：每次只将检验值绝对值超过限值最大的一个点从拟稳点中剔除，然后重新进行拟稳平差，再将检验值最大的一个点从拟稳点中剔除，以此类推。

4  结语

（1）施测时，应严格执行相关技术规范，电子设备也应如此，无论是记录还是计算，都要在现场进行复核，保证结果准确无误，并使网形布置科学合理，切实可行。

（2）对于验前与验后的中误差，均应严格按照三角网进行设置。在平差过程中，需要使用至少2个软件实施，保证平差比较结果准确性。

（3）首次测量建议使用测距仪与经纬仪并加密观测，第二次测量建议使用全站仪。由平差结果可以看出，经纬仪具有较高的测角精度，甚至高于全站仪，但在测距方面略逊于全站仪。在野外测量中，应确保气象条件保持稳定，如果在首次测量过程中气象条件产生很大的变化，则会使最终的测量结果超限。

（4）经复测可知，控制网的网形十分坚固，且点位保持稳定，能为后续次级网构建及变形监测工作奠定良好的基础。

本文来源：《企业科技与发展》：http://www.zzqklm.com/w/qk/21223.html