水电站大坝安全监测管理与操作实务摘要

水工建筑物安全监测的目的意义1）监视掌握水工建筑物的状态变化，及时发现不正常迹象，分析原因采取措施，改善运用方式，防止发生破坏事故，确保其安全。2）掌握水位、蓄水量等情况，了解水工建筑物在各种状态下的安全程度，为正确运用提供依据，确定科学合理的运行方案，发挥工程最大效益。3）及时掌握施工期间水工建筑物的状态变化，据以指导施工，保证工程质量。4）分析判断水工建筑物的运用和变化规律，验证设计数据，鉴定施工质量，为提高设计施工和科学研究工作水平提供资料。第一页，共114页。第一页，共114页。安全监测工作现场观测中的“四无”是指无缺测、无漏测、无不符合精度要求、无违时；“五随”是指随观测、随记录、随计算、随校核、随整理；“四固定”是指固定人员、固定仪器、固定测次、固定时间。水工建筑物的现场安全监测主要分为：巡视检查、环境量监测（水文、气象等）、变形监测、渗流监测、应力应变及温度监测等。第二页，共114页。第二页，共114页。巡视检查大坝的监测仪器仅能布设在大坝的局部部位,进行的监测的也只是定期的,这就造成了空间和时间上的不连续。而大坝的缺陷并非都发生在仪器监测的部位,也不一定发生在定期监测的时间内,所以只有把仪器监测和巡视检查两者加以密切配合,才能确保大坝安全监测工作的实效。实践表明水工建筑物的许多缺陷都是通过有经验的工作者在巡视检查中发现的。大坝安全检查分为日常巡查、年度巡查、定期检查和特种检查四种。日常巡查是由水电厂有经验的现场专业人员对大坝进行的经常性巡视和检查。年度巡查由水电厂组织专业技术人员对大坝进行详细检查。定期检查是每隔一定时间由主管单位组织运行、设计、施工、科研等有关单位高级专业人员对大坝进行的全面检查和评价。其内容包括按照现行规范复查原设计数据、方法及安全度；审议施工方法、质量和施工中出现的特殊情况及其影响；复核洪水、库容、泄洪能力；全面了解和审查大坝运行记录和观测资料分析成果；现场检查(包括水下检查)；评定大坝的结构性态和安全状况，提出大坝安全定期检查报告。检查频次一般为每五年一次。对没有潜在危险、结构完整、运行性态良好的大坝，由主管单位报部大坝安全监察中心，经会商后可以减少检查频次，但间隔时间不得超过十年。特种检查是在特殊情况下对大坝重大安全问题的检查。第三页，共114页。第三页，共114页。环境量及水力学监测环境量监测包括水位、库水温、气温、降水量、冰压力、坝前淤积和下游冲刷及风向风速等监测。环境量又称为原因量、因素或自变量，与之相应的称为效应量、物理量、变量等。任何效应量均是对一定环境量作用下的反应，作为安全监测工作，只有准确掌握各环境量的变化情况才能正确分析评判相应效应量的变化情况，据以判断建筑物的运行性态。同时根据各环境量的变化，妥善地采取相应措施开展水工建筑物的安全管理工作。为了解水工建筑物上、下游水流对水工建筑物的影响及消能设施工作效能，以便改善调整运用方式，正确地运用水工建筑物，避免发生不利的水流情况，保证建筑物安全运行，应进行水力学监测。

第四页，共114页。第四页，共114页。变形监测一般规定

水工建筑物各位移量的测量中误差不应大于下表的规定，表中位移量中误差是指两次观测值之差的偶然误差和系统误差的综合值。第五页，共114页。第五页，共114页。第六页，共114页。第六页，共114页。变形量及应力应变量的正负号按以下规定执行：（1）水平位移：径向或上下游向（Y向）向圆心方向或下游为正；切向或左右岸向（X向）向左岸为正。反之为负。（2）垂直位移：下沉为正，上升为负。（3）接缝和裂缝变位：缝开合（X向）张开为正；缝剪切（Y向）左侧块相对于右侧块向下游为正（据工程具体情况而有所差异）；缝沉陷（Z向）左侧块相对于右侧块向下沉为正（据工程具体情况而有所差异）。反之为负。对于面板坝周边缝变位：接缝开合（X向）张开为正；接缝剪切（Y向）面板相对于趾板向坡下为正；接缝沉陷（Z向）面板相对于趾板向下沉为正。反之为负。（4）基岩变位：向岩体外部为正，向岩体内部为负。（5）钢筋、混凝土应力应变：拉伸为正，压缩为负。（6）土压力、渗流压力等：压应力为正，拉应力为负。第七页，共114页。第七页，共114页。水准仪等级分类水准仪按每公里往返测高差中数的中误差这一精度指标为依据，划分为四个等级，分别为S05（每公里往返测高差中数中误差≤±0.5mm）级、S1级、S3级、S10级。其中S05级水准仪如DNA03、NA3003、NA2+GPM3、NI002。第八页，共114页。第八页，共114页。数字水准测量系统的组成及工作原理一个数字水准仪测量系统主要是由编码标尺、光学望远镜、补偿器、CCD传感器以及微处理控制器和相关的图像处理软件等组成。虽然各厂家生产的数字水准仪采用的结构不完全相同，但是其基本工作原理相似：即标尺上的条码图案经过光反射，一部分光束直接成像在望远镜分划板上，供目视观测，另一部分光束通过分光镜被转折到线阵CCD传感器的像平面上；经光电转换、整形后再经过模数转换，输出的数字信号被送到微处理器进行处理和存储，并将其与仪器内存的标准码（参考信号）按一定方式进行比较，即可获得高度和水平距离读数。在数字水准测量系统中，作为高程标准其使用的数字水准标尺的编码方式、读数原理对系统测量精度的影响是显而易见的。第九页，共114页。第九页，共114页。数字水准仪的特点与传统仪器相比数字水准仪有以下共同特点：1）读数客观。不存在误差、误记问题，没有人为读数误差。2）精度高。视线高和视距读数都是采用大量条码分划图象经处理后取平均得出来的，因此削弱了标尺分划误差的影响。多数仪器都有进行多次读数取平均的功能，可以削弱外界条件影响。不熟练的作业人员业也能进行高精度测量。3）速度快。由于省去了报数、听记、现场计算的时间以及人为出错的重测数量，测量时间与传统仪器相比可以节省1/3左右。4）效率高。只需调焦和按键就可以自动读数，减轻了劳动强度；视距还能自动记录，检核。给定测量限差值，仪器可自动判断测量现差，超限时提示重测，能自动计算线路闭合差等。测量数据与电子计算机通讯进行后处理，可实线内外业一体化；有倒置标尺功能，适合于天花板、地下水准测量；即可以进行自动测量（用条码标尺），又可以进行人工读数（普通标尺）。5）在野外可方便地进行i角检验及校正。6）在黑暗中可采用手电筒或聚光灯照亮竖立标尺的测量区。对于精密测量，视场中心区（如1°视场角范围内）应无任何遮挡。视场内应有的编码长度与仪器到标尺的距离有关，如LeicaDNA03水准仪，距离为10m以内，在视场内的标尺长度不允许有遮挡；距离为10~50m，在视场内的标尺长度允许有20%边缘遮挡。第十页，共114页。第十页，共114页。水准测量误差来源一、仪器误差（1）水准仪的交叉误差（2）水准仪的角误差（3）平行玻璃板测微器的误差（4）水准尺的尺长误差（5）两水准标尺的零点误差二、观测误差三、外界因素导致的误差（1）温度变化对仪器的影响（2）仪器脚架升沉的影响（3）尺台升沉的影响（4）大气折光的影响第十一页，共114页。第十一页，共114页。大坝沉陷观测

国家一、二等水准测量测站观测顺序：后—前—前—后；前—后—后—前。（1）大坝垂直位移观测中，对于各转点为稳定的水准点、硬质路面水准线路，通视情况良好，观测线路不长时间较短的情况，精密水准测量亦可采用，往测时奇数测站后—后—前—前；偶数测站前—前—后—后的观测顺序，以提高观测速度。返测时两支标尺必须互换位置，各测站观测以始终先照准往测时先照准的某支标尺为原则，即当该水准线路的测站数为偶数的，返测时，奇、偶测站照准标尺的顺序分别与往测偶、奇测站相同；当该水准线路的测站数为奇数的，返测时，奇、偶测站照准标尺的顺序分别与往测奇、偶测站相同。（2）各测站仪器安置时，始终（往返测均同样）将水准仪物镜朝向某支固定的水准标尺进行整平。（3）两水准标尺的零点误差不等称为一对标尺零点不等差，其对一测站往返测不符值的影响较为明显。第十二页，共114页。第十二页，共114页。三角高程测量精密水准法测定测点的高程虽然精度高，但工作量大、速度较慢，且必须要具备通行条件良好的水准线路，在起伏变化较大的山区，精密水准就很难得以实施。这时便可采用三角测量的方法测点高程。三角高程测量的基本思想是根据由测站向照准点所观测的垂直角（或天顶距）和它们之间的水平距离，计算测站点与照准点之间的高差。这种方法简便灵活，受地形条件的限制较少，故适用于测定三角点的高程。在大地测量中，三角点的高程主要是作为各种比例尺测图的高程控制的一部分，一般都是在一定密度的水准网控制下，用三角高程测量的方法测定三角点的高程。传统的三角高程测量的边长一般是由三角网的已知边通过三角测量推算而得，随着光电测距技术的快速推广应用，三角高程测量的边长可直接由光电测距仪测定，从而大大提高了三角测量的精度，这就是EDM（ElectronicDistanceMeasurement，电子距离测量）三角高程测量。近几年在工程测量中EDM三角高程测量技术不断发展，观测精度已得到了很大的提高，部分工程已替代了二等水准的测量。第十三页，共114页。第十三页，共114页。图1-38三角高程测量第十四页，共114页。第十四页，共114页。单向观测计算高差的基本公式

令式中＝C，C一般称为球气差系数。第十五页，共114页。第十五页，共114页。（1）观测方法如图1-41，将经纬仪或全站仪安置于工作基点C上，用钢尺量取仪器视准轴中心到基点顶面的距离K，观测P点的垂直角τ。观测时上半测回依次照准P1、P2、P3……等各位移测点。垂直角观测之具体要求见附录中的有关内容。在变形监测中，P点的高程可按下式计算HP＝Hc＋K＋L×tgτHP相对于Hc的高差为h＝k＋L×tgτ第十六页，共114页。第十六页，共114页。（2）计算方法

累计沉陷量△H＝首次HP—本次HP＝首次h—本次h

间隔沉陷量△H＝上次HP—本次HP

（3）垂直角观测要求

每一方向采用“双照准法”观测。各测次横丝照准目标的部位应固定不变，且在手簿上注记或绘草图说明；所用的钢尺应无零点差且保持不变。图1-41三角高程观测第十七页，共114页。第十七页，共114页。经纬仪等级分类经纬仪按野外一测回水平方向中误差这一精度指标为依据，划分为五个等级，分别为J07（一测回水平方向中误差≤±0.7”）、J1、J2、J6、J15级。J1级经纬仪如WILDT3光学经纬仪以及全站仪TC（A）2003/1201/1800的测角部分。第十八页，共114页。第十八页，共114页。方向观测法方向观测法的特征是在一个测回中把测站上所有要观测的方向逐一照准进行观测，并在水平度盘上读数，求出各方向的方向观测值。三角网计算时所需要的水平角均可从有关的两个方向观测值相减得出。设在测站上有1，2……P个方向要观测，并选定边长适中、通视条件良好、成象清晰稳定的方向1作为观测的起始方向（又称零方向）。上半测回用盘左位置先照准零方向，然后按顺时针方向转动照准部依次照准方向2，3……P再闭合到方向1，并分别在水平度盘上读数。下半测回用盘右位置，仍然先照准零方向1，然后逆时针方向转动照准部按相反次序照准方向P……2，1，并分别在水平度盘上读数。除了观测方向数较少（规范规定不大于3）的站以外，一般都要求每半测回观测闭合到起始方向（如以上所述的观测程序）以检查观测过程中水平度盘有无方位的变动。此时每半测回观测构成一个闭合圆，所以这种观测方法又称之为全圆方向观测法。第十九页，共114页。第十九页，共114页。角度测量误差来源有仪器误差的影响包括：（1）仪器本身误差：1）照准部偏心差、2）度盘刻划误差、3）视准轴误差C、4）横轴误差、5）竖轴倾斜误差δ；（2）观测过程中仪器导致的误差：1）水平度盘位移的影响、2）照准部旋转不正确的影响、3）照准部水平微动螺旋作用不正确的影晌、4）垂直微动螺旋作用不正确的影晌。观测误差的影响包括：（1）照准误差；（2）读数误差；（3）仪器对中误差；（4）目标偏心误差。外界因素的影响包括：（1）大气层密度的变化和大气透明度对目标成象质量的影晌；（2）旁折光的影响；（3）照准目标的相位差；（4）温度变化对视准轴的影响；（5）外界条件对觇标内架的影响。

第二十页，共114页。第二十页，共114页。精密测角的一般原则

为了最大限度地减弱或消除各种误差的影响，在精密测角时应遵循下列原则：1）观测应在目标成象清晰、稳定的有利于观测的时间进行，以提高照准精度和减小旁折光的影响；2）观测前应认真调好焦距，消除视差。在一测回的观测过程中不得重新调焦，以免引起视准轴的变动；3）各测回起始方向应均匀地分配在水平度盘和测微分划尺的不同位置上，以消除或减弱度盘分划线和测微分划尺的分划误差的影响；4）在上、下半测回之间倒转望远镜，以消除和减弱视准轴误差、水平轴倾斜误差等的影响。同时由盘左、盘右读数之差求得两倍视准轴误差（2C），以检核观测质量；5）上、下半测回照准目标的次序应相反，并使观测每一目标的操作时间大致相同，即在一测回的观测过程中，应按与时间对称排列的观测程序，其目的在于消除或减弱与时间成比例均匀变化的误差影响，如觇标内架或三脚架的扭转等；6）为了克服或减弱在操作仪器的过程中带动仪器基座位移及弹性扭曲导致水平度盘位移的误差，每半测回开始观测前，照准部按规定的旋转方向先转动1~2周；7）用望远镜垂直丝精确照准目标时，应将目标置于水平丝附近，照准各方向目标时应在同样位置。照准目标尽量不要使用垂直制动和微动螺旋。使用照准部微动螺旋和测微螺旋时，其最后旋转方向均应为旋进；8）为减弱垂直轴倾斜误差的影响，观测过程中应保持照准部水准器气泡居中。当使用J1和J2型经纬仪时，若气泡偏离水准器中心一格时。应在测回间重新整平仪器。这样做可以使观测过程中垂直轴的倾斜方向和倾斜角的大小具有偶然性，以便在各测回观测结果的平均值中可以指望减弱其影响。第二十一页，共114页。第二十一页，共114页。方向观测法测站平差一测回方向观测中误差μ

式中n为包括零方向在内的方向个数，随着测回数m的不同而变化，可以预先算好，如m＝9，k＝0.147；m＝12，k＝0.109等。m测回方向值中数的中误差为第二十二页，共114页。第二十二页，共114页。电磁波测距基本原理电磁波测距是通过测定电磁波束在待测距离上往返传播的时间t2D来计算待测距离D的，其基本公式为上式中c是电磁波在大气中的传播速度，它取决于电磁波的波长和观测时测线上的气象条件。电磁波在测线上的住返传播时间t2D，可以直接测定，也可以间接测定。直接测量电磁波传播时间是用一种脉冲波，它是由仪器的发送设备发射出去，被目标反射回来，再由仪器接收器接收，最后由仪器的显示系统显示出脉冲在测线上往返传播的时间t2D或直接显示出测线的斜距，这种测距仪器称为脉冲式测距仪。它操作比较方便，但由于脉冲宽度和计数器时间分辨能力的限制，直接测量时间只能达到10-8s，其相应的测距精度约1~2m。为了进一步提高测距精度人们采用间接测定的办法。间接测定电磁波传播时间是采用一种连续调制波，它由仪器发射出去，被反射回来后进入仪器接收器，通过发射信号与返回信号的相位比较，即可测定调制波往返于测线的迟后相位差中小于2π的尾数。用几个不同调制波的测相结果便可间接推算出传播时间t2D，并计算（或直接显示）出测线的倾斜距离。这种测距仪器叫做相位式测距仪。目前这种仪器的计时精确度达10-10s以上，从而使测距精度提高到1cm左右，可基本满足精密测距的要求。现今用于精密测距的激光测距仪和微波测距仪属于这种相位式测距仪。第二十三页，共114页。第二十三页，共114页。相位式测距仪的基本公式相位式测距仪（图1-69中的A）发射出一种作为载波的光（或微波）的连续调制波。调制波通过测线到达反射器（图1-69中的B），经反射后被仪器接收器接收。测距信号在经过往返距离2D后，相位延迟Φ。为便于叙述起见，将往程与返程的信号波形图摊平，如图1-70所示。图1-70调制波往返测线上式中是半波长；N为整周数，而是不足一周的尾数。

第二十四页，共114页。第二十四页，共114页。棱镜反射器

出射光与入射光在不同的投影面上都保持平行，那么它们在空间也必然是相互平行的。正因为棱镜具有此项特点，故观测斜距时棱镜只须粗略对准测线方向就可以了。

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电磁波测距观测结果的化算

电磁波测距的现场观测结果，即距离初步值D0，必须加上各项改正之后，才能化算为两标石中心投影在参考椭球面（或测区某指定高程面）上的正确距离。这些改正大致可分三类：第一类是由仪器本身所造成的改正，有仪器的①加常数改正k、置平改正⊿Dα（适用于测距仪）、②频率改正⊿Df和③周期误差⊿Dφ改正；第二类是因大气折射而引起的改正，有④气象改正⊿Dn和波道弯曲改正⊿Dρ（徕卡全站仪观测到的距离已加入了此向改正）；第三类是属于归算方面的改正，即归心改正⊿De、⑤倾斜改正和投影到椭球面（或测区某指定高程面）上的改正⊿Ds。第二十六页，共114页。第二十六页，共114页。

（4）气象改正徕卡TPS100/1000/2000/5000系列全站仪气象改正公式式中

（1-81）第二十七页，共114页。第二十七页，共114页。1）倾斜改正

2）光电测距倾斜改正（平距化算）严密公式

3）测线长度投影到椭球面上的改正

铟瓦基线尺丈量所得的经倾斜改正后的测线长度是沿测线平均高程面上的水平长度D；徕卡全站仪观测到的平距已化算成测站高程面上的弦长；日本品牌的全站仪观测到的平距已化算成测站与镜站平均高程面上的弦长；光电测距所测的斜距可化算成某高程面上的弦长。这些长度投影到参考椭球面（或测区某指定高程面）上还需进行投影改正。

（5）倾斜改正和投影到椭球面上的改正

第二十八页，共114页。第二十八页，共114页。图1-74表示沿测线方向的剖面，RA表示沿测线方向的参考椭球面曲率半径；是大地水准面超出参考球面上的高度，表示测线平均高程。由图1-74知图1-74测线长度投影第二十九页，共114页。第二十九页，共114页。（6）参考椭球面上水平距离的计算设参考椭球面上的水平距离以S表示，则（1-89）应当指出，以上各项改正并非项项都要计算，根据仪器情况，边的长短和测边的精度要求，有些项实际不存在（如采用全站仪时一般不存在置平改正、一般情况下没有归心改正、而波道弯曲改正在全站仪观测中已经考虑了）或本身过小时，也就无需计算；属于各测回不同的改正计算（如），则必须在各测回内分别计算，而其余的改正数各测回都有是一样的，则可在最后一次计算。第三十页，共114页。第三十页，共114页。例1-2某工程TCA1800全站仪经检定后数据为周期误差振幅A＝1.0mm、初相角θ＝136.80°，加常数K＝－0.8mm、乘常数R＝。观测时的测站和镜站平均气象条件为t＝24.8℃、p＝960.1mb、h＝60%。测站、镜站高程为HA＝444.1756、HB＝460.2339。观测初步值D0＝2017.2345m。求其在450m高程面投影的水平距离S。根据式（1-89）加常数改正K＝－0.8mm频率改正＝＝2.421881mm周期误差改正＝Asin（⊿φi＋θ）＝1.0sin（⊿φi＋θ），式中⊿φi＝＝148.14°故＝Asin（⊿φi＋θ）＝1.0sin（148.14＋136.80°）＝－0.966196mm气象改正根据（1-81）式计算，得＝53.853190mm经上述各项改正后的斜距为D＝2017.2345－0.0008－0.000966196＋0.002420681＋0.053826506＝2017.288980991m。已知高差h，可根据（1-84）式计算测站、镜站平均高程面上的水平长度（弦长）＝2017.225065241，式中R取6370km。再将其投影到450m高程面，最后得S＝/（＋（HA＋HB）/2）×6370450＝2017.2243670997m。例中小数取位取至0.000001mm，是为了验证计算公式的具体使用情况，实际工程计算过程中只需取至0.01mm，最后结果取至0.1mm。第三十一页，共114页。第三十一页，共114页。电磁波测距误差来源及其影响电磁波测距中的各项误差影响，就其影响方式来讲，有些误差影响是与距离成比例的，如，和等项误差影响，这些误差称为“比例误差”，另一些误差影响与距离长短无关，如，和等项误差影响，称为“固定误差”。另一方面，就各项误差影响的性质来讲，有系统性的，如，,以及中一部分；也有偶然性的，如，以及中另一部分。对偶然性误差影响，可以采取不同条件下的多次观测来削弱其影响，而对系统性误差影响则不然，但可以事先通过精确检定，缩小这类误差的数值，达到控制其影响的目的。第三十二页，共114页。第三十二页，共114页。

（1）比例误差

1）光速值c0的误差

2）调制频率f的误差

3）大气折射率n的误差

第三十三页，共114页。第三十三页，共114页。大气折射率n的误差是由于确定测线上平均气象元素（P，t，e）的不正确而引起，这里包括测定误差及气象元素代表性误差（即测站与镜站上测定值之平均，经过前述的气象元素代表性改正后，依旧存在的代表性误差）。各气象元素对n值的影响，可按（1-96）式分别求微分，并取中等大气条件下的数值（P＝760mmHg，t＝20℃，e＝10mmHg）代入后，得

（1-97）由此可见，激光测距中温度误差对折射系数的影响最大。当dt＝1℃时，dnt＝－0.95×10-6，由此引起的测距误差约一百万分之一。其次是气压误差的影响，当Dp＝2.5mmHg时，dnp＝＋0.93×10-6，这也使测距误差达一百万分之一。影响最小的是湿度误差。对于微波测距来说，它的大气折射系数公式为（1-98）同样，上式分别对P，t，e求微分，并取中等大气条件下的数值（P＝760mmHg，t＝20℃，e＝10mmHg）代入后，得

（1-99）第三十四页，共114页。第三十四页，共114页。将（1-93）式与（1-91）式作一比较，可以看出：温度、气压的误差对激光测距和微波测距的影响不相上下，但水汽压对二者的误差影响则相差十分悬殊，即对激光测距的影响可忽略不计，而对微波测距的影响相当显著。设想干湿球温差（t－t′）的测定误差为1℃，则算得水汽压误差de＝0.50mmHg，由此引起大气折射系数的误差dn1＝6.1×10-6×0.50＝3.0×10-6，从而产生测距相对误差，显然，这是一个相当可观的误差影响。从以上的误差分析来看，正确地测定测站和镜站上的气象元素，并使算得的大气折射系数与传播路径上的实际数值十分接近，从而大大地减少大气折射的误差影响，这对精密中、远程测距乃是十分重要的。因此，在实际作业中必须注意以下几点。a.气象仪表必须经过检验，以保证仪表本身的正确性。读定气象元素前，应使气象仪表反映的气象状态与实地大气的气象状态充分一致。温度应读至0.2℃，其误差应小于0.5℃，气压读至0.5mmHg，其误差应小于1mmHg。对于微波测距，还要正确地测定干湿球温差，其误差也希望小于0.5℃。这样，由于气象元素的读数误差引起的测距误差，对激光测距可望小于1×10-6，对微波测距可望小于2×10-6。b.气象代表性的误差影响较为复杂，它受到测线周围的地形、地物和地表情况以及气象条件诸因素的影响。为了消弱这方面的误差影响，选点时，应注意地形条件，尽量避免测线两端高差过大的情况，避免视线擦过水域；观测时，应选择在空气能充分调和的有风之天或温度比较均匀的阴天。必要时，可加设中间点测定温度。c.气象代表性的误差影响，在不同的时间（如白天与黑夜），不同的天气（如阴天和晴天），具有一定偶然性，有相互抵消的作用。因此，采取不同气象条件下的多次观测，也能进一步地削弱气象代表性的误差影响。第三十五页，共114页。第三十五页，共114页。（2）固定误差

1）归心或对中误差ml2）仪器加常数误差mk3）测相误差mΦ第三十六页，共114页。第三十六页，共114页。精密光电测距

1）测距作业在测站上安置测距仪（全站仪），镜站安置配套棱镜（镜面对向仪器）。观测开始（及结束）时，测定气象元素，并根据需要对仪器的气象改正进行设定。将仪器瞄准棱镜中心（平距观测时，应使仪器横丝精确照准棱镜中心），开始测距。观测平距时必须采用盘左、盘右分别进行，以消除垂直角观测中的仪器竖盘指标差等（参见垂直角观测）。斜距与垂直角分开观测时测距作业可只进行仪器单面观测精密距离测量采用往返观测，往返各观测二至四个测回，一测回为照准目标一次，读数四次。观测平距时每次读数应使仪器横丝精确照准棱镜中心。2）气象元素的测定测距作业前，应预先打开温度表和气压表。温度表必须悬挂在离地面1.5m左右或与测距仪近似高、不受阳光直射、受辐射影响小和通风良好的地方（操作者及仪器周围障碍物应远离温度表球部至少半米）。在使用通风干湿温度表时，须经过15~30min后方能开始观测，观测时将通风器的发条上紧，等通风器转动2~4分钟（应按其使用说明上所定的通风时间，此时通风速度不得小于2.5m/s）以后，进行温度表的读数精确到小数一位，并将读数进行修正（按相应有效检定证书所列的修正值）。温度表读数时，观测者应站在下风方，读数要迅速准确。在野外使用时如风速大于3m/s应在通风干湿度表通风器的迎风面上套上一个风挡，以防止大风对于通风速度的不良影响。气压表测读时必须水平放置，要防止指针搁滞。读数前用手指轻轻扣敲仪器外壳或表面玻璃，以消除传动机构中的摩擦。观测时指针与镜面指针像重叠，此时读数精确到小数一位。读取气压表上的温度值以进行温度订正。气压值的求算应经过温度、示度、补充等项的订正（按相应有效检定证书所列的修正值）。3）观测成果的重测和取舍凡超出限差的观测成果，均要进行重新观测。当一测回中读数较差超限时，可重测2个读数，然后去掉一大一小取平均。重测超限时，整测回应重新观测。当测回间较差超限时，可重测2个测回，然后去掉一大一小取平均，当重测后测回差仍超限时，重测该测距边的所有测回。往、返（或不同时段）较差超限时，应分析原因后，重测单方向的距离，若重测还是超限，重测往、返两方向的距离。第三十七页，共114页。第三十七页，共114页。变形观测手簿的记录和计算要求

1）手簿中的原始数据和记事项目，必须在现场用铅笔或钢笔记录，记录者必须对观测者的读数进行复诵，严禁凭记忆补记。手簿的计算和检查必须在离点前做完。2）一切数字、文字记载均应正确、清楚、整齐、美观。凡需更正错误，均应将错字整齐划去，并在其上方填写正确文字或数字，严禁随手涂擦。对超限的成果须注明原因和重测结果所在页数，对重测记录，则需加注“重测”字样。书写的文字、符号和单位均应符合国家颁布的有关标准。3）对原始记录的秒值（毫米数）不得做任何涂改，原始记录的度、分（米、分米）确属读错、记错，可在现场更正，但同一方向（测站）内不能有两个相关的数字连续划改。4）外业手簿中，每点的手页，应记载测站名称、等级、觇标类型等。每一观测时间段的首末页上端各项，均须记载齐全。5）精密三角测量和精密导线测量记录和计算的小数位：采用TC（A）2003/1201/1800全站仪观测水平及垂直角读数到0.1″/0.1″/1″、计算到0.01″，采用T3/J2型仪器观测水平及垂直角读数到0.1″/1″、计算到0.01″；精密水准测量记录和计算的小数位：读数到0.1mm、计算到0.01mm；最后计算的平面坐标、高程及变形量等成果取至0.1mm。6）精密距离测量中，每测回要记全数一次，厘米和厘米以下的数字不得更改；边长读数至0.1mm，计算至0.01mm；温度读至0.1℃，气压读至0.1hpa（毫巴）；仪器高和镜高，读至0.1mm。7）有条件时应首先考虑采用电子记录，电子记录时必须按照有关电子记录基本规定执行。有关的测站、测点名称应进行必要的注记。记录在记录器中的原始数据必须及时录入到计算机中并进行资料的计算整理。采用电子记录时，必须建立各项目记录模板，每次记录时打开相应项目记录模板（可选择“文件”菜单的“新建”命令，单击“本机上的模板”，选择所要的记录模板）进行记录。严禁打开原有的记录文档进行编辑记录。第三十八页，共114页。第三十八页，共114页。第三十九页，共114页。第三十九页，共114页。全站仪及其特性全站仪又称全站型电子速测仪、电子全站仪，是一种兼有电子测距、电子测角、计算和数据自动记录及传输功能的自动化、数字化的三维坐标测量与定位系统。第四十页，共114页。第四十页，共114页。全站仪精度指标在所有全站仪测距部分标称精度指标的表达式中，均使用±（A＋BD）的形式，如徕卡TC2003系列为±（1mm＋1ppm×D）。显然，该精度表达形式由以下两部分组成：A，代表固定误差，单位为mm。它主要由仪器加常数的测定误差、对中误差、测相误差等引起。固定误差与测量的距离无关，即不管实际测量距离多长，全站仪将存在不大于该值的固定误差。全站仪的这部分误差一般在1mm~5mm之间；BD，代表比例误差。它主要由仪器频率误差、大气折射率误差引起。其中B的单位为"ppm"（PartsPerMillion），是百万分之（几）的意思，它广泛地出现在国内外有关技术资料上。它不是我国法定计量单位，而仅仅是人们对这一数学现象的习惯叫法。全站仪B的值由生产厂家在用户手册里给定，用来表征比例误差中比例的大小，是个固定值，一般在1ppm~5ppm之间；D的单位为“km”，即1×106mm，它是一个变化值，根据用户实际测量的距离确定，它同时又是一个通用值，对任何全站仪都一样。由于D是通用值，所以比例误差中真正重要的是“ppm”，通常人们看比例部分的精度也就是看它的大小。B和D的乘积形成比例误差。一俟距离确定，则比例误差部分就会确定。显然，当B为1ppm，被测距离D为1km时，比例误差BD就是1mm。随着被测距离的变化，全站仪的这部分误差将随之按比例进行变化，例如当B仍为1ppm，被测距离等于2km时，则比例误差为2mm。固定误差与比例误差绝对值之和，再冠以偶然误差±号，即构成全站仪测距精度。如徕卡TPS1100系列全站仪测距精度为2mm＋2ppm×D。当被测距离为1km时，仪器测距精度为4mm。换句话说，全站仪最大测距误差不大于4mm；当被测距离为2km时，仪器测距精度则为6mm，最大测距误差不大于6mm。特别需要指出的是，全站仪的标称精度指标是一种误差限差的概念，也就是说每台全站仪测距误差不得超过生产厂家提供的标称精度指标。所谓不得超过，可能出现的情况是，有的仪器实际误差接近于这个限差，也可能有的小于或远小于这个限差，因此决不能把某台仪器的标称精度当作该仪器的实际精度。没有误差的全站仪是不存在的，但标称精度一样的全站仪其实际精度，即存在的实际误差却不同，有的相差还很大。据资料统计表明，相当多的徕卡全站仪的实测精度高于标称精度一倍以上。目前的TC（A）2003/1800等全站仪使用初期其实测及检定测距精度与其标称精度相比一般均在0.7倍以下，许多仪器仅0.5倍以下。随着使用期的延长，其精度会略微有所下降。第四十一页，共114页。第四十一页，共114页。国家计量检定规程（JJG100—2003）将全站仪及电子经纬仪的准确度划分为4个等级，见表1-29。

第四十二页，共114页。第四十二页，共114页。全站仪测距气象改正

全站仪在测距作业中必须进行气象改正，即通过测量作业现场的温度T（Temperature）和气压P（Pressure）以及湿度H（Humidity，该项仅在高精度测量时使用），按照一定的气象改正公式，求出气象改正数ppm以及距离改正数△D。不同厂家的全站仪，其气象改正公式也不同。全站仪的气象改正是在标准气象条件的基础上进行的。为了便于用户的使用，厂家选定更接近作业现场的气象条件作为仪器标准气象条件。在标准气象条件下，全站仪的气象改正ppm值为零。如徕卡全站仪选T＝12℃，P＝1013.25mbar（760mmHg），H＝60％作为标准气象条件，此时的气象改正值ppm＝0。也有的厂家温度T选15℃（如拓普康）或20℃（如捷创力），但气压P一般都选1013.25mbar。实际测量时，现场的气象条件一般会与标准气象条件有所不同，因此通常所说的气象改正就是指对相对标准气象条件变化的改正。1013.25mbar约相当于0m高程的气压值，在0~2000m范围内，高程每升高8~10m，气压一般减小约1mbar；在2000~4000m范围内，高程每升高10~13m，气压一般减小约1mbar。但即使同一高程，随着气象条件的变化，其气压值一般会变化20~60mbar。第四十三页，共114页。第四十三页，共114页。全站仪的三轴补偿细心的全站仪用户常常提出这样一个问题：在固定照准部的情况下，当转动望远镜上下俯仰的时候，发现水平角的读数在不断地变化。这个变化，有的仪器几秒，也有的仪器可达十几秒甚至几十秒。他们纳闷，俯仰望镜时，由于仪器在水平方向没有转动，引起读数变化的应该是垂直角，可是为什么水平方向也跟着变呢？他们怀疑是不是仪器出了毛病，因此不敢相信显示数据的准确性。长期以来，人们使用的电子经纬仪和全站仪，如徕卡的T2000S，TC2000等，在上述情况下，水平方向都不会发生什么变化。可是全站仪技术发展到今天，全站仪性能大大提高，然而其水平方向反而不稳定了，这到底是怎么一回事？其实这正是当今全站仪性能提高的一个表现。补偿器是用来补偿由于经纬仪垂直轴倾斜而引起的读数误差的。老式的单轴补偿器，仅仅能补偿垂直方向的读数误差，尔后出现自动双轴补偿器，则可以同时补偿垂直方向和水平方向的读数误差。但这都是对垂直轴倾斜的补偿。1989年徕卡推出的T3000以及其后的徕卡全站仪（低精度的除外），则不仅能补偿经纬仪垂直轴倾斜引起的垂直度盘和水平度盘读数误差，而且还能补偿由于水平轴倾斜误差和视准轴误差引起的水平度盘读数影响。通常称为“三轴补偿”。这也使改善水平方向读数因素或者说望远镜转动时水平读数变化的因素增加到三个。下面简要解释这三种因素的原理。第四十四页，共114页。第四十四页，共114页。1）双轴补偿双轴补偿垂直轴倾斜量分解成视准轴方向和水平轴方向两个分量。视准轴方向的分量影响垂直度盘读数，水平轴方向的分量影响水平度盘读数，其影响为，其中为目标点的垂直角。从式中可以看出，这种影响主要表现在望远镜偏离水平面时，如前所述，当望远镜水平瞄准时，横向倾斜实际上对水平度盘没有影响。但倾斜瞄准时，该影响就明显增加（如望远镜倾斜45°时，1′横向倾斜引起1′的水平方向误差）。因此如果补偿器设置成双轴补偿，当望远镜转动时，即使照准部不动，仪器也会自动补偿垂直轴倾斜而引起的水平度盘读数误差，水平方向读数会不断地变化。2）水平轴倾斜误差水平轴倾斜误差又称横轴误差或倾斜轴误差（tilting－axiserror）。其引起的主要原因是由于安装或调整不完善致使支承水平轴的二支架不等高。水平轴两端的直径不等也是一个原因。由于仪器存在着水平轴误差，当整平仪器时，垂直轴垂直，而水平轴不水平，这就会对水平方向引起观测误差。若△为水平轴倾斜误差对水平方向观测读数的影响，则有△＝显然，△的大小不仅与角的大小成正比，而且与目标点的垂直角有关。第四十五页，共114页。第四十五页，共114页。3）视准轴误差视准轴误差又称照准误差，也就是人们常说的“C”角。它产生的原因是由于安装和调整不当，望远镜的十字丝中心偏离了正确的位置，结果是视准轴与水平轴不正交，引起了测量误差，它是一个固定值；外界温度的变化也会引起视准轴位置的变化，这个变化则不是一个固定值。若令△C为视准轴误差C对水平方向观测读数的影响，则有：△C＝C/cos显然，视准轴误差对水平方向读数的影响不仅与视准轴误差C成正比，而且也与目标点的垂直角有关。当垂直角为零度时，△C＝C，即视准轴误差与它所引起的水平方向读数误差是相同的。此时可通过盘左盘右的观测值之差来求得，即：L－R±180°＝2C需要说明的是，有的资料为了解释的方便，并没有严格区分△C和C，只是讲C的变化依赖垂直角的变化，但这并不妨碍对此问题的理解。为了消除上述三种因素的影响，简化角度观测程序。将过去往往需正、倒镜观测才能消除的一些误差自动进行修正，提高单面观测的精度，除徕卡仪器外，还有宾得的PTS－V2以及捷创力的Geodimeter500／600系列等仪器，都使用了三轴补偿的方法。其采取的手段是用双轴补偿的方法来补偿垂直轴倾斜引起的垂直和水平度盘的读数误差，用机内计算软件来改正因横轴误差和视准轴误差引起的水平度盘读数误差。此改正通过下述参数进行计算:—已被确定和存储在仪器里的最新视准轴误差和水平轴（横轴）误差；—垂直轴倾斜、视准轴横向偏离的瞬间成份。具有三轴补偿的经纬仪或全站仪用下述公式来显示角度值HzT＝Hz0＋C/cos＋（＋）·tg式中HzT—显示的水平度盘读数；

Hz0—电子度盘传感器测得的值。对于只能对垂直角进行单轴补偿的老式电子经纬仪和全站仪来说，如T2000S和TC2000，没有改正上述三种因素的功能，人们看到无论望远镜怎么转，它们的水平方向读数都不变化，并不是因为这种仪器稳定可靠，其实是仪器没有能力进行这方面改正的缘故。对于仅有双轴补偿的仪器来说，只能改正垂直轴倾斜引起的垂直和水平读数误差。当补偿器关闭以后，无论如何转动望远镜，水平读数也不会变化。全站仪在工作时，其垂直角的改正，一是使用存储的指标差，二是使用垂直轴在视准线方向的倾斜量。第四十六页，共114页。第四十六页，共114页。4）全站仪的三轴补偿

全站仪的补偿改正是通过补偿器自动测定垂直轴倾斜的瞬时值补偿垂直轴倾斜引起的垂直、水平度盘读数误差，同时通过已被确定并存储在仪器里的最新水平轴误差、视准轴误差以及竖盘指标差等用仪器内计算软件来改正仪器轴系误差引起的水平及垂直度盘读数误差的。故仪器补偿器本身的误差、仪器轴系误差中的水平轴误差、视准轴误差C及竖盘指标差等，应通过定期的检测进行修正以使仪器达到最佳工作状态。尽管上述误差不能调整到零，但通过盘左及盘右观测取均值的方法均能消除上述补偿及各项轴系误差。第四十七页，共114页。第四十七页，共114页。ATR自动目标识别及定位1）原理象测距仪那样，自动目标识别（ATR）部件以同样的方法安装在TCA系列全站仪的望远镜上。红外光束通过光学部件被投影在望远镜上，从物镜口发射出去。反射回来的光束，由内置的CCD相机接收，其位置以CCD相机的中心作为参考点来精确地确定。假如CCD相机的中心与望远镜的光轴的调整是正确的，则以ATR方式测得的水平方向和垂直角，可从CCD相机上光点的位置直接计算出来。采用ATR时，视准线和CCD相机中心之间在水平和垂直方向上的偏差即为ATR准直差（照准差）。ATR照准差在盘左和盘右观测时等值同号，即始终偏向目标棱镜的同一侧，且不论距离的远近其偏离的角值是相等的，故不能通过盘左及盘右观测取均值的方法得以消除，尤其在垂直角观测时ATR照准差直接传递到垂直角观测值中，而水平角计算时因各水平方向观测值相减后能将ATR照准差基本消除。

ATR照准差的校准是提高其测量精度的重要一环。常规的ATR校准工作允许检查和测定CCD相机的中心与望远镜光轴的重合度。测定ATR的照准差，必须人工将望远镜对准棱镜中心。视准线（十字丝）和CCD相机中心之间在水平和垂直方向上的偏差由仪器计算出来。校准过程中的偏差改正被应用在ATR方式下的角度测量上。当度盘扫描系统进行测量时，这些改正数被用来改正相对于视准线的值。如果在测角中既用ATR方式，又用人工方式，检查和测定ATR照准差则是十分必要的。因为只有在这种情况下，两种方法才能达到最佳匹配。ATR校准可通过仪器上的校准对话框进行。第四十八页，共114页。第四十八页，共114页。2）精确定位三个顺序进行的过程形成了精确定位的特点：搜索过程、目标找准过程和测量过程。在手动对棱镜粗略进行照准后，ATR的精确定位将是完全自动的。首先ATR检查粗略的棱镜是否位于望远镜的视场里面，如果他探索不到棱镜，它将从头开始搜索过程即望远镜进行螺旋式的连续运动。扫描的速度可以选择以便使被扫描区域里影像之间没有间隙。一旦探测到棱镜，望远镜马上停止运动。整个扫描和识别的时间大约2~4秒钟。如图1-78所示。ATR的感应区位于望远镜的中心，大约占三分之一的视场。在此感应区内，ATR可立即识别出棱镜。当使用ATR测量技术的时候，为了减少测量时间，没有必要十分严格地手动照准棱镜中心来确定水平方向和垂直角。定位时，马达螺旋式地转动望远镜来照准棱镜的中心并使之处于预先设定的限差之内，一般情况下，十字丝只是位于棱镜中心附近。他之所以没有定位于棱镜中心，是为了优化测量速度。因为定位棱镜中心附近比靠马达准确地定位于棱镜中要快些。为确定偏差，ATR测量十字丝和棱镜中心间的水平和垂直偏移量。这些偏移量被用来改正仪器上所显示的水平方向和垂直角。所以，虽然十字丝没有精确地照准棱镜中心，但它是以棱镜中心为准的，实质上是精确照准定位的。ATR需要一块棱镜配合进行目标识别，为了使工作更加简化，ATR的角度测量与距离测量同时进行。在每一测量过程中，角度偏移量都被重新确定，相应地改正了水平方向和垂直角，进而精确地测量出距离或计算出目标点坐标。ATR标准设置中的测量精度与仪器本身的角度测量精度相一致。如果选择了不同标准设置的测距方式，ATR的测量精度应选用所对应测量方式的精度级别。例如，距离测量方式“fast”将缩短测量时间，允许在近距离对不稳定的手持棱镜进行测量。当使用ATR方式进行测量时，由于其望远镜不需要人工聚焦或精确照准目标，测量的速度将会得到非常明显的增加，其精度不依赖于观测员的水平，基本上保持常数。第四十九页，共114页。第四十九页，共114页。全站仪实际应用中的几个问题

1）自动跟踪型全站仪进行精密水平角观测时，可采用方向观测法2）自动跟踪型全站仪进行水平角方向法观测时，各测回零方向度盘读数不进行配置3）自动跟踪型全站仪照准目标时，可不采用“双照准法”4）全站仪观测中的目标照准4）全站仪观测中的目标照准6）应该定期进行仪器的检定7）在高精度测量中，全站仪仪器高量取应制作专用工具第五十页，共114页。第五十页，共114页。工程控制网的设立与平差计算（1）工程施工控制网坐标的确立工程施工控制网应根据工程规模、类型、控制的范围一般选择二、三、四等作为首级网。首级平面控制网一般为独立网，应利用规划设计阶段布设的测图控制点，起算数据可与邻近的国家三角点联测，其联测精度不低于国家四等网要求。首级平面控制网点的点位中误差根据工程规模应不大于±5~10mm。最末级平面控制网相对于首级网的点位中误差不应超过±10mm。平面控制网不允许布设无多余观测的单三角锁，加密导线应附合于首级网点上。首级高程控制网应与邻近国家水准点联测，其联测精度不低于国家四等水准技术要求。最末级高程控制点相对于首级高程控制点的高程中误差，对于混凝土建筑物应不超过±10mm；对于土石建筑物应不超过±20mm。首级网和加密网应布设成闭合环线、附和路线或节点网，不允许布设水准支线。第五十一页，共114页。第五十一页，共114页。（2）变形控制网的布设

大坝变形网的测点按其可靠稳定性高低可分为：基准点（又称校核基点，是为变形监测而布设的长期稳定可靠的监测控制点）、工作基点（又称起测基点，是为直接监测位移测点而在位移测点附近布设的相对稳定的测量控制点）、位移测点（是布设在建筑物上和建筑物牢固结合，能代表建筑物变形的监测点）三级。其中基准点及工作基点纳入变形控制网范围。监测大坝水平位移的平面网基准点一般布设在大坝下游不受大坝水库压力影响的地区，基准点组不宜少于4个（其目的是能确认有2个及以上的稳定点。如基准点组为3个表面变形基准点，则当这3点组成的三角形两点位于一圆周上，另一点位于圆心的情况下，一旦圆周上的一个点沿着圆周产生位移，则难以确认其中的位移点；再者一旦3点中有一点损坏就难以进行点位稳定性的判断。如布设倒垂线必须2个及以上）以互相校核本身的稳定性；布设在大坝下游的高程网基准点若采用基岩标应成组设置，每组不得少于3个，一般应设置在大坝下游1~5km处。布设双金属标或钢管标作为水准基点时应布设二组及以上。

大坝变形控制网可利用工程施工控制网首级网点作为起算坐标，其目的是使得工程所得的各点坐标能与国家坐标统一。目前采用的国家坐标系一般为1954年北京坐标系（采用苏联克拉索夫斯基椭圆体，在1954年完成测定工作）、1985年国家高程基准。大坝坐标系可采用平行于及垂直于坝轴线的方向作为X及Y轴，以大坝右岸某一点坐标作为（0.0000，0.0000），并尽量使整个大坝系统的有关测点坐标值都为正值建立大坝坐标系，如选择坝顶右岸平面变形工作基点的坐标为（1000.0000，1000.0000）。第五十二页，共114页。第五十二页，共114页。（3）变形控制网的平差计算变形控制网的平差计算方法一般可分为，经典平差、秩亏自由网平差（伪逆平差）、拟稳平差。大坝平面及高程变形控制网平差后最弱点指定方向位移量全中误差应不大于±2.0mm。经典平差：首期控制网平差，能确定有两个以上稳定点的网。秩亏自由网平差：变形控制网的复测成果平差，无确定的已知起算点。拟稳平差：有相对稳定点的网成果平差，亦属于秩亏自由网平差。除了观测网中存在若干个（有多余起算数据）固定点，采用固定基准作间接平差外，对于自由变形观测网，目前比较成熟的就是采用固定基准的经典平差、采用重心基准的秩亏自由网平差和采用拟稳基准的拟稳平差三类。如果自由网中存在不动点，采用固定基准最好，它有坚实的稳定基础。这种情况实际上也是存在的。例如滑坡监测，测站点相对位移测点在许多场合可认为完全不动。这种网相应地可采用经典平差。第五十三页，共114页。第五十三页，共114页。

如果自由网中各测点都是变形点，当然也可以说他们是非固定不变的稳定点，根据观测数据和变形情况分析，认为他们是等概率形变的。在这种情况下，自然认为采用重心基准，相应地采用伪逆平差为合适。这种方法缺乏稳定基础，而且重心基准与网形大小有关。如果自由网中存在着一部分点相对另一部分是稳定点，但实际上他们不是固定不变的，则采用拟稳基准进行拟稳平差为好。这样对变形测点而言，也有了较稳定的基础。当然首先要分析确定哪些点是相对稳定的。由于采用不同的平差基准，所得到的各点位移量存在着差异（然而实际的位移场理论上是唯一的）。所以在实际变形分析中，要注意研究所采用的基准是否合适，应该如何正确地选择与实际情况接近的基准，使变形分析结果尽量与实际相符。复测变形控制网平差的一般程序，秩亏自由网平差，拟稳平差，经典平差。首先将各基点均作为非固定点进行秩亏自由网平差，根据[PVV]及[δXδX]为最小，使整个网作平移或绕网的重心旋转；通过秩亏自由网平差若认为存在相对稳定点（平面网不少于2个、高程网不少于1个），则可进行拟稳平差，即把变形较为稳定的控制网点当作拟稳点，较不稳定的控制网点当作非拟稳点。拟稳点的权可根据其位移向量大小按一定的规则确定（目前按权确定的拟稳平差尚无现成的平差软件，一般可根据工程实际情况结合控制网复测有关成果确定选用拟稳定。若对秩亏自由网平差成果经过检验,认为网中各点均较为稳定，可将这些点均作为拟稳点，即秩亏自由网平差）；若对秩亏自由网平差成果经过检验，能确认控制网中存在至少两个稳定点，则可将稳定点作为固定基准进行经典平差。第五十四页，共114页。第五十四页，共114页。工作基点位移产生的原因1）工作基点施工结束后未过稳定期即进行观测。无论建在岩基上或土地基上的工作基点，都应过了规定的稳定期后再开始观测，因为首次观测值系变形观测系统的基准值。特别是建在土地基上的测墩，宜在施工结束后一个冬夏后再开始观测。至少应过一个雨季。2）工作基点距离水坝过近，受水压力影响较大。3）工作基点本身结构的原因。a.若混凝土工作基点地面及地下基础部分未加钢筋，长时间后工作基点本身将产生裂缝等变形。b.工作基点强制对中器埋设不稳固或本身结构变形。例如支承托架式强制对中器若三根支柱过细、过高，则会使上部基座产生水平位移。该样式的基座对中螺孔如与螺杆在制造工艺上没有精密配合，则可产生对中误差达±5mm或更大。这种误差相当于工作基点发生水平位移。4）埋于软弱夹层（岩石）中的工作基点，可能因岩石不稳定而产生水平位移。5）日晒对工作基点短周期水平位移的影响。设置在露天的工作基点，由于全天受太阳照射，将产生同一工作基点的“阴、阳”两面，因应力不平衡而产生混凝土工作基点的“扭转”。由某坝工作基点在一天内受太阳照射后的变形趋势及其数值可见，一天之内工作基点因太阳日照原因产生的最大扭转幅度约1mm。变位大小还与方向有关，最大变位方向与最小变位方向基本相垂直。为了避免这种影响，一般重要的观测站都应建立观测亭。6）工作基点因外部受力发生变形。若工作基点距离公路很近，或就在交通要道旁边，由于车辆来往甚多，工作基点有被碰撞的可能，以及交通设备等荷载的影响导致基础产生变形。这类情况也屡有发生。第五十五页，共114页。第五十五页，共114页。工作基点水平位移的测定

（2）工作基点水平位移的测定各种形式的变形观测控制网，其终点距大坝不能很远，故或多或少要受到库区水压力的影响。此外为了检核工作基点是否受不测因素的影响而产生意外的位移，故大坝变形观测都规定要定期对各类工作基点作校核测量，一般是1~3年校核一次。由于工作基点本身水平位移量很小，故观测位移方法本身，应达到很高的精度，目前观测方法主要是：视准线法、精密丈量法、三角网法、近距离后方交会法、方向变化法及倒垂线测定法等。第五十六页，共114页。第五十六页，共114页。变形控制网观测实施

大坝变形控制网观测中的各项特别需要注意的技术要求，除本节所列要求外，其余参照《国家三角测量测量规范》（GB/T17942）、《国家一、二等水准测量规范》（GB12897）、《中、短程光电测距规范》（GB/T16818）及本章节相关内容。变形控制网观测中使用的仪器及其配套设施，使用前应送计量部门检定。（1）水平角观测1）水平角采用J1级及以上经纬仪或相应等级全站仪方向法观测12测回，也可采用全组合测角法观测。全组合测角法按照GB/T17942有关规定执行。2）全部测回应在两个异午的时间段内各完成一半，每一时间段观测的基本测回数不超过总基本测回数的2/3。在全阴天，可适当变通。3）水平方向观测采用双照准法：照准目标二次、读数二次。具体操作参照GB/T17942执行。4）水平方向观测限差如表5-32。5）方向观测读数取至0.1″，从测回角度值开始取至0.01″。平差后坐标取至0.1mm。

第五十七页，共114页。第五十七页，共114页。（2）垂直角观测1）控制网点间的高差观测采用三角高程法，必要时采用精密水准法，参见1.15.5。采用三角高程测量获得时，需观测垂直角，并用边长观测值计算高差。各垂直角视工程具体情况一般观测4~12测回，分别进行对向观测。为消除大气折光变化的影响，两测站的垂直角观测应尽量在接近的时间段内进行。2）垂直角应在中午附近大气垂直折光变化最小的时间段观测最为有利，取地方时10时至14时之间，一般情况下必须在10至16时之间目标成像清晰时进行。3）垂直角观测一测回的程序：盘左观测对向目标，再盘右观测对向目标。4）垂直角观测采用双照准法：照准目标二次、读数二次。垂直角读数取至0.1″，从测回角度值开始取至0.01″。平差后坐标取至0.1mm。5）量取仪高和目标位置高时需用专用卡尺二次量取，全站仪仪器高二次量取应分别量测观测墩底座水准点处的底座面及其对角侧底座面至仪器中心高程面的垂直距离，读至0.1mm，二次读数之差应小于0.4mm，此距离应扣除对角侧底座面与底座中心面的高差（视不同底座而定，如F-1A通用式强制对中底座约2.2mm），棱镜高二次量取应分别量测观测墩底座一侧中心面及其对角底座中心面至棱镜中心高程面的垂直距离。6）垂直角观测限差如表1-33。序号项目限差1二次照准目标读数的差3″2一测回中各方向指标差互差8″3测回差6″4两次量取仪器或目标高互差0.4mm7）垂直角观测应与边长观测采用同样的仪器高和目标高。8）高差及高程均取至0.1mm。计算高差时取本测站一个时段经气象及常数改正后的边长观测值（须投影到测站和镜站平均高程面）进行计算。

第五十八页，共114页。第五十八页，共114页。（3）边长测量1）每次观测时，测前、测后应分别在仪器站和棱镜站读取温度、气压、湿度。2）观测时需量取仪器高和棱镜高，量高采用专用卡尺，读至0.1mm。全站仪仪器高二次量取应分别量测观测墩底座水准点处的底座面及其对角侧底座面至仪器中心高程面的垂直距离，读至0.1mm，二次读数之差应小于0.4mm，此距离应扣除对角侧底座面与底座中心面的高差，棱镜高二次量取应分别量测观测墩底座一侧中心面及其对角底座中心面至棱镜中心高程面的垂直距离。边长观测应与垂直角观测采用同样的仪器高和目标高。3）边长观测时将仪器设定为不进行气象改正（设置ATM＝0。如各参数设置成标准值，此时ppmtotal＝0），记录观测边长（斜距）再进行气象改正和常数改正计算（包括加常数、乘常数、周期误差、气象等改正）。4）改正后的边长用三角高程网平差后（或精密水准）的高程进行改平。5）改平后的边长投影至该测区平均高程面。6）每条边需要对向观测，每单向边需分两个时段观测，每单向一个时段观测二测回，一测回读数四次。7）边长读数至0.1mm，计算至0.01mm。温度读至0.1℃，气压读至0.1hpa（毫巴）。8）观测边长超限时，除明显的单向一时段超限可补测外，需重测该边长的所有观测值。9）边长观测时间段的划分：上午、下午、夜间各为一个时间段，可选择两个时段。10）边长观测限差如表1-34（S以km计）。第五十九页，共114页。第五十九页，共114页。（4）水准测量参见1.4精密水准测量。（5）资料整理1）观测资料应附上观测期间气象情况及大坝水位情况。2）按照规范要求进行外业测量成果的验算。参见1.5及1.18。3）提交全部的闭合差（自由项）计算资料并进行外业成果的检查验收。4）分析计算本次观测结果。5）编写技术总结，对本次观测及现有观测网进行评价。6）提交全面的技术性报告和所有资料。第六十页，共114页。第六十页，共114页。边角网观测外业成果的记录、整理、验算及上交

1.18.1记录方式与要求（1）记录方式按记录载体分为电子记录和手簿记录两种方式，边角测量优先采用电子记录，在不宜电子记录的特殊地区亦可采用手簿记录。（2）记录项目a.每一三角点应记载测站名称、等级，觇标类型。水平角观测照准点栏，测角法观测时每测回只记录方向号，照准目标；方向观测时每点第一测回应记录所观测的方向号、点名和照准目标。其与测回及方向号。b.每一观测时间段须记录观测日期、时间（北京时间）、天气、成像，风力风向。c.每方向须记录方向观测值。d.距离测量中，每测回要记全数一次，厘米和厘米以下数值不得更改。米和分米读数，在同一距离的往返测量中，只能更改一次。每次距离测量须记录气象元素读数值。（3）手簿记录要求a.一切外业观测值和记事项目，记录的文字与数字力求清晰，整洁，不得潦草模糊。b.手簿中任何原始记录不得涂擦，对原始记录有错误的数字与文字，应仔细核对后以单线划去，在其上方填写更正的数字与文字，并在备考栏内注明原因。对作废的记录，亦可用单线划去，并注明原因及重测结果记于何处。重测记录应加注“重测”二字。c.边角测量记录与计算的小数取位要求参照表1-36执行。表1-36边角测量记录与计算的小数取位项目及等级读数一测回中数记簿计算水平角一、二等0″.10″.010″.01三、四等1″0″.10″.1垂直角1″1″1″距离0.1mm0.01mm0.01mm注：用J07、J1型仪器观测垂直角和三、四等三角点水平角时，读数和计算均至0″.1。电子记录参照CH/T2004《测量外业电子记录基本规定》和CH/T2005《三角测量电子记录规定》执行。在距离测量电子记录中，每次距离测量的数据输出（打印）中应有：时间、网点名（地名）、往返测号、仪器型号及编号、高差、原始距离读数、气象元素读数值、最后的斜距和平距等项目。（4）观测记录整理和检查观测工作结束后应及时整理和检查外业观测手簿，检查手簿中所有计算是否正确、观测成果是否满足各项限差要求。确认观测成果全部符合规范规定之后，方可进行计算。第六十一页，共114页。第六十一页，共114页。1.18.2三角测量成果的验算项目及限差测站观测工作结束之后，应及时整理和检查外业观测手薄。检查内容包括手薄中的所有计算是否正确；观测成果是否满足各项测站限差要求。测站观测成果的内符合精度，只能部分地反映出观测质量。几何条件的检查，是衡量作业质量的主要标准。因此，每完成一期作业后，必须进行验算。三角测量验算的项目有：a.计算三角形闭合差、测角中误差。b.计算极条件、基线条件、方位角条件自由项（闭合差）及三角高程高差。第六十二页，共114页。第六十二页，共114页。（1）三角形闭合差、测角中误差计算第六十三页，共114页。第六十三页，共114页。第六十四页，共114页。第六十四页，共114页。（2）极条件自由项及限差计算第六十五页，共114页。第六十五页，共114页。第六十六页，共114页。第六十六页，共114页。第六十七页，共114页。第六十七页，共114页。第六十八页，共114页。第六十八页，共114页。（3）基线（起算边）条件自由项及限差计算

见教材P149

（4）方位角条件自由项及限差计算

见教材P150

（5）三角高程测量验算的项目与限差

见教材151（6）几何条件自由项超限时的误差分析如果某些条件的自由项（闭合差）超限，说明观测成果存在着较大的误差。这时首先应检查是否算错或抄错数据，然后才对观测成果进行分析、研究、找出产生较大误差的原因，进而找出误差较大的测站，以便及时进行返工重测。第六十九页，共114页。第六十九页，共114页。1）三角形闭合差超限的误差分析

若同一边的两侧三角形闭合差，一个为正值，另一个为负值，而且都接近或超过限差。则可认为这种情况是由于这条边的方向存在着较大误差。但要进一步分析究竟是这条边哪个点观测方向有问题，可分别以该点为极计算中点多边形极条件自由项。一般情况下中点多边形极条件自由项较小的极点上观测值可能有较大的误差。这是因为计算极条件自由项时，极点上的各角不参与计算，这些角即使有错，对极条件自由项毫