全站仪在烟囱工程中的应用样本.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。毕业设计( 论文) 学 生 姓 名: 王兆海学 号: 专 业: 工程测量技术系 部: 资源科学系设计(论文)题目: 全站仪在烟囱工程中的应用指 导 教 师:方露 05 月 06 日摘要: 鉴于全站仪具有方便快捷、 测量精度高、 内存量大、 结构造型精美合理的特点, 本文就全站仪在高空工程中的应用进行探讨, 并得出结论。关键词: 全站仪 烟囱 变形观测目录1、 引言.12、 全站仪的概述.12.1全站仪的概念12.2全站仪的基本组成12.3全站仪的基本测量功能.12.3.1距离测量12.3.2角度测量12.4全站仪的使用23、 烟囱的基本知识.44全站仪在烟囱施定位放线中的应用54.1烟囱的定位54.2、 烟囱的放线.55、 全站仪与烟囱变形监测55.1变形监测概述55.2全站仪变形监测方法65.2.1静态变形监测方法65.2.2动态变形监测方法65.2.3全站仪在烟囱的具体应用.66总结.91、 引言近年来, 随着现代化城市的发展, 烟囱日益增多。其特点在于; 高度大, 受场地限制。烟囱结构多为框架式, 施工常见滑模工艺, 这就需要比较高的施工测量精度, 特别要控制垂直度偏差。而测绘仪器设备由过去的光学经纬仪, 逐渐过渡到半站仪, 以至到现在的全站仪。全站仪测图主要的工作过程主要有: 数据采集、 数据处理、 图形编辑和图形输出。全站仪是一种集光、 机电为一体的高技术测量仪器, 是集水平角、 垂直角、 距离( 斜距、 平距) 、 高差测量功能与一体的测绘仪器系统。随着仪器设备不断的创新, 工作效率不断提高, 同时我们对全站仪在高空中的应用提出了更高的要求。2、 全站仪的概述2.1全站仪的概念仪器在一个测站点能快速进行三维坐标测量、 定位和自动数据采集、 处理、 存储等工作, 较完善地实现了测量和数据处理过程的电子化和一体化, 因此称为”全站型电子速测仪”, 一般又称为”电子全站仪”或简称”全站仪”。2.2全站仪的基本组成全站型电子速测仪是由电子测角、 电子测距、 电子计算和数据存储系统等组成, 它本身就是一个带有特殊功能的计算机控制系统, 其微处理装置由微处理器、 存储器、 输入部分和输出部分组成。从总体上看, 全站仪有下列两大部分组成: 1、 为采集数据而设置的专用设备: 主要有电子测角系统、 电子测距系统、 数据存储系统, 还有自动补偿设备等。 2、 过程控制机: 主要用于有序地实现上述每一专用设备的功能。过程控制机包括与测量数据相联接的外围设备及进行计算、 产生指令的微处理机。只有上面两大部分有机结合, 才能真正地体现”全站”功能, 即既要自动完成数据采集, 又要自动处理数据和控制整个测量过程。2.3全站仪的基本测量功能2.3.1距离测量 1、 全站仪测距原理即电磁波测距原理它是用电磁波作为载波, 经调制后由测线一端发射出去, 由另一端反射或转送回来 , 测定发射波与回波相隔的时间, 以测量距离的方法。按照测定时间的方法, 电磁波测距仪主要分为脉冲式测距仪和相位式测距仪。脉冲测距就是直接测定仪器所发射的脉冲信号往返于被测距离的传播时间, 从而得到待测距离。相位式测距就是经过测量连续 的调制信号在待测距离上往返传播产生的相位变化间接测定传播时间, 从而求得被测距离。2、 全站仪无棱镜测距原理无棱镜测距又称为无接触测距, 是指全站仪发射的光束经过自然表面反射后直接测距。它在特殊点或危险点的测量中有着广泛的作用, 不但使作业强度和危险性大大降低, 而且对被测量目标有一定的保护作用。2.3.2角度测量 水平角: 是指地面上两相交直线之间的夹角在水平面上的投影, 或者说水平角是过两条方向线的铅垂面所夹的两面角。 如图, 角就是从地面点B到目标点A、 C所形成水平角, B点也称为测站点。水平角的角值范围在0°360°内。若在B点的上方水平安置一个有分划( 或者说有刻度) 的圆盘, 圆盘的中心刚好在过B点的铅垂线上。然后在圆盘的上方安装一个望远镜, 望远镜能够在水平面内和铅垂面内旋转, 这样就能够瞄准不同方向和不同高度的目标。当望远镜瞄准A点的时候, 指标就指向水平圆盘上的分划a, 当望远镜瞄准C点的时候, 指标就指向水平圆盘上的分划c, 假如圆盘的分划是顺时针的, 则水平角 竖直角: 同一竖直面内倾斜视线与水平线的夹角。其角值范围在0°±90°, 倾斜视线在水平视线的上方为仰角, 取正号, 在水平视线的下方的为俯角, 取负号。2.4全站仪的使用 全站仪具有角度测量、 距离(斜距、 平距、 高差)测量、 三维坐标测量、 导线测量、 交会定点测量和放样测量等多种用途。内置专用软件后, 功能还可进一步拓展。 全站仪的基本操作与使用方法 : 水平角测量( 1) 按角度测量键, 使全站仪处于角度测量模式, 照准第一个目标A。 ( 2) 设置A方向的水平度盘读数为0°0000。 ( 3) 照准第二个目标B, 此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角。 距离测量( 1) 设置棱镜常数 测距前须将棱镜常数输入仪器中, 仪器会自动对所测距离进行改正。 ( 2) 设置大气改正值或气温、 气压值 光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化, 15和760mmHg是仪器设置的一个标准值, 此时的大气改正为0ppm。实测时, 可输入温度和气压值, 全站仪会自动计算大气改正值( 也可直接输入大气改正值) , 并对测距结果进行改正。 ( 3) 量仪器高、 棱镜高并输入全站仪。 ( 4) 距离测量 照准目标棱镜中心, 按测距键, 距离测量开始, 测距完成时显示斜距、 平距、 高差。 全站仪的测距模式有精测模式、 跟踪模式、 粗测模式三种。精测模式是最常见的测距模式, 测量时间约2.5S, 最小显示单位1mm; 跟踪模式, 常见于跟踪移动目标或放样时连续测距, 最小显示一般为1cm, 每次测距时间约0.3S; 粗测模式, 测量时间约0.7S, 最小显示单位1cm或1mm。在距离测量或坐标测量时, 可按测距模式( MODE) 键选择不同的测距模式。 应注意, 有些型号的全站仪在距离测量时不能设定仪器高和棱镜高, 显示的高差值是全站仪横轴中心与棱镜中心的高差。 坐标测量 ( 1) 设定测站点的三维坐标。 ( 2) 设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。当设定后视点的坐标时, 全站仪会自动计算后视方向的方位角, 并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。 ( 3) 设置棱镜常数。 ( 4) 设置大气改正值或气温、 气压值。 ( 5) 量仪器高、 棱镜高并输入全站仪。 ( 6) 照准目标棱镜, 按坐标测量键, 全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标全站仪的数据通讯全站仪的数据通讯是指全站仪与电子计算机之间进行的双向数据交换。全站仪与计算机之间的数据通讯的方式主要有两种, 一种是利用全站仪配置的PCMCIA( personal computer memory card internation association,个人计算机存储卡国际协会, 简称PC卡, 也称存储卡) 卡进行数字通讯, 特点是通用性强, 各种电子产品间均可互换使用; 另一种是利用全站仪的通讯接口, 经过电缆进行数据传输。 全站仪盘左盘右区分方法全站仪仪器的盘左和盘右, 实际上沿用老式光学经纬仪的称谓。是根据竖盘相对观测人员所处的位置而言的, 观测时当竖盘在观测人员的左侧时称为盘左, 反之称为盘右。相对盘左和盘右而言也有称为正镜和倒镜, 以及F1(FACE1)面和F2(FACE2)面的。 对于测量来讲, 若正、 反(盘左、 盘右)测量后, 经过测量方法有可消除某些人为误差以及固定误差的作用。对于可定义盘左和盘右称谓的仪器而言, 给用户增加了应用仪器的可选操作界面, 对测量作业和测量结果没有影响。 另外, 对于靠角度确认盘左和盘右可能存在某些错觉, 例如某些连接陀螺仪的全站仪或者经纬仪, 在确定盘左和盘右时显示的不一定是对应。就是说相对180度角度数值而已往小向转不一定是盘左。反正, 用户记住两者的差值即可。仪器也是自动求算的, 对工程测量结果没有影响。 全站仪整平以及气泡校正正确调平仪器的方法: (1)架设: 将仪器架设到稳固的三脚架上, 旋紧中心螺旋。 (2)粗平: 看圆气泡(精度相对较低, 一般为1分), 分别旋转仪器的3个脚螺旋将仪器大致整平。 (3)精平: 使仪器照准部上的管状水准器(或者称长气泡管)平行于住意一对脚螺旋, 旋转两脚螺旋使气泡居中(最好采用左拇指法, 即左右手同时转动两个脚螺旋, 而且两拇指移动方向相向, 左手大拇指方向与气泡管气泡移动方向相同。); 然后, 将照准部旋转90°, 旋转另外一个脚螺旋使长气泡管气泡居中。 (4)检验: 将仪器照准部再旋转90°, 若长气泡管气泡仍居中, 表示已经整平; 若有偏差, 请重复步骤(3)。正常情况下重复12次就会好了。 3、 烟囱的基本知识烟囱是指将烟气导向高空的管状建筑物。烟囱的主要作用是拔火拔烟, 排走烟气, 改进燃烧条件。高层建筑内部一般设置数量不等的楼梯间、 排风道、 送风道、 排烟道、 电梯井及管道井等竖向井道, 当室内温度高于室外温度时, 室内热空气因密度小, 便沿着这些垂直通道自然上升, 透过门窗缝隙及各种孔洞从高层部分渗出, 室外冷空气因密度大, 由低层渗入补充, 这就形成烟囱效应。烟囱一般有砖烟囱、 钢筋混凝土烟囱和钢烟囱三类。4全站仪在烟囱施定位放线中的应用4.1烟囱的定位烟囱定位主要是定出基础中心位置, 如图所示 定位方法如下: (1) 首先按照设计要求, 利用与施工场地已有控制点或建筑物的尺寸关系, 在地面上测设出烟囱的中心位置O, 即中心桩。(2) 在O点安置全站仪, 在施工厂区外围任意位置一点A作为后视点, 同时在视线方向上定出a点, 倒转望远镜, 经过盘坐、 盘右分别定出b和B; 然后, 顺时针测设90°, 定出d和D点, 再倒转望远镜, 定出c和C点, 得到两条相互垂直的定位轴线AB和CD。(3) 作为永久定位控制桩的A、 B、 C、 D四点, 至O点的距离为烟囱高度的1 1.5倍 。a、 b、 c、 d是施工定位桩, 用于修坡和确定基础中心, 应设置在靠近烟囱而不影响桩位稳固的地方。4.2、 烟囱的放线 定出烟囱或水塔的中心点O后, 以O为圆心, R=r+b为半径( r为烟囱或水塔底部半径, b为基坑的放坡宽度) , 在地面上画圆, 撒出灰线, 标明基坑开挖范围。5、 全站仪与烟囱变形监测5.1变形监测概述 变形监测是利用测量仪器及其它专用仪器和方法对设置在变形体上的观测点进行周期性地重复观测, 求得观测点各周期相对于首期的点位或高程的变化量, 并最终确定各种荷载和外力的作用下, 变形体的形状、 大小及位置变化的空间状态和时间特征。变形监测又称变形测量或变形观测, 它包括全球性的变形观测、 区域性的变形观测和工程的变形观测。 变形体用一定数量的有代表性的位于变形体上的离散点( 称监测点或目标点) 来代表。监测点的变化可描述变形体的变形。 变形分两类: 变形体自身的变形和变形体的刚体位移。变形体自身的变形包括: 伸缩、 错动、 弯曲和扭转四种变形, 而刚体位移含整体位移、 整体转动、 整体升降和整体倾斜四种变形。变形监测分静态变形和动态变形观测, 静态变形经过周期测量得到, 动态变形经过持续监测得到。5.2全站仪变形监测方法5.2.1静态变形监测方法 静态变形监测是经过对变形体上的变形点进行周期性测量, 以得到各周期相对于竣工状态的变化情况。 由于全站仪既能测角又能测距, 因此广泛应用与桥梁、 基坑、 烟囱等变形体的变形观测。采用的方法一般有前方交会法、 后方交会法、 自由设站法等。由于全站仪测角测距有多余观测, 能够采用严密的平差方法计算待定点的坐标。5.2.2动态变形监测方法 动态变形指在外力( 如风、 阳光) 作用下产生的变形, 它是以外力为函数表示的, 动态变形监测是对布置在变形体上的变形点持续监测, 是在建筑物正常运营的状态下进行的实时监控。 动态变形监测需要用带有马达驱动的智能型全站仪, 又称为测量机器人, 测量机器人是一种能代替人进行自动搜索、 跟踪、 辨别和精确照准目标并获取角度、 距离、 三维坐标记忆影像等信息的智能型全站仪。它是在传统全站仪的基础上集成步进马达、 CCD影像传感器构成的视频成像系统并配置智能化的控制及应用软件发展而成的。成果表面, 基于测量机器人的变形监测具有高效、 全自动、 准确、 实时性强、 结构简单、 操作简便等特点, 特别适用于小区域( 约1 km²) 全自动无人值守的变形监测。5.2.3全站仪在烟囱的具体应用华能玉环电厂的烟囱有二个, 高220米, 底部外径31米。属一级施工等级。象此类超高建筑物的特点是: 建筑物高大、 重心高、 层数多、 基础深, 因此变形工作的作用也特别显著。变形方案我们从以下几各方面考虑: 1. 监测项目: 一般烟囱需要进行建筑物自身的沉降观测, 倾斜观测、 挠度观测, 还应进行顶部位移观测, 以及风振观测。看情况选择和条件选择观测项目。2. 周期的选择: 变形观测的首期观测时间, 必须要及时进行, 否则得不到初始数据。其它各阶段的复测, 能够定为一个月观测一次或大概施工高度15-20米观测一次。这样基本从施工开始到结束每个月观测一次, 到施工结束, 建筑物基本完成60%的沉降量, 以后第一年能够安排四次, 再以后能够安排每年一次。中间不能漏测, 这样才能得到准确的变形量及其变化情况。3. 精度的选择: 变形测量的精度要求很高。国际测绘工作者联合会( FIG) 第十三会议( 1971年) 工程测量组的讨论中, 提出如果变形测量的目的是为使变形值的数值面确保建筑物的安全, 测其观测的中误差应小于变形值的1/101/20,如果观测的目的是为了研究变形过程, 测其中误差应比这个数值小得多。1981年, FIG第16简会议认为: 为实用的目的, 观测的中误差应不超过允许变形值的1/101/20, 或12mm,为科研的目的, 观测的中误差就分别小于允许变形值的1/201/100, 或0.02mm。建筑物变形的等级及精度要求变形测量等级 沉降观测 位移观测 适应范围观测点测站高差中误差( mm) 观测点测站高差中误差( mm) 特级 ±0.05 ±0.3 特高精度要求的特种精密工程和重要科研项目变形观测一级 ±0.15 ±1.0 高精度要求的大型建筑物和科研项目变形观测二级 ±0.50 ±3.0 中等精度要求建筑物和科研项目变形观测; 重要建筑物主体倾斜观测、 场地滑坡观测三级 ±1.50 ±10.0 低精度建筑物, 一般建筑物主体倾斜观测, 场地滑坡观测4. 变形测量点分: 控制点和观测点( 变形点) 。控制点包括基准点, 工作基点以及联系点, 校核点, 定向点。以下是烟囱示意图。5. 观测方案设计总体思路是在烟囱的周围狭窄的空场内部精密型控制网, 用以精确测定烟囱底层中心点的座标; 再在外围以一级导线精密布设外围控制网, 采用小角法测定其它各层中心相对于的位移矢量, 即可计算出中心点座标, 利用位移矢量分析主体扭转, 计算烟囱的垂直度, 利用中心点座标拟合烟囱直径和几何中心。 6. 根据以上方案, 运用现代控制网设计理论对整个方案进行分析, 结果表明, 精密微型控制网对对径俩网点的相对精度小于±1.2mm,小角观测中误差小于±2", 外围一级导线点之间的相对精度小于1/10万, 则用上述方案进行观测, 能够达到预期的精度指标。基础沉陷是利用烟囱建造时埋设在对方向的4个沉陷观测点, 按一级要求, 采用莱卡NA2+GPM3测微器进行观测, 因为测站少, 视线短, 能达到0.15mm的精度要求。采用高精度全站仪莱卡TC1800进行位移观测, 测角中误差1", 测距误差±1mm。采用科傻软件进行平差, 平差后点位中误差小于mm。1. 5提高精度所采取的措施在测站位置选择恰当的情况下, 监测点的精度取决于测距和测角的精度。测距精度表示为: Ad=±(A+B*D)式中A与所测距离长短基本无关的部分, 以mm表示; B为比例误差系数, 以mm/km或10-6为单位; D为所测距离; mD表示1次测距中误差。1. 非比例误差经过利用光电测距仪检定中心严格的室内仪器检定, 监测现场强制对中, 在棱镜也进行定期检查, 使棱镜的比示标记, 和棱镜中心严格一致, 而且和下面对点器一致, 来降低非比例误差A的影响。2. 比例误差的影响( 1) 使用进口的高精度的温度计。( 2) 气压计也是进口的。( 3) 输入气温和气压, TC1800会自动改正测距数值。二, 数据处理1. 观测资料的整理( 1) 校核: 校核各项原始记录, 检查各次变形观测值的计算有否错误;( 2) 填表: 对各种变形值按时间逐点填写观测数值表; ( 3) 绘图: 绘制各种变形过程线, 建筑物变形分布图等。2. 沉降观测中常遇到的问题及其处理曲线如有上下波动, 其原因一般是测量误差所造成的。1号烟囱沉降监测点成果表( 单位: mm)观测日期 观测点号 1 2 3 4第一期 .0102 高程值 4.8815 4.8698 4.8752 4.8773本次沉降 0 0 0 0累计沉降 0 0 0 0观测日期 观测点号 1 2 3 4第二期 .0203 高程值 4.8808 4.8689 4.8731 4.8752本次沉降 -0.7 -0.9 -2.1 -2.1累计沉降 -0.7 -0.9 -2.1 -2.1观测日期 观测点号 1 2 3 4第三期 .0305 高程值 4.8806 4.8693 4.8732 4.8747本次沉降 -0.2 0.4 0.1 -0.5累计沉降 -0.9 -0.5 -2 -2.6观测日期 观测点号 1 2 3 4第四期 .0401 高程值 4.8801 4.8690 4.8730 4.8743本次沉降 -0.5 -0.3 -0.2 -0.4累计沉降 -1.4 -0.8 -2.2 -3观测日期 观测点号 1 2 3 4第五期 .0501 高程值 4.8768 4.8665 4.8703 4.8699本次沉降 -3.3 -2.5 -2.7 -4.4累计沉降 -4.7 -3.3 -4.9 -7.4观测日期 观测点号 1 2 3 4第六期 .0601 高程值 4.8792 4.8674 4.8704 4.8713本次沉降 2.4 0.9 0.1 1.4累计沉降 -2.3 -2.4 -4.8 -6观测日期 观测点号 1 2 3 4第七期 .0701 高程值 4.8784 4.8672 4.8701 4.8702本次沉降 -0.8 -0.2 -0.3 -1.1累计沉降 -3.1 -2.6 -5.1 -7.1观测日期 观测点号 1 2 3 4第八期 .0725 高程值 4.8782 4.8682 4.8702 4.8691本次沉降 -0.2 1 0.1 -1.1累计沉降 -3.3 -1.6 -5 -8.2观测日期 观测点号 1 2 3 4第九期 .0813 高程值 4.8775 4.8667 4.8669 4.8682本次沉降 -0.7 -1.5 -3.3 -0.9累计沉降 -4 -3.1 -8.3 -9.1观测日期 观测点号 1 2 3 4第十期 .0909 高程值 4.8774 4.8666 4.869 4.8681本次沉降 -0.1 -0.1 2.1 -0.1累计沉降 -4.1 -3.2 -6.2 -9.2观测日期 观测点号 1 2 3 4第十一期 .1001 高程值 4.8772 4.8664 4.8689 4.8678本次沉降 -0.2 -0.2 -0.1 -0.3累计沉降 -4.3 -3.4 -6.3 -9.5观测日期 观测点号 1 2 3 4第十二期 .11.01 高程值 4.8762 4.8653 4.868 4.8667本次沉降 -1 -1.1 -0.9 -1.1累计沉降 -5.1 -4.3 -7.1 -10.3回归分析在变形分析中应用是比较广泛的。建筑变形测量规程中规定, 变形分析的”回归分析法”: 应以10个以上周期的长期观测数据为依据, 经过分析所测变形与内因、 外因之间的相关性, 建立荷载变形关系的数学模型。当处理两个变量之间关系时, 可采用一元回归分析;当处理一个变量与多个因子之间的关系时, 应采用逐步回归分析, 经过在回归方程中逐个引入显著因子, 剔除不显著因子, 获得最佳回归方程( 预报方程) 。一元线型方程就是: y=ax+b求得a= 0.4213b=-0.0864相关系数0.7767得到方程:y=-0.4214x-0.0864说明回归方程有效, 预测下个月的累计沉降达到5.14mm。图表能够用Excel处理还是比较方便的, 数据计算也用Excel处理。6总结我不会忘记这难忘的半年的时间。毕业论文的制作给了我难忘的回忆。在我徜徉书海查找资料的日子里, 面对无数书本的罗列, 最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋; 记忆最深的是每一步小小思路实现时那幸福的心情; 看着亲手打出的一字一句, 心里满满的只有喜悦毫无疲惫。这段旅程看似荆棘密布, 实则蕴藏着无尽的宝藏。我从资料的收集中, 掌握了很多与全站仪有关的知识, 让我对我所学过的知识有所巩固和提高, 而且让我对当今全站仪的最新发展技术有所了解。在整个过程中, 我学到了新知识, 增长了见识。在今后的日子里, 我依然要不断地充实自己, 争取在所学领域有所作为脚踏实地, 认真严谨, 实事求是的学习态度, 不怕困难、 坚持不懈、 吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练, 是对我实际能力的一次提升, 也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。在此更要感谢我的导师和专业老师, 是你们的细心指导和关怀, 使我能够顺利的完成毕业论文。在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、 渊博的知识、 无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上, 我不但学到了扎实、 宽广的专业知识, 也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。后记本文得以顺利完成, 非常感谢我的指导教师方露。从论文的选题直到论文的最终完成, 她都给予我尽心尽力的指导。方老严谨的治学态度深深地影响着我, 对我今后的学习, 工作, 生活必将产生影响。借此机会, 特向方老师表示最诚挚的感谢。感谢扬州环境资源职业技术学院的所有领导和老师。她们严谨的学风, 渊博的知识, 诲人不倦的品格一直感染和激励着我不断上进, 使我大学三年的时光充实而有意义, ”海纳百川, 取则行远”, 在这里我所学到的一切, 必将使我受益终生。在本论文的写作中, 我也参照了大量的著作和文章, 许多学者的科研成果及写作思路给了我很大的启发, 在此向这些学者们表示由衷的感谢, 感谢我的家人, 同学, 朋友对我的大力支持, 她们的无私奉献, 关爱和支持使我能够继续去追求自己的人生理想和目标。感谢所有关心, 帮助和支持我的人。参考文献1 何保喜 .全站仪测量技术( 第二版) .郑州: 黄河水利出版社, 2 林乐胜.建筑工程施工测量.北京: 中国建筑工业出版社, 3 伊晓东、 李保平.变形监测技术及应用.郑州: 黄河水利出版社, 4 周建郑.工程测量( 测绘类) (第二版).郑州: 黄河水利出版社,