摘要：本文着重论述了全站仪自由架站法进行精度分析，并分析论证自由架站法完全能满足基坑监测的精度要求. 关键字：全站仪，自由架站，基坑监测 Abstract: this paper focuses on the tachometer free frame stand method to the analysis of the precision and analysis method of free frame can be fully met stand foundation pit monitoring accuracy.
Key word: tachometer, free frame stand, foundation excavation monitor
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：
1引言
目前用于基坑监测的方法很多,如视准线中的测小角法、交会法中的前方交会法、激光准直法等,这些方法都需在基坑周边布设基准点，然后进行架站观测，但是基坑及周边地区均存在变形,因此这些基准点的稳定性是难以保证.然而全站仪自由架站法对基坑进行变形监测则无需固定基点，通过后方交会测算出仪器所在位置的坐标,因此避免了基准点不稳定而引起的监测数据不准确问题.
2常见基坑监测方法比较
2.1视准线测小角法
测小角法是利用精密测角仪器精确地测出基准线与测站点到观测点视线间的微小夹角，通过计算求得偏离值的测量方法,当需要测定变形体某一特定方向线上的的位移时，通常采用测小角度法.
原理：观测某方向上水平位移CC′,在监测区域一定距离以外选定工作基点A，水平位移监测点的布设应与工作基点在一条直线上.在两基准点连线上选择一监测点C.经过一个周期的时间后在C点安置觇牌,用测回法精确测定水平角∠CAC’,根据CC’=δ=△β*D/ρ（式中D为工作基点A至观测点C的水平距离，ρ=206265”）计算水平位移.
由小角法的观测可知,水平角β和距离D是两个相互独立的观测值,根据误差传播定律可得水平位移的观测误差：
（D为工作基点至观测点的水平距离）
水平位移观测误差关系方程,可以分析得出：
在视准线方法在测距误差对水平位移观测误差影响一般情况可以忽略不计.因此在监测时可以采用钢尺等一般方法量取即可满足要求；水平角观测精度是影响水平位移观测精度的主要因素,在监测中应尽量使用高精度测角仪器或适当增加测回数以提高观测度.
2.2前方交会法
交会法是利用两个基准点与变形观测点构成三角形，通过测定这个三角形的边角元素，经过计算进而求得变形观测点的变化量的测量方法.前方交会法是交会法中最为常见的角度交会法,通过测量三角形的两个角度和一个已知边长,利用数学公式计算监测点的坐标,进而达到监测的目的一种方法.其误差方程为：
（D为两已知点的水平距离）
根据上述观测误差关系方程,可以分析得出：前方交会法监测过程中,观测精度与交会角有直接关系,交会角一般是在（60°-120°）之间,最佳交会角度为90°,交会角过大或者过小都会使精度降低.水平角度的观察精度应该有足够精度,可以选择精密测角仪器或增加测回数来提高精度.
2.3极坐标法
极坐标测量法是在极坐标系中进行的，极坐标系是一个二维坐标系统。该坐标系统中的点由一个夹角和一段相对中心点――极点（相当于我们较为熟知的直角坐标系中的原点）的距离来表示,该方法是全站仪坐标测量的实质，通过测量与已知边的夹角和测站点的距离,计算出待定点坐标的过程.
在基坑变形监测中采用该方法是完全可以的并却可以获得监测的点的三维坐标.该方法的测量主要误差方程式：
(D为监测点与工作基点的水平距离)
根据上述观测误差关系方程,可以分析得出：极坐标法基坑监测精度与测角精度和测距精度都有关系并随着监测点与基准点的距离增加而增加.选择精度较高的仪器设备可以大大提高监测精度.
3全站仪自由架站法进行基坑监测
3.1 全站仪自由架站观测原理
全站仪自由架站法是一种以距离和角度同时测量的极坐标法为基础，应用高精度全站仪在基坑附近的方便观测位置建立观测站，从观测站上观测四个或四个以上已知点(或一基准线的两个基准点)及变形监测点的方向和距离，按极坐标法计算出各变形点在以仪器中心为坐标原点的坐标系中的平面坐标，通过坐标变换计算出各变形观测点在国家坐标系下的平面坐标，通过对各点的周期性观测，便可得到各变形观测点的位移变化.
3.2全站仪自由架站观测要点
全站仪的选择：对于基坑变形观测所采用的仪器,首先必须保证全站仪的视准轴与测距仪的发射、接收光轴的三轴同轴性，这样才能确保所解算自由测站点坐标的准确行.其次为满足基坑变形观测的精度要求，全站仪的测角精度应达到±1”,最小读数应达到0.1”；而全站仪的测距精度应达到±1+1ppm或者更高测距精度,最小读数应达到0.1 mm,可以采用全站仪进行l-2个测回观测,这样对于一般基坑的水平位移的观测精度,便可达到0.1mm级,甚至更高级别的精度.若使用测角和测距精度较低的全站仪,要达到0.1mm级的观测精度要求,必须增加测回数,这样就增加了基坑观测的工作量及观测时间.
基准点的选择：为了保证自由架站的观测精度,基线点与设站点之间的距离不应过于悬殊,因此基线点的选择十分重要,一般应选在稳定地区，而且基准点间距不应过大,在100 m左右是比较合适的,而且所选基线应大致与基坑的主轴线平行.观测点的选择为消除观测时的仪器系统误差,在每期观测时自由架站点的位置应大致固定.
3.3全站仪自由架站点精度分析
利用自由架站法确定架站点P的坐标时,实际的观测量是边长和方向值,由于观测中存在仪器误差、观测误差、气象环境误差等误差影响,因此通过控制点原始坐标与变换后的坐标之差来评定P点的精度,计算公式为
3.4基坑监测点的精度评定
通过自由架站得到的架站点坐标后，即可进行基坑监测外业测量--监测点测量工作.利用全站仪测量基坑监测点的坐标测量,计算公式为：
由上述公式可以得出监测点的精度主要受到测角和测距误差的影响，在极坐标法已经进行了简单分析这里不再赘述.但是由于架站点是通过自由架站得到,自由架站所得架站点坐标本身便含有一定误差，因此在精度要求较高的基坑监测时,监测点精度的计算过程中应考虑到架站点的精度影响.
4结语
利用全站仪自由架站法进行基坑监测是一种切实可行的监测方法，对仪器的测角精度与测距精度要求比较高.如果利用TCA2003等智能全站仪进行基坑监测,会大大的降低外业劳动强度,提高外业测量精度,由于仪器设备比较昂贵，会使成本大大增加.作为一般性的基坑监测选择全站仪,利用自由架站法进行基坑监测是可行的,选择高精度仪器测量或者适当增加多余观测数,都可以提高基坑监测的精度.全站仪自由架站法是一个值得推荐和推广的方法.
参考文献
[1]岳建平,田林亚.变形监测技术与应用[M].北京：国防工业出版社，2007:132-137.
[2]李峰,全站仪自由设站法的精度分析[J].现代测绘,2006（5）:19-22.