智能全站仪自动化监测系统在深基坑工程中的误差分析

引言

近年来，随着城市化进程的加速推进，高层建筑与地下空间开发日益深入，深基坑工程的规模和数量急剧增加。深基坑工程具有临时性、区域性、综合性等特点，其施工过程中土体应力场与位移场的变化复杂，易引发基坑坍塌、周边建筑物沉降变形等工程事故，严重威胁施工安全与周边环境稳定。因此，对深基坑进行实时、高精度的监测，及时掌握基坑及周边环境的变形情况，已成为保障深基坑工程安全施工的关键环节。

一、智能全站仪自动化监测系统误差来源分析

1.1 仪器设备误差

来自仪器的系统误差包括仪器的测角误差、测距误差。由于全站仪测量角度受轴系误差的影响，轴系误差是仪器轴系在加工、装配过程中带来的误差，使得角度测量带有误差。还受度盘刻划误差的影响，度盘在制作过程中有一定的制造误差，度盘刻划不均一造成角度测量不准确。在全站仪测距过程中受光电测距误差、加常数和乘常数误差的影响。光电测距误差与光电信号的传递在仪器内具有一定的误差，如传递的时间、受电磁波和镜片透射特性影响的信号接收误差等。加常数误差主要是仪器和棱镜的常数不准造成的固定误差。由于测量中的测距信号频率稳定性不好造成的误差就是乘常数误差。

1.2 测量环境误差

深基坑测量施工现场环境因素也是产生误差的一个方面。大气折光对测量光线传播轨道的影响很明显，水平折光的影响因素是施工现场周围建筑物、地貌起伏等对光线在水平方向弯折产生的测量角度偏移；垂直折光与大气垂直方向分布不均匀有关，特别是在遇到急剧的温度变化时，光线在垂直方向的折光引起垂直角测量和距离测得的变化。

1.3 测量方法与数据处理误差

误差产生的原因，主要由于测量的方法不正确。在深基坑监测中常用的测量方法有后方交会法、极坐标法等，每种测量方法各有利弊。如果布置的基准点网形不科学，如基准点过于稀疏、分布不合理等情况，就会引起误差积累。在特殊地形条件下，特别是在施工附近环境有较大的变化的情况下，如果选择的基准点不科学，就会极大地造成测量时方向的误差。数据处理也会出现一定的误差，数据的平差通常是常用的数据处理方法，如最小二乘法，在平差模型中如果选择不合理，不能很好地符合被测量数据的误差特性就会对平差结果带来较大的影响。剔除粗差不完全，将错误的数据进入计算，也直接影响基坑监测结果的准确性。

二、误差对深基坑监测结果的影响分析

2.1 对位移监测结果的影响

不同误差将引起不同的深基坑监测水平位移和垂直位移结果误差，仪器设备误差将影响位移计算结果的水平位移方向和大小，如全站仪测角误差引起的计算水平位移大小和方向差异；而测距误差会造成两点间距发生改变，从而引起垂直位移计算结果误差。测量环境误差的误差（如大气折光和温度变化）将导致光线的传播路径的改变引起测量角度和距离数据的畸变，从而造成位移监测结果不准确，如果误差过大将导致对基坑位移趋势判断错误而不能及时发现基坑变形异常现象，耽误时间而不能及时报警。

2.2 对沉降监测结果的影响

测量误差影响沉降监测成果质量，受测量环境温度的波动影响，棱镜和全站仪的微量变形会影响高程测量精度，计算出的沉降量不准确；仪器设备误差中的测距误差会在高程传递测量中累积，影响沉降监测成果数据的准确性；数据处理误差中，若不能准确处理测量数据中的粗差和系统误差，就会产生沉降曲线异常变化，对基坑周边建筑物沉降趋势判断出现问题，不能充分低估或者高估沉降风险，影响对周边环境的安全影响程度的评估。

2.3 对基坑稳定性评估的影响

由于位移和沉降监测数据直接影响着基坑整体的稳定性分析，误差的存在会对基坑整体的稳定作出误判，当位移和沉降监测数据发生误差时会导致对基坑支护结构受力状态及变形趋势进行错误的判断，从而造成不必要的工程处理。或者没有及时剔除误差，没有发现实质性的变形异常数据而错过基坑加固加固时机，造成基坑坍塌等工程事故的发生，严重威胁工程安全及周边的安全。

三、误差控制方法与措施

3.1 仪器设备优化与校准

选择高精度、精度稳定的全站仪、棱镜和智能监测单元，才能使误差处于较低的水平。使用前对全站仪进行全面的校验，如对测角的校验、测距的校验和轴系校验等，使用专业校验设备和手段对仪器内部的参数进行调整，提高全站仪测角精度和测距精度等。定期对棱镜进行校检和维修，检测棱镜是否安装精度够高，对出现的问题及时调整，偏心的或倾斜的立即纠正。将气象传感器等相关设备进行校验，保证收集到的温度、湿度、气压等数据准确无误，才能为测量数据的校准提供正确的数据依据。

3.2 测量环境改善与误差修正

对于测量环境误差，需要进行有效的改善与修正。合理安排检测时间，尽量避免高温、大风、暴雨的恶劣气象，减弱大气折光和温度变化对测量的影响。现场进行防风、减震基座、防风棚等防止外力干扰的设施安装工作，减弱外界震动的干扰。并且构造大气折光、温度误差修正模型，进行实时的气象数据采集工作，根据误差修正模型计算误差修正量，对测量数据进行实时矫正。比如利用气象传感器收集的温度数据和气压数据，结合大气折光理论的计算公式，计算光程传播路径的修正量，提升测量数据精度。

3.3 测量方法优化与数据处理改进

结合深基坑特点及现场实际情况，改进测量方法。优化基准点及监测点的布设，科学合理地布设基准点网形，提高测量定向精度和可靠性。利用不同的测量方法进行相互比对，如利用后方交会法和极坐标法两种方法进行测量，对比测量数据结果，减小测量误差带来的影响。数据处理上选取合适的数据平差模型，充分考虑测量数据中的误差特性，提高平差结果的可靠性。认真做好粗差的剔除，采用稳健估计法等方法剔除测量数据中的粗差。采用合适的科学的统计数据的分析方法，准确计算监测数据的相关特征参数，为评估基坑工程稳定性提供较可靠的依据。

结语

智能全站仪自动化监测系统在深基坑工程监测中发挥着重要作用，但误差问题不容忽视。通过对误差来源的深入分析，明确了仪器设备、测量环境、测量方法与数据处理等方面的误差成因；探讨了误差对位移、沉降监测结果及基坑稳定性评估的影响；并针对性地提出了一系列误差控制方法与措施。在实际工程应用中，应综合运用这些方法，最大限度降低误差影响，提高监测数据的准确性和可靠性，为深基坑工程安全施工和周边环境稳定提供有力保障。

参考文献

[1] 李 湧 . 深 基 坑 全 站 仪 自 动 化 监 测 系 统 设 计 研 究 [J]. 地 矿 测绘 ,2024,40(03):41-46.

[2] 张昕 . 基于智能全站仪的自动化监测系统 [J]. 机械工程与自动化 ,2022,(06):218-219.

[3] 赵建华 . 深基坑支护施工技术在建筑工程中的应用 [J]. 工程技术研究 ,2020,5(07):56-57.