摘 要：文章基于智能全站儀的測(cè)量原理，采用誤差傳播定律推導(dǎo)了全站儀測(cè)量撓度的精度表達(dá)式，擬合出中誤差與測(cè)量角度及測(cè)量距離的關(guān)系曲線，確定了不同角度及距離的測(cè)量精度范圍，并結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用，將該方法與精密水準(zhǔn)儀測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較分析，驗(yàn)證了該方法在大跨徑橋梁荷載試驗(yàn)中完全滿足測(cè)試要求。

　　關(guān)鍵詞：智能全站儀;大跨徑橋梁;荷載試驗(yàn);精度

　　1 TS30智能全站儀特點(diǎn)

　　2009年徠卡測(cè)量公司推出TS30全站儀，是一款替代TCA2003的高精度智能型測(cè)量機(jī)器人。與以前同類產(chǎn)品或同期其他公司的產(chǎn)品相比，TS30具 有 以下幾大優(yōu)勢(shì)：(1)高精度，測(cè)角精度：±0.5″，有棱鏡工作，測(cè)距精度：0.6mm+1PPM。(2)轉(zhuǎn)速快，基于壓電陶瓷的直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)，可提高轉(zhuǎn)速，儀器最大轉(zhuǎn)速為180°/s，盤左盤右切換≤3s，大大節(jié)省測(cè)量時(shí)間。(3)高智能目標(biāo)識(shí)別能力，儀器自帶的 ATR 智能照 準(zhǔn) 識(shí) 別 系 統(tǒng)，其自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別距 離最大可達(dá)1000m。(4)超 級(jí) 搜 索 (PowerSearch)功 能 (簡(jiǎn) 稱：PS 技術(shù))，PS技術(shù)可實(shí)現(xiàn)在360°范圍內(nèi)對(duì)測(cè)量目標(biāo)進(jìn)行快速自動(dòng)地搜 索，配 合 ATR 智能照準(zhǔn)識(shí)別系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)精確測(cè)量。基于上述功能，配合專門開發(fā)的機(jī)載軟件，TS30全站儀可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量，是一種精確、高效的測(cè)量設(shè)備。

　　2 測(cè)量原理

　　采用TS30全站儀測(cè)試橋梁荷載試驗(yàn)撓度，準(zhǔn)備工作需將目標(biāo)棱鏡安裝在事先計(jì)劃好的測(cè)點(diǎn)位置處。再確定測(cè)站點(diǎn)，條件允許的情況下宜盡量將儀器置于橋梁外穩(wěn)固處，如不滿足條件可將儀器置于墩頂處橋面上。為保證精度要求，應(yīng)確保測(cè)站與棱鏡位置盡量接近，且豎直角盡量小。為檢驗(yàn)儀器是否穩(wěn)定需設(shè)置后視點(diǎn)，后視點(diǎn)宜布置在橋跨外的穩(wěn)定位置處。試驗(yàn)開始后，全站儀觀測(cè)加載前高差 ha，加載后高差hb，目標(biāo)點(diǎn)的撓度值公式為： ω=hb-ha (1)每次高差測(cè)試值公式為：ha=La·sinαa+ia-va+1-Ka2R ·D2a (2)hb=Lb·sinαb+ib-vb+1-Kb2R ·D2b (3)式中：La、Lb ———儀器距目標(biāo)的斜距;Da、Db ———儀器距目標(biāo)的平距; αa、αb ———儀器距目標(biāo)的豎直角;ia、ib ———儀器高;va、vb ———棱鏡高;Ka、Kb ———大氣折光系數(shù);　　R ———地球曲率半徑。荷載試驗(yàn)過程儀器和棱鏡固定，且每工況持續(xù)時(shí)間一般在20min以 內(nèi)，故 可 認(rèn) 為：ia =ib，va =vb，La=Lb=L，Da=Db=D，Ka=Kb=K，則有： ω=hb-ha=L·(sinαb-sinαa) (4)根據(jù)(4)式可計(jì)算的荷載試驗(yàn)過程目標(biāo)點(diǎn)的撓度值，上述計(jì)算可由儀器自帶程序自行完成。

　　3 精度分析

　　對(duì)式(4)進(jìn)行全微 分，利用誤差傳播定律可得撓度中誤差，見下式：m2 ω=2sin2 α×m2L+2D2 ρ 2 ×m2 α (5)式中：mω———撓度中誤差;mL、mα———測(cè)距及 角 度 中 誤 差，考 慮 加 載 前 后觀測(cè)條件穩(wěn)定，儀器以及棱鏡固定不動(dòng)，故該兩中誤差每 次 測(cè) 量 均 相 等。TS30 全站儀測(cè)距精度 mL =0.6mm+1PPM，測(cè) 角 精 度 mα =±0.5″。根 據(jù) 公 式(5)計(jì)算不同距離和豎直角情況下?lián)隙扔^測(cè)的精度估算值，見表1。

　　撓度中誤差與豎直角的關(guān)系曲線如圖1所 示。由圖可知中誤差隨水平距離及豎直角增大而增大，測(cè)量距離越短豎直角影響越大，隨測(cè)量距離增大豎直角的影響越小。

　　撓度中誤差與水平距離的關(guān)系曲線如圖2所示。測(cè)站點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)距離增大時(shí)，中誤差增長(zhǎng)明顯。當(dāng)豎直角在25°以內(nèi)，水平距離在250m以內(nèi)時(shí)，撓 度 測(cè) 量值中誤差優(yōu)于±1mm。

　　4 工程應(yīng)用

　　廣西南寧市葫蘆頂大橋位于南寧市東南邊，是跨越邕江的一座預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋。 該 橋 全 長(zhǎng)1127.8m，其中，主橋長(zhǎng)480m，跨徑組合：(125+230+125)m。為檢驗(yàn)橋梁實(shí)際承載能力，對(duì)該橋進(jìn)行了靜載試驗(yàn)。主 橋 撓 度 測(cè) 試 采 用 TS30智 能 全 站 儀 測(cè)試，并在關(guān)鍵的邊、中跨跨中點(diǎn)采用精密水準(zhǔn)儀(DINI03型)進(jìn)行輔助測(cè)量，測(cè)點(diǎn)布置情況如圖3所示。

　　本次試驗(yàn)在夜間進(jìn)行，利用 TS30智能全站儀多測(cè)回自動(dòng)測(cè)量功能，大大提高了試驗(yàn)效率，整個(gè)試驗(yàn)持續(xù)6h，完成全橋8個(gè)工況的靜載試驗(yàn)。

　　(1)全站儀與水準(zhǔn)儀測(cè)量值比較將主橋邊、中跨主要工況滿載時(shí)各測(cè)點(diǎn)彈性撓度值與理論值進(jìn)行比較，見表2。

　　由表2可知：同工況同測(cè)點(diǎn)采用全站儀測(cè)量撓度值與精密水準(zhǔn)儀測(cè)量撓度的差值絕對(duì)值<0.21mm，相對(duì)誤差<2.91%，兩 者 非 常 接 近，可判斷測(cè)試結(jié)果的有效性，同時(shí)也說明采用 TS30智能全站儀測(cè)量橋梁試驗(yàn)撓度的可靠性。

　　(2)測(cè)試結(jié)果與理論值進(jìn)行比較將主橋邊、中跨主要工況滿載時(shí)各測(cè)點(diǎn)彈性撓度值與理論值 進(jìn) 行 比 較，其 撓 曲 線 見 圖4～5。主 橋 撓度校驗(yàn)系數(shù) 在0.72～0.84間，對(duì)應(yīng)的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.45～0.74間，可評(píng)定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度均滿足規(guī)范[2]要求。

　　5 結(jié)語

　　(1)對(duì)于大跨徑或高落差的橋梁采用智能全站儀測(cè)試撓度是可行的，其精度滿足試驗(yàn)要求。(2)TS30智能型全站儀具有的自動(dòng)搜索及自 動(dòng)多測(cè)回測(cè)量功能，可大大提高測(cè)試精度及效率，對(duì)時(shí)間要求緊迫的橋梁荷載試驗(yàn)有較好的適用性。(3)全站儀采用紅外光束照準(zhǔn)目標(biāo)，夜 間 無 需 照明可正常工作，避免了精密水準(zhǔn)儀夜間工作困難的問題。夜間氣溫穩(wěn)定，亦可避開強(qiáng)光干擾，建 議 荷 載 試驗(yàn)均選擇夜間進(jìn)行。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]余加勇，彭旺虎，朱建軍，等.測(cè)量機(jī)器人在大跨徑橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用研究[J].中南公路工程，2007(6)：33.

　　[2]JTG/TJ21-2011，公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程[S].

　　《智能全站儀在大跨徑橋梁荷載試驗(yàn)中的應(yīng)用》來源：《西部交通科技》，作者：毛建平，周小冬，覃樂勤。

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