拓普康索佳：五分钟带你了解测量机器人监测项目如何选择设站方式

我们之前探讨过测量机器人监测项目中的一些减少误差提高监测精度的方法，还探讨过如何判断测量机器人监测项目中的故障问题。上次我们花了“三分钟”介绍了一下测量机器人项目中的供电方式选择，而今天，我们回归测量机器人监测的“第一步”，那就是仪器的设站，及如何选择定向方式。

索佳测量机器人应用在尾矿库监测中

测量机器人自动化监测项目的设站，主要有三个部分需要考虑。分别是：现场坐标系、相对坐标系北方向的选择、以及变形监测成果数据在要求方向上的扭转，我们逐个讨论。

坐标系

在到达一个监测项目现场时，关于设站，我们首先要考虑的是现场是否有已知点，如果存在已知点（一般是基准点），并且设计方案和业主有对应要求，那么就要采用绝对坐标系的坐标进行定向，如果没有，则可根据现场情况，采用相对坐标系定向。

A、绝对坐标系

现场提供已知点坐标，多存在于大坝监测项目、高铁监测项目这种经常进行人工测量或复测的项目。这种情况下，如果仪器直接安装在已知点上，则可以进行后视定向设站，如果仪器观测墩建立在未知点上，则需要进行后方交会设站。

需要注意的是，现在的监测项目，很少采用极坐标法进行监测，因此即使定向时采用了后视定向，在项目实际运用时，也尽量选择后方交会平差的方式。

由于现场已知点绝对坐标系的坐标多是人工引测得，因此和后交的设站坐标会有一定的误差。典型特征是用绝对坐标设站后的全站仪去测量已知点，会发现有mm级别的差异。

大坝监测项目中的观测墩和监测棱镜

这种情况下，如果是基准点有绝对坐标，则可以将基准点在监测系统中直接设置为绝对坐标。因为自动化监测每一周期都会进行平差，不会影响坐标系和累积变化量的准确性。

如果是监测点也都有已知坐标，此时可以按照以下方式处理：

将学习值直接采用已知的绝对坐标系坐标，自动化监测需要的是监测周期内的累计和单次变化量，学习值只是给仪器提供照准监测点棱镜的大致方向。在全站仪测量若干周期后，会发现实际平差的值和此前给定的监测点绝对坐标有一定差异，这是因为此前的人工测量和监测软件的自动平差算法有差异，需要用仪器测量的若干周期坐标来更新初始值。这样监测点的坐标系就和此前坐标系一致，并且累计变化量从0附近开始。

监测点无已知坐标时采集学习值：

这种是大部分情况，需要监测人员将所有的监测点采集一次学习值。在仪器设站完成后，观测人员依次照准所有的监测点，在监测软件上点击学习，可以采用盘左测量也可以盘左盘右测量。全部录入到监测系统中，此时监测点的坐标系即和基准点的已知坐标系一致。将所有监测点配置给观测点组，在实际测量若干周期后，进行更新初始值的操作，即可获得准确的监测点初始值。

采集监测点学习值

绝对坐标系下的单项目多台测量：

在一些大型监测项目中，会涉及多台仪器在一个监测区域内进行监测，例如大型的铁路监测。现场一般会有多个已知基准点和引测的加密控制点，这种情况下，一般每个全站仪都需要将基准点设置为已知坐标。而多个全站仪之间是否需要联测（即组合平差）则需要根据现场情况判断。

如果每台仪器都能观测到至少3个基准点，并且后交效果良好，此时可以将每台仪器设置为单独的项目解算而不做联合平差，此时各台仪器的控制网也在同一绝对坐标系下。因为相互之间不需要控制网传递，单独解算避免某一台仪器现场出现问题而导致整个监测平差失败。

如果仪器无法观测到至少3个基准点，或者后交效果差，此时可以考虑与附近的全站仪进行组网平差，来保证解算效果。

B、相对坐标系

对于大部分小型监测项目，或者不需要与此前人工数据进行比对的项目，大多都会采用相对坐标系。例如边坡监测、地铁监测、中小型水库监测等。

当采用相对坐标系时，需要考虑的是坐标系的北方向的选择、坐标原点的设置等问题，北方向的选择我们在下一章节讨论，坐标原点的设置相对来说较为简单。

一般来说，为了方便数据的记录和避免错误，我们根据现场的观测距离和点位之间的高差来决定相对坐标系的原点（全站仪设站点）的坐标。所有点的坐标尽量避免出现负数值。

例如，一个中小型水库监测项目，如果监测点在设站点下方50米以下，那我们设置原点时，尽量将设站点的高程设置为大于50的数值。经验之谈，我们可以考虑将设站点的坐标系设置为1000,1000,100或1000,1000,10。

相对坐标系北方向的选择

相对坐标系北方向的选择是一个非常重要的设站步骤，大部分监测系统中都有点位示意图功能，选择合适的北方向，一方面可以让我们在示意图中很好的掌握现场点位位置关系。另一方面，在部分监测场景下，需要选择合适的北方向，来匹配现场的信息。

例如：在地铁监测和铁路监测中，由于现场是狭长的结构，因此一般会按照轨道走向（垂直于轨道走向或者顺着轨道走向）设置为北方向。这样，一方面好判断点位，可以通过北坐标或者东坐标的变化在采集初始值的时候确定是否为正确断面，减少学习值数据丢失。另一方面对现场对变形量方向有要求，方便变形量的扭转。

地铁监测中通常沿着大里程方向设置仪器的北方向

在实际项目中，有时会遇到轨道存在转弯的情况，这种情况下，根据实际需求进行设置。

在大坝监测中，大坝监测的变化量设定方向是顺着下游方向以及朝向坝肩方向（一般情况下这两者相互垂直）。此时我们为了后期数据处理方便，可以沿着下游设置北方向（或者沿着左坝肩设置北方向）。

在边坡地灾监测中，我们可以沿着灾害体的临空面方向设置为北方向。

如果现场没有任何典型的方向特征，那我们就可以任意设置北方向。当然，在一些监测平台中，可以对现场的数据的变形量按照要求方向进行扭转。这就是下一章节讨论的问题。

成果数据在变形量要求方向上的扭转

部分监测项目的变形方向要根据建筑特点来设置，例如，大坝监测中以大坝沉降现象居多，因此在大坝监测规范中，要求：

水平位移：向下游为正，向左岸为正；沉降：向下为正。

此时，如果我们使用向下游来定北方向（也可以按照左肩设置北方向），那么我们的成果数据中，水平变化的Y方向的正值就和左岸为正相反，我们全站仪的H向上为正就与沉降向下为正相反。因此我们就需要在监测系统中进行设置，将变化量添加对应的正负号，来解决这个问题，保证空间坐标的数据的变化量方向和实际要求的变化量方向一致。

当然，如果在设站时，没有按照下游方向设置为北方向，那我们还需要考虑获取夹角(图示中的偏转角a)，再次对变形量的扭转。

大坝变形监测中全站仪坐标系正方向和变形量要求之间的关系

如果是铁路监测项目，特别是需要对接铁路平台的，就需要在监测解算软件中设置变形量方向，使得变形方向顺着（纵向变形量）及垂直铁路（横向变形量）方向。

监测软件中设置铁路变形方向

小结：

在测量机器人监测项目设站时，在满足监测设计方案要求和行业标准规范的基础上，我们可以适当的选择设站方式和定向朝向，来减少我们后期的数据分析和对接的工作量。

责任编辑：Yaodl