1、1类似烟囱圆形建筑物倾斜观测方法研究摘要：本文阐述了用一种逐渐趋近方法对烟囱不同高度进行倾斜观测，通过烟囱顶端和底部的中心位置，按比例分别计算出相应高度的近似位置，利用此数据根据测站控制点成果计算出相应高度的垂直角，采用固定垂直角方法，保证了在几个方向是照准烟囱同一高度，从不同方向观测变形点的方向值，利用交会公式，求算出变形点的中心，根据用户和具体精度要求确定重复操作的次数，这种方法无需设定观测标志，简单方便，非常适合中小测量单位。 关键词：烟囱;圆形建筑物;倾斜观测;偏移量 中图分类号：TU198+.1 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012） 1、引言 烟囱这类建筑物，使用
2、运营一定年限后，由于周围地形不均匀沉降，日晒雨淋，自身反复热胀冷缩等原因，会产生一定的倾斜变形，并且在不同高度有可能是不规则倾斜，为节约投资，一般不采取重建方式，常对其维修加固，这就需要测量为设计人员提供不同高度的偏移量，制定出科学合理的维修方案，烟囱多是圆形（如是方形柱形等其测量原理一致） ，且在前期设计阶段施工单位没进场，无法在烟囱外部不同高度设置观测标志，目前具有扫描、智能、数据处理的测量仪的设备较昂贵，多2数中小测量单位没有这类仪器设备，这就需要我们测量技术人员采取一定的作业技术方法，以获取不同高度的真实倾斜值，为设计人员提供可靠测量成果，下面就这一问题进行阐述，与广大同行共勉。 2、
3、控制测量 在拟观测建筑物周围布设基本控制网，布设形式可采用三角网，边角网，GPS 网，高程采用几何水准或三角光电测距高程导线联测，具体采用方式根据自身单位仪器设备和甲方要求精度情况确定，布设方法和其他常规测量一致，在此不作详细论述。 3、底端部中心位置和高度测定 见图 1，A1、A2、A3、A4 为布设控制网点，其成果分别是（x1,y1,H1） 、 （x2,y2,H2） 、 （x3,y3,H3） 、 （x4,y4,H4）,O 为烟囱顶圆心，B、C 为从 A1 点方向观测烟囱顶和烟囱外边缘相切线的交点，r 为烟囱顶半径，OA1 和烟囱顶外边缘相交于 E 点，H 为烟囱高度，i1 是 A1 点仪器
4、高。 3.1 在基本控制点 A1 点设站，整平对中仪器，量取仪器高 i1，置仪器到盘左位置，以 A4 为观测起始方向，照准 A4，置水平度盘为零（可根据具体测回数确定） ，顺时针依次观测 A4、B、C、A2 点，完成上半测回，纵转望运镜，置仪器为盘右位置，逆时针方向旋转，依次观测 A2、C、B、A4 点，完成下半测回，两个半测回组成一个基本测回。 3.2 计算检验A4A1A2,和利用 A4、A1、A2 坐标计算出来的夹角进3行比较。如在限差内， 则测量基本点无误，否则应查找原因，如果是控制网原因，应重测控制网。 以 A4 点为观测起始方向，置仪器为盘左位置，照准 A4，置度盘水平读数为零，旋转
5、照准部使水平度盘读数为（Ll+L2）/2(Ll、L2 为观测B、C 点方向值)，固定照准部，上抬望远镜，使十字水平丝与此方向烟囱顶水平边缘线一致，读取垂直角读数，纵转望运镜置仪器于盘右位置，置水平度盘读数为（L1+L2）/2）+180。同样上抬望运镜，使十字水平丝和烟囱顶部水平边缘线一致，读取垂直角读数，组成垂直角观测一测回。由此可计算出从 A1 点观测 E 点垂直角为 M1。 3.3 按上述 3.1 和 3.2 方法，同样在 A2、A3 设站观测。 3.4 由 3.13.3 观测数据，计算出相应角值（见图 2） 由参考文献 P126 公式（5-29） 见图 2 由 A1、A2 点观测烟囱顶部
6、数据图，其烟囱顶部 O 圆心 O1 的坐标值为 xo1=(x1.ctga2+x2.ctga1-y1+y2)/(ctga1+ctga2) yo1=(y1.ctga2+y2.ctga1-x2+x1)/(ctga1+ctga2) 由 A2、A3 点勘测，其烟囱顶部 O 圆心 O2 的坐标值为 xo2=(x2.ctga4+x3.ctga3-y2+y3)/(ctga3+ctga4) 4yo2=(y2.ctga4+y3.ctga3-x3+x2)/(ctga3+ctga4) 由和计算出来的顶部位置之差在限差内，则取中数作为烟囱顶部中心位置最终成果，即 xo= (xo1+xo2)/2 yo= (yo1+yo2
7、)/2 在计算时，图形编号应与图 2 一致，按逆时针方向编号，同时保持和已知点号是一致，否则容易出错。 3.5 烟囱顶部高程计算 由烟囱顶中心坐标 xo、yo 和控制点 A1 点坐标(x1、y1)，A1 到 O 点距离 SA10=，由图 1 知，A1B、A1C 都是烟囱顶部的外切线，有A1BO=A1CO=Rt，即三角形 A1BO 和 A1CO 为直角三角形，由 3.2 观测值 L1 和 L2,则BA1O=CA1O=(L1+L2)/2，烟囱顶部半径r=SA1O.SinBA1O ,因此有 A1E=A1O-r。 由参考文献 P151,由三角高程测量计算公式 Ho1=H1+Sa1DtgM1+i1-t(
8、i1 为仪高，t 为照准目标高，此处为零)，可以计算由 A1 观测烟囱顶的高程 Ho1，同理，可以在 A2、A3 观测烟囱顶部的高程 HO2 和 HO3。 如果 HO1、HO2、HO3 三个高程之差在限差内，则取中数作为烟囱顶部最终高程，即 HO=（HO1+HO2+HO3）/3。 3.6 按 3.13.5 观测及计算出烟囱底部的位置（XD,yD）和高程HD,( HD 也可由几何水准或三角光电测距高程导线测定） 在实际外业操作中，烟囱顶部、底部观测是一并进行的，在这里分开讲述，是由于流程完全相同，且明了易懂，没有任何影响。 3.7 顶部相对底部偏移量=，其偏移方向由 XD ? XO 和 yD-y
9、O 符号5决定，烟囱高度 H=HO-HD 4、任意高度的烟囱的中心近似位置 见图 3，O 为烟囱顶部圆心，其坐标为（x0,y0）, D 为烟囱底部圆心，其坐标为（xD,yD）, 是顶部相对底部偏移量， H 为烟囱高度，i 是任一点烟囱高。 由烟囱底部向顶部推导，在距底部高度为 i 时，其近似偏移量为i=（/H）.i（oiH） ，由底部中心到顶部中心偏移量的方位角 a=arctg（(yO-yD)/(XO-XD)） ，距底部为 i 的烟囱的中心近似的位置： xi=xD+i .COS a yi= yD+i .sin a 5、任意高度倾斜观测 5.1 当在 A1 观测高度为 i 的倾斜时，则 A1 到
10、高度 i 的中心近似距离： SA1i= 烟囱高度为 i 处的高程 Hi=HD+i=H1+ SA1itgi+ii(i 是在 A1 观测烟囱高度为 i 的垂直角，ii 为仪器高度) 。 在 A1 观测高度为 i 的垂直角 i=arctg(HD+i- H1- ii)/ SA1i) 5.2 见图 4，A1、A2、A3、A4 为布设控制网点，其成果分别是（x1,y1,H1） 、 （x2,y2,H2） 、 （x3,y3,H3） 、 （x4,y4,H4）, G、F 为从 A1 点6方向观测烟囱高度为 i 和烟囱外边缘相切线的交点， H 为烟囱高度，ii是 A1 点仪器高。 在 A1 点设置仪器，量取仪高 i
11、i，利用公式计算观测高度 i 的垂直角 i，置仪器盘左位置，旋转照准部，以 A4 为观测起始方向，照准A4，置水平度盘为零（可根据具体测回数确定） ，抬高望远镜，使垂直角度盘读数为 90-i 时固定望远镜，顺时针依次观测 G、F 点后，松开上下制动螺旋，继续照准 A2 观测，完成上半测回；置仪器盘右位置，逆时针转动照准部照准 A2 观测后，抬高望远镜，使垂直度盘读数为 270+i时固定望运镜，旋紧上下制动螺旋，逆时针方向观测 F、G 两点后，松开上下制动螺旋,继续逆时针方向照准 A4 点观测，完成下半测回，由两个半侧回组成一个基本测回。 5.3 同样在 A2、A3 分别设站，按公式和 5.1
12、法计算垂直角和倾斜观测。 5.4 通过 5.2 和 5.3 观测数据计算得到相应角度 b1、b2、b3、b4，见图 5 由参考文献 P126 公式（5-29）和图 5，可以得到由 A1、A2 点观测烟囱高度 i 的中心位置的坐标值为 xOi1=（x1.ctgb2+x2.ctgb1-y1+y2）/(ctgb2+ctgb1) 7yOi1=（y1.ctgb2+y2.ctgb1-x2+x1）/(ctgb1+ctgb2) 由 A2、A3 点观测烟囱高度为 i 的中心位置的坐标值为： xoi2=(x2.ctgb4+x3.ctgb3-y2+y3)/(ctgb3+ctgb4) yoi2=(y2.ctgb4+y
13、3.ctgb3-x3+x2)/(ctgb3+ctgb4) 由公式和计算出坐标值之差在限差内，则取中数作为最终值，即高度为 i 的烟囱中心位置坐标 Xoi= (xoi1+xoi2)/2 Yoi= (yoi1+yoi2)/2 5.5 利用公式计算的各高度中心位置坐标，返回到 5.1 条，重新计算数据和观测，求出各高度中心位置坐标。根据用户和具体精度要求确定返回操作次数。 5.6 计算偏移量 高度为 i 的烟囱位置偏移量:i= 方向由 xoi-xD 和 yoi-yD 确定 6、结束语 采用以上方法观测能够较准确测定不同高度的倾斜值，无需设定观测标志，简单方便，只是在观测时应制定一个观测表，以便计算测
14、站观测各高度的垂直度，避免混乱；在此文中，未考虑仪器型号和观测测回数，只做了一般原理性讲述，在实际工作中，应按甲方要求选择仪器型8号和观测测回数，以保证成果质量精度。 参考文献： 1 罗聚胜,杨晓明地形测量学. 测绘出版社,2001 年 7 月. 2 李青岳,陈永奇.工程测量学. 测绘出版社,1997 年 5 月. 3 城市测量规范（CJJ8-99）.中国建筑工业出版社,1999 年. 4 杨先绪.高压线上任一点平面位置和高度测量方法J .城市勘测，2006(4). 5 杨长江，陈冲.在论建筑物高度的测量方法J.测绘通报，2005（8）. 6 宋云记，李端明.遥测目标三维坐标的一种新方法J .测绘通报，2004（8）.
