徕卡三维全站扫描仪：我司勘测部完成风机塔筒定期沉降监测

近日，结构勘测部成功完成了风电发电厂的风电塔筒定期监测项目，赢得了客户的高度认可。

一、聚焦高耸建筑物的倾斜量

我国风能资源丰富，国家正不断加大对清洁能源的开发支持力度，一批批大型风电项目落户广东、内蒙古等地。随着建设力度的不断扩大与时间的推移，风机塔筒的性就需要建立行之有效的方案，就风机塔筒基础承台的沉降而言，在建设之初就需要预埋沉降观测点，对于后期塔筒类型的高耸建筑物，特别需要关注其倾斜量的变化。

二、沉降监测方案

2.1首先是建立沉降观测系统，包括布设基准点，工作基点，沉降监测点，每个风机承台基础对径方向预埋四个观测点，每台风机均应埋设两个及以上的工作基点，两到三台风机均应埋设一个基准点。风机承台沉降点观测与水准工作基点校核均按照国家二等水准测量方法进行，工作基点首次观测由基准点至工作基点按往返共两次观测。风机运行阶段，每年应观测一次直至风机承台沉降稳定。当风机承台经历大型台风或飓风后出现下沉、上浮，不均匀沉降比较严重，或裂缝发展迅速，需进行连续观测。各个阶段的复测必须按拟定的观测周期进行观测，达到准确掌握风机沉降情况或规律之目的。当承台沉降速率低于0.02mm/d，即可认为该承台基础达到稳定状态。

2.2塔筒倾斜测量方案采用圆心坐标偏心法进行观测，通过采集同一水平面的闭合环，利用小二乘法计算拟合出塔筒上下圆心坐标，从而判定偏心量及方向，后计算得到倾斜率，对于高耸建筑物，50至80米的倾斜率应低于千分之三。

三、沉降监测的误差来源及解决方法

3.1水准测量误差主要来源于仪器误差，操作误差和外界条件三个方面。钧测就广东某地的风电塔筒实际监测中，采用徕卡LS15型电子水准仪对风机基础承台进行了观测；塔筒倾斜测量采用MS60全自动扫描型全站仪对塔筒倾斜进行了观测。由于风机多处于山区，水准路线监测工作量大，电子水准仪比起传统光学水准仪在于效率更高，误差更小。对于高精度水准仪，仪器误差几乎可以忽略，此处主要针对操作和外界条件带来的影响进行分析并提出解决方法。首先是风机工作基点间的联测必须为偶数站，观测顺序必须为后前前后，目的是为了消除尺垫下沉带来的影响，山区行进的路线山高路陡，尺垫由于受到铟钢尺下压导致轻微下滑，使视线降低，从而引起高差误差，因此采用以上方法可以减弱其影响，同时尺垫应尽量踩牢。其次在对风机监测点监测过程中，两点之间距离仅5-6米，此时不能为了设置“偶数站”而特意增加站数，一个站即可完成两个监测点工作，后闭合至工作基点。同时在连续各测站上安置水准仪的三脚架时，其中两脚与水准路线的方向平行，而第三脚轮换置于路线方向的左侧与右侧；除路线转弯处外，每一测站上仪器与前后视标尺的三个位置，基本接近一条直线；不应为了增加标尺读数，而把尺垫安置在壕坑中；由往测转向返测时，两支标尺应互换位置，并应重新整置仪器；在进行水准观测时确定震动源造成的震动消失后，才能启动测量键。后外界条件带来的影响包括地球曲率及大气折光、温度等，这种因素实际对测量结果影响不大，当前后视线长度相等时，可以得到一定的消除，但风机监测点的观测实际为精密水准测量，应当要求视线高出地面50厘米，这样可避免视线靠近地面发生不规则折射而引起的误差，同时在严格遵守二等水准规范的前提下，根据仪器特性，观测前半小时，应将仪器置于露天阴影下，使仪器与外界气温趋于一致，设站时，应用测伞遮蔽阳光，这样可以减弱温度带来的影响。

3.2扫描型全站仪在塔筒倾斜测量的优势及误差处理方法传统的高耸塔筒倾斜测量采用角度法，坐标法进行观测，对于地势较陡的地方，观测面小，往往塔筒顶部由于距离太短的缘故，导致仪器很难照准顶部进行观测，也就导致了这两种方法使用的局限性。而徕卡三维全站扫描仪本质也是利用坐标法的原理，对风机塔筒整体进行扫描，其扫描采集的点云效率可达每十分钟数十万个点，同时观测倾角从0°到90°，真正解决了地势限制带来的影响。其实际操作方法是根据沉降点与基准点坐标，采用后方交会方法，建立与塔筒一致的坐标系统，仪器分别设置两个站点，两设站点需互相通视。内业处理软件使用徕卡专业软件3DReshaper对扫描点云数据进行处理后得到塔筒倾斜率。经过实地操作对比，影响该扫描型全站仪测量结果的主要为设站过程中定向与仪器高度丈量带来的误差，为了解决该问题，我提出一种内业解决方法：即利用外业两站扫描过程中的共同点，通过内业图像找出共同的部分，可以是一个点，也可以是一条线，然后对共同部分的高程值计算高差，以其中一个站点高程为准，另外一站高程值批量增加或者减去该高差值，这样操作几乎可以完全避开定向和仪器高度带来的影响，减轻了外业工作量，提高了效率。

四、结语

沉降监测是一项较为长期的过程，每一次数据的变化是由各种因素造成，即包括沉降主体的下沉或上浮导致，也包括观测过程中误差的产生和积累导致，所以消除主观因素的影响，才能真实的反映沉降主体的变化。随着数字水准仪的广泛使用，监测过程更加的简单易操作，测量数据同时也更加准确，节约人力和时间。监测需要严格遵守规范和技术要求外，经验不可少，细心和耐心更重要。