收斂測量是指對井巷表面兩點間的相對變形和變形規律的量測。如檢測巷道頂底板或兩幫移近量等。收斂測量系統可以分為接觸式和非接觸式兩種，接觸式主要為將多個傾斜角感測器按一定的布設方式布設在隧道周圍，通過測得的角度計算出測點縱向和橫向的變化，如巴塞特收斂測量系統。非接觸式主要為利用各種伺服全站儀對選定的斷面按一定的步長進行掃描，以觀測測點的變形情況。
基本介紹
- 中文名：收斂測量
- 外文名：Measurement of convergence
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 釋義：井巷表面兩點間的相對變形量測
- 範圍：測量
簡介,收斂測量概述,伺服全站儀收斂測量系統,常用伺服全站儀,掃描模式,掃描數據處理,總結,
簡介
隧道（尤其是在軟土中建造的隧道）在施工以及使用過程中會受壓產生形變，為確保隧道的安全運營，對其進行橫向和豎向的收斂變形測量就顯的尤為重要。
收斂測量概述
收斂測量系統可以分為接觸式和非接觸式兩種，接觸式主要為將多個傾斜角感測器按一定的布設方式布設在隧道周圍，通過測得的角度計算出測點縱向和橫向的變化，如巴塞特收斂測量系統。非接觸式主要為利用各種伺服全站儀對選定的斷面按一定的步長進行掃描，以觀測測點的變形情況。接觸式收斂測量系統需要在每個觀測斷面布設感測器，當存在大量斷面需要觀測時（如在隧道直線段需50 米觀測一個斷面，曲線段10 米觀測一個斷面），這種方式是不現實的，因此在實際工程使用中，多使用非接觸式收斂測量系統。伺服全站儀觀測方便，精度高，成為非接觸式收斂測量系統的首選。
伺服全站儀收斂測量系統
常用伺服全站儀
TPS1200+系列：該系列的全站儀將高精度、多功能及GNSS 定位系統的軟硬體精巧集成在一起。TPS1200 + 系列全站儀主要的改進是測距部分（EDM），為了進一步提高望遠鏡的性能，徠卡利用單個雷射二極體既用於有稜鏡距離測量，也用於無稜鏡距離測量，獨特的光機技術和新型的雷射二極體，使雷射光斑在小尺寸、圓形形狀、光束傳播、可見性等方面具有更好的幾何特性。這些特性有利於進一步改進距離測量的性能，使之對牆角、小邊緣目標的無稜鏡距離測量更加準確可靠。上述改進使TPS1200+ EDM測距性能在市場上的同級別產品中性能是最好的，它在有稜鏡模式時的測距精度為1mm+1.5×10-6D，無稜鏡模式時的測距精度為2mm+2×10-6D。在無稜鏡測距模式時的測程可大於1000 米。
GTS -900A、GPT -9000A 智慧型全站儀： 採用XTRAC 跟蹤技術，超長距離（大於1000m）自動跟蹤、自動照準範圍，15°/秒最大自動跟蹤速度，提高工作效率，保證測量精度。採用WinCE 作業系統，革新的無線設計，彩色觸控螢幕，新型超快速伺服馬達驅動（85°/秒），無干擾的測量機器人數據通訊技術，優秀的計算機單元及多種數據通訊手段，6″大範圍傾斜補償， 適應更多的複雜環境， 增強型電池容量（5000mAh）,外業無憂。獨特的單人測量系統，配置了擁有最新移動科技的新型FC-200 野外控制器。GPT-9000A 提供世界上最長的無稜鏡雷射測距，這是XTREME 第三代無稜鏡測距技術成果，2000 米（柯達白）的無稜鏡測程確保了可以測量350 米範圍內的任何顏色、任何材質的目標，並且採用的是最安全的一級雷射。
S8 全站儀：Trimble S8 全站儀是Trimble 最先進的全站儀，專門為測量套用和特殊工程套用而設計。Trimble S8 可給出1" 角度精度和1 mm + 1 ppm 的EDM 精度，同時還具有許多可提高效率和生產率的特性。S8 儀器建立在Trimble 最新的全站儀平台基礎之上。無論是測量套用還是特殊工程套用，都能從這種最新的光學技術中獲益，提高生產率。TrimbleMagDrive 磁驅伺服技術可確保Trimble S8 操作快速靜默，使測量或監測目標速度能夠在靜默狀態下比常規電動全站儀快40%。同時，它可快速檢測到目標移動，及早發出告警。MagDrive 磁驅技術的無摩擦運動特點，極大降低了儀器磨損。
掃描模式
等角掃描：等角掃描指按照一定的角度的間隔，從起始角度開始朝向天頂方向掃描。等距模式：等距模式指按照一定的距離，從起始點開始掃描，並朝天頂方向掃描。
由於每次架設站的高度不一樣，等角模式在複測的時候，如果設站高度不一樣，會導致複測的點位與初測的點位不一致，因此一般情況下，掃描模式為等距掃描。
掃描數據處理
隧道收斂測量關心的是管壁在縱向和橫向的變化，一般情況下，用兩次觀測的點到圓心的距離之差來表示變形情況，如果只觀測一次，可以比較與標準圓半徑的差。
由於是自由坐標系，隧道掃描後，需要擬合出圓心坐標和半徑，同時注意需要剔除一些粗差點，例如點掃描到遮擋物，或者管壁的凹凸處。掃描一圈後，如果想人工觀測部分點，可以轉動儀器，進行人工觀測。圓心和半徑的擬合採用最小二乘法。
總結
以上介紹了收斂測量的重要性，以及常用於收斂測量的三種伺服全站儀，定義了收斂測量坐標系。以及收斂測量的掃描模式，通過實際工程的測試數據，測試了算法的正確性。
