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气柜倾斜测量

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摘要：结合某燃气储气站气柜倾斜测量的实例，阐述了对于圆型建筑物倾斜测量的观测方法、数据处理方法，得出了一些有用的结论。

关键词：气柜；动态倾斜测量；数据处理；最小二乘法拟合圆心坐标

一、概述

某燃气储气站气柜高45m，为5.4万立方米低压湿式四节螺旋升降气罐。湿式气柜主要由立式圆筒形水槽、3个圆筒塔节、钟罩及导向装置组成。水槽直径为40m、向上每塔节直径减少0.5m，顶部直径为38m。气柜从上往下分别是1塔、2塔、3塔、4塔和水槽构成，各塔身相对平滑，气柜周边环境空旷。该气柜在使用过程中连续发生多次密封水槽漏水事故，受该单位委托，对其在充满燃气状态下气柜的各塔进行倾斜测量，为后续气柜的处理提供准确的气柜现状分析数据。

建筑物的倾斜程度通常用倾斜率i来衡量，倾斜率i=S/h；公式中S为建筑物上部与下部的相对位移(倾斜位移值)；h为建筑物上部与下部的高差。可以看出,只要求出S和h值,就可计算出i值。其中h值可以通过直接或间接方法求得,因此,倾斜观测的主要任务就是测定S值。

二、倾斜测量

1.观测方法的选取

对于圆型建筑物(如水塔、烟囱、油灌等)倾斜测量的观测方法通常有2种：纵横轴线法和前方交会法。

本项目观测对象气柜受外界气温、气压及气柜内部气压等因素影响下各塔会发生抬升、下降及旋转，是一种动态的倾斜测量，所以要求每次观测的时间尽可能短，本项目宜采用极坐标法进行倾斜测量。

2．基准点与观测点的布置

顾及测区场地条件及观测点的分布情况，为方便对储气柜进行倾斜测量，共埋7个基准点，基准点距气柜约65m至100m间，其中JZ1～JZ5为倾斜测量的测站点均匀分布于储气柜四周，JZ6、JZ7为定向或检查点，所有基准点做成带十字丝的不锈钢标志。观测点的布设，气柜每一塔的顶部和底部同高度外表面各选取5个相对分布均匀的观测点。

3．仪器设备

基准点联测，使用日本SOKKIANET05测量机器人（其标称精度为：一测回方向标准差为±0.5″,测距精度为±0.8mm+1ppm×D）1台。

观测点测量，使用徕卡公司生产的TS06（其标称精度为：一测回方向标准差为±2.0″,免棱镜测距精度为±2mm+2ppm×D）5台。

4．观测

基准点的联测，7个基准点构成边角网，使用日本SOKKIANET05测量机器人利用其机载的“多测回测角”软件按二级观测精度的技术要求进行水平角和距离的观测；同时进行垂直角的观测。

观测点测量，5台全站仪分别在基准点JZ1～JZ5处设站、定向、检查已知基准点（坐标较差≤5mm），利用外切气柜两侧取水平角中数据，找出垂直于气柜的方向，固定水平角方向；利用高程控制每一塔顶部截面或底部截面的5个观测点位于同一个平面上（同一截面5个观测点的高程差≤5cm）。观测时记录观测时间、气压、气温，5台全站仪同时从1塔顶部开始观测，利用其免棱镜测距技术进行测量，每个观测点连续测量两次（坐标较差≤5mm），水平角不变、转动垂直角，测量1塔底部相应的观测点数据。同理从上往下测量其它各塔顶部和底部截面观测点数据,完成对气柜一次观测后检查已知基准点（坐标较差≤5mm）。同理每隔2小时对气柜进行一次观测。共对气柜进行了五次观测。

三、数据处理

1．观测截面中心坐标计算

本次测量采用独立坐标系（北方向与1980西安坐标系的坐标北方向一致），观测数据经核对后，取两次测量数据的平均值作为每个观测点的测量成果。根据每一截面的5个观测点的坐标值，利用最小二乘法原理拟合其圆心坐标。

四、结论

1．对于这种动态的建筑物进行倾斜测量，应根椐观测设备与观测对象，因地制宜采用可行的观测方法。

2．如果基准点都做成带强制对中装置的观测墩，能提高基准网及观测点的观测精度。

3．通过圆形外截面的观测点坐标值，利用最小二乘法求解其截面圆心（质心）坐标，这种方法可以用于其它圆形物体的倾斜测量如水塔、烟囱等。

4．如果能适当增加每一载面的观测点数量，能更好反映本气柜的倾斜情况。

5．通过多次不同条件下的观测，能了解观测对象在不同条件下的倾斜情况。

6．为了避免起算数据误差的影响及观测方便，应采用独立坐标系。

7．通过使用免棱镜测距技术进行测量，这种方法可以适用于不便于安装棱镜的建筑物的变形测量。

Reference：

[1]厂区烟囱倾斜变形测量付宏平等测绘通报2001年增刊

[2]观测圆上多个任意点及其圆心坐标拟合张应芳等黑龙江工程学院学报2014年4月

[3]测量平差基础武汉测绘科技大学第三版

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-全文完-