（二）平麵點照準標誌
對平麵點照準標誌的基本要求是易於對中和瞄準，另外還應該製作簡單，使用方便。對中要求是針對可裝卸式照準標誌的，如覘牌等，目前這類標誌大多通過基座安裝在對中點上。對於瞄準要求，經驗表明，當目標像與望遠鏡十字絲同寬、同樣明亮，且具有同樣反差時，瞄準精度最高，照準標誌應根據此要求製作。照準時，一般認為條形目標比圓形目標容易瞄準，故較多使用，且為保證效果，要求其長寬比大於3。條形目標應具有的寬度，一般認為目標像寬應在4″～30″之間。目標的顏色，淡色一般選白或淡黃，深色一般選黑或紅。
在水平位移測量中，覘牌是常用的照準目標。如圖16-16所示，（a）圖所示的圓形圖案已很少使用；（b）圖是最簡單的條形圖案；（c）圖有兩種不同寬度的線條，可以適用不同長度的視線；（d）圖和（e）圖是（c）圖的發展，淡色背景上的深色楔形便於雙絲觀測，而深色背景上的淡色楔形便於單絲瞄準；（f）圖是楔形圖案的變形，並且加上兩個用於豎直角觀測的橫楔；（g）圖以楔形為基礎，是一種混合圖案，細絲用於近距離瞄準；（h）圖中有幾個目標，使用時十字絲可以分別瞄準各線條並讀數，以諸讀數的中數為最後觀測結果，可以提高瞄準和讀數的精度。
用平麵覘牌作照準目標不會產生相位差，但需麵向經緯儀。立體照準目標可以供任何方向的測站進行瞄準，其各種形式如圖16-17所示。（a）圖和（b）圖是旋入式杆標照準標誌，底部有螺紋，可直接旋在對中裝置中心螺旋上。其他的為埋入式照準標誌，（c）圖用於一般建築，以直徑約12mm的鋼筋做成彎鉤尖形標誌，埋入牆體內；（d）圖用於高級建築，可采用壁燈式標誌（有機玻璃或鋁合金等材料製成）。（e）圖和（f）圖為頂部上麵標誌，用鋼筋焊接成三角形架式嵌入屋頂或用混凝土墩將鋼筋標誌澆灌在屋頂上。立體照準目標在陽光照射下會產生部分明亮、部分陰暗而造成瞄準的相位差，克服的辦法是設置折光板。
三、水平位移測量方法概述
建築物水平位移測量的方法很多，總體上可分為地麵監測方法、攝影測量方法、空間測量技術及專用測量方法四類。
地麵監測方法主要指用高精度經緯儀、測距儀、全站儀等測量儀器測量角度、邊長的變化來測定水平位移，是目前水平位移測量的主要手段。常用的地麵監測方法主要有：兩方向（或三方向）前方交會法、雙邊距離交會法、極坐標法、自由設站法、視準線法、小角法、測距法、三角網法、導線法、邊角網法等。在地麵監測自動化係統中，測量機器人正逐漸成為首選和主要的儀器，測量機器人實際上是一種能代替人進行自動搜索、跟蹤、辨識和精確照準目標並獲取角度、距離以及三維坐標等信息的智能型電子全站儀。
水平位移測量的專用方法包括應變測量和基準線測量。和常規的地麵監測方法相比，它們的特點是：測量過程簡單、容易實現自動化觀測和連續觀測、提供的是局部變形信息。應變測量根據其工作原理可以分成兩類：①通過測量兩點間距離的變化來計算應變；②直接用傳感器測量應變。基準線測量用於測定某一方向上點位的相對變化，包括很多方法，如活動覘牌法、小角法、激光準直法、引張線法、激光鉛直儀法、正、倒錘垂直準直法等。
第六節 視準線法測量水平位移
基準線法專門解決建築物沿某一特定方向上的水平位移問題。其原理是通過建築物軸線（例如大壩、橋梁軸線）或平行於建築物軸線建立固定不動的鉛直或水平基準線，根據它來測定建築物的水平位移。依據建立基準線使用工具和方法的不同，常用的基準線法可分為：視準線法、激光準直法、引張線法等。視準線法主要包括活動覘牌法和測小角法。
一、活動覘牌法
活動覘牌法是通過一種精密的附有讀數設備的活動覘牌直接測定觀測點相對於基準麵的偏離值。它需要專用的儀器和照準設備：精密視準儀或精密經緯儀。活動覘牌如圖16-18所示，它的特點是覘牌上有分劃尺，最小分劃值為1mm，用遊標尺可直接讀到0.1～0.01mm。
應用活動覘牌法測量點的偏離值時，如圖16-19所示，將視準儀安置在基準線端點A上，端點B上安置固定覘牌，用視準儀瞄準B點的固定覘牌，將視線固定；把活動覘牌安置於觀測點C上，移動活動覘牌使照準標誌與視準儀的十字絲重合，在分劃尺與遊標上讀數；然後移動覘牌從相反方向再重新對準視線並讀數。一個測回進行上述觀測4次，共觀測2～4測回，每測回開始和結束都要重新瞄準B點，檢查儀器及目標有無變動。以上為往測，然後將儀器遷到B點，固定覘牌放到A點，同法測量2～4測回。最後，往返測依距離進行加權平均。活動覘牌法的主要誤差影響因素為瞄準誤差。
二、小角法
小角法是利用精密經緯儀精確地測出基準線方向與測站點到觀測點的視線方向之間所夾的小角，從而計算觀測點相對於基準線的偏離值。
如圖16-20所示，AB是基準線，i是觀測點，i’是i點在基準線上的投影，Δi是偏離值，利用精密經緯儀精密測量小角i，並測量A到i‘的距離si，便可計算出偏離值：
（16-12）
對上式線性化，並寫成中誤差形式有：
（16-13）
由於數值一般比較小，所以式（16-13）右邊第二項（亦即測距誤差影響部分）常可忽略不計。於是，小角法測量偏離值的誤差公式可寫成：
（16-14）
小角法用於生產時，一般在基準線的兩個端點分別設站進行觀測，然後做加權平均，所以其精度較上式還有所提高。
第七節 引張線法測量水平位移
柔性弦線兩端加以水平拉力引張後自由懸掛，則它在豎直麵內呈懸鏈線形狀，它在水平麵上的投影是一條直線，利用此直線作為基準線可以測定附近測點的橫向偏離值，這種方法稱為引張線法。在水壩變形測量中常用引張線法來測定建築物的橫向水平位移，這時，一般將引張線布置在壩體廊道內、壩頂或土壩坡麵上，兩端點應盡可能布設在兩岸地基穩定處。若端點布設在壩體上，則端點處需用倒垂線或其他措施測定端點的位移。
引張線的裝置由端點、測點、測線（不鏽鋼絲）與測線保護管等四部分組成。
一、端點
端點由墩座、夾線裝置、滑輪、重錘連接裝置及重錘等部件組成（見圖16-21）。墩座采用鋼筋混凝土或金屬結構。夾線裝置是端點的關鍵部件，它起著固定不鏽鋼絲位置的作用。為了不損傷鋼絲，夾線裝置的V形槽底及壓板底部嵌鑲銅質類的較軟金屬。端點處用來拉緊鋼絲的重錘，其質量視鋼絲允許拉力而定，一般在10～50kg之間。
二、測點
測點由浮托裝置、標尺、保護箱組成。浮拖裝置由水箱和浮船組成。浮船置於水箱內，用以支承鋼絲。浮船的大小可以依據引張線各觀測點間的間距和鋼絲的單位長度重量來計算。一般浮船體積為排水量的1.2～1.5倍，而水箱體積為浮船體積的1.5～2.0倍。標尺由不鏽鋼製成，其長度為15cm左右。標尺上的最小分劃為1mm。它固定在槽鋼麵上，槽鋼埋入大壩廊道內，並與之牢固結合。引張線各觀測點的標尺基本上位於同一高度麵上，尺麵應水平，其刻劃線平行於引張線。保護箱用於保護觀測點裝置，同時也可以防風，以提高觀測精度。
三、測線及其保護管
測線一般采用直徑為0.6～1.2mm的不鏽鋼（碳素鋼絲），在兩端重錘作用下引張為一直線。保護管保護測線不受損壞，同時起防風作用。保護管可用直徑大於10cm的塑料管，以保證測線在管內有足夠的活動空間。
假定鋼絲兩端固定不動，因而引張線是固定的基準線，由於各測點上標尺是與壩體固連的，所以對於不同的觀測周期，鋼絲在標尺上的讀數變化值，就表示該觀測點的位移值。
第八節 建（構）築物主體傾斜和撓度測量
高層或超高層建築物具有規模大、層數多、荷載大、重心高、基礎深等特點，其變形測量工作中除基礎沉陷觀測之外，建築物主體的傾斜觀測也非常重要。
建（構）築物主體傾斜測量的任務是測定建築物頂部相對於底部或上層相對於下層的水平位移與高差，分別計算整體或分層的傾斜度、傾斜方向以及傾斜速度。對具有剛性建築物的整體傾斜，亦可通過測量頂麵或基礎的相對沉陷間接確定。
一、經緯儀觀測法
經緯儀觀測法的原理是用經緯儀測量建築物頂部點與底部點在水平麵上的偏移，將該偏移值除以頂部點與底部點的高差即得建築物的傾斜。如圖16-23所示，通過水平角觀測，可得頂部觀測點C相對於底部觀測點D的水平偏移分量：
， （16-15）
設頂部點C相對於底部點D總的水平偏移量為，則由圖16-23（c）可得關係，
聯立求解得水平偏移量和傾斜方向：
， （16-16）
因此得傾斜值
（16-17）
現在分析經緯儀傾斜觀測法的精度。由式（16-15）可得：
（16-18）
在一般測距精度下，上式右邊第二項可忽略，所以：
， （16-19）
令測角精度相同，都為m，則將上述公式進一步推導，可得（16-20）
用經緯儀進行傾斜測量時，建築物頂部和牆體上的觀測點標誌，可采用埋入式照準標誌類型。有特殊要求時，應專門設計。對於不便埋設標誌的塔形、圓形建築物及豎向構件，可以照準視線所切同高邊緣認定的位置或用高度角控製的位置作為觀測點位。位於地麵的測站點和定向點，可根據不同的觀測要求，采用帶有強製對中設備的觀測墩或混凝土標石。對於一次性傾斜測量項目，觀測點標誌可采用標記形式或直接利用符合位置與照準要求的建築物特征部位，測站點和定向點可采用小標石或臨時性標誌。
二、垂準法
當建築物或構件的頂部與底部之間可豎向通視時，可用垂準法進行傾斜測量。所謂垂準法就是提供一條鉛垂線，測出建築物頂部和底部偏離鉛垂線的情況，進而計算傾斜值。根據提供鉛垂線的方式不同，有以下幾種方法：
（一）吊垂球法
在建築物頂部或需要的高度處觀測點位置上，直接或支出一點懸掛適當重量的垂球，利用量距設備，直接讀取或量出上部觀測點相對於底部觀測點的水平偏移量和偏移方向。
（二）激光鉛直儀觀測法
在建築物頂部適當位置安置接受靶，在其垂線下的地麵或地板上安置激光鉛直儀或激光經緯儀，按一定周期觀測，在接收靶上直接讀取或量出頂部的水平位移量和位移方向。
（三）激光位移計自動測記法
位移計安置在建築物底層或地下室地板上，接收裝置設在頂層或需要觀測的樓層，激光通道可利用樓梯間梯井，測試室設在靠近頂部的樓層內。當位移計發射激光時，從測試室的光線示波器上可直接獲取位移圖像及有關參數，並自動記錄成果。
（四）正錘線法
在建築物內有供掛錘線的上下通道和專用設備等條件時，可在通道的頂部或需要觀測的高度設一支點，錨固直徑0.6～1.2mm的不鏽鋼絲，鋼絲下端連接一個錘球，在通道底層地板上固定一裝穩定液的桶，將錘球放在桶內使鋼絲拉緊，穩定成為垂線。觀測時，由底部觀測墩上安置的量測設備（如坐標儀、光學垂線儀、電感式垂線儀），按一定周期測出各測點的水平位移量。
三、相對沉陷法
（一）傾斜儀測記法
有多種類型的傾斜儀可供使用，如水管式傾斜儀、水平擺傾斜儀、氣泡傾斜儀、電子傾斜儀等。監測建築物上部層麵傾斜時，儀器可安置在建築物頂層或需要觀測的樓層的樓板上；監測基礎傾斜時，儀器可安置在基礎麵上，以所測樓層或基礎麵的傾斜度變化值反映和分析建築物傾斜的變化程度。
（二）測定基礎沉陷差法
在建築物基礎上選設觀測點，采用水準測量方法，以所測各周期的沉陷差換算求得建築物整體傾斜度及傾斜方向。
建築物主體傾斜測量的精度可根據給定的傾斜允許值確定。其觀測周期可視傾斜速度每1~3個月觀測一次，如遇基礎附近因大量堆載或卸載、場地降雨長期積水等而導致傾斜速度加快時，需及時增加觀測次數。傾斜測量應避開日照和風荷載影響大的時間段。
第九節 GPS定位技術在變形監測中的應用
利用GPS定位技術進行變形觀測有以下優點：
（1）測站間無須通視。從而可使變形觀測網的布設更自由、方便，並可省去不少中間傳遞過渡點，節省費用。
（2）同時監測三維位移。傳統變形觀測方法隻能提供一維測量（如水準測量、引張線測量等）或二維測量（如三角網、交會測量等）結果，而GPS可以提供三維變形數據。
（3）受氣候條件影響小，可全天候觀測。這一點對於壩體變形監測、滑坡監測等尤為重要，因為在暴雨發生時，洪水及地下水位的上升對壩體及邊坡的安全威脅最大。
（4）易於實現觀測自動化。由於GPS觀測的數據采集工作是自動進行的，而且一般接收機又為用戶預留了必要的接口，故用戶可以較為方便地把GPS變形觀測係統構建成無人值守的自動觀測係統，實現從數據采集、傳輸、處理、分析、報警到入庫的全自動化。
（5）嚴格定義的參考係統。GPS變形觀測數據很容易納入嚴格定義的全球參考係統，如WGS 84或ITRF 2000等。
利用GPS技術進行變形觀測也存在一些不足之處，主要表現在：GPS信號容易受障礙物的遮擋或受多路徑誤差的影響或受到測站周圍的電磁場影響；GPS信號受大氣的影響，尤其是電離層及對流層的影響，當參考站與監測站之間的距離或高程差較大時影響比較嚴重。這些因素會造成理想的GPS測站位置和需要觀測的點位可能不一致。
一、GPS變形觀測的實施
（一）觀測站選擇與標誌建立
選擇的GPS測站位置應同時滿足變形觀測點位布設的需要及適合GPS觀測的需要兩個方麵。為了保持點位的穩定及便於長期觀測，一般應設立專門的標石。另外，GPS天線最好離開地麵一定距離，以避免或減少地麵造成的多路徑誤差。監測站與參考站應盡量靠近。
（二）GPS觀測模式的選擇
GPS用於變形觀測時，可選用定期重複觀測或連續觀測的模式。定期重複觀測模式適用於觀測較緩慢的變形，一般采用靜態相對定位的方法，數據處理與分析一般於事後進行。
使用連續觀測模式時，GPS接收機保留在測站上，連續采集數據，獲得變形觀測數據序列。雖然連續觀測模式也是對測點進行重複性的觀測，但其觀測數據是連續的，具有較高的時間分辨率。根據變形體的不同特征，GPS連續觀測可采用靜態相對定位和動態相對定位兩種方法。例如，大壩在超水位蓄洪時，可能需要實時監視其變形狀況，這時就要求觀測係統能夠實時的數據傳輸、數據處理與分析。有的觀測對象雖然對時間采樣率要求較高，但是數據解算和分析可以是事後的。如橋梁的靜荷載、動荷載試驗和高層建築物的振動測量，其觀測的目的在於獲取變形信息，數據處理與分析可以是事後進行的。
（三）數據采集與傳輸
采用定期重複觀測模式時，數據采集時一般在測站上先將數據記錄在接收機的記憶體上，回到辦公室後再將數據下載到計算機上進行處理和分析。對於連續觀測模式而言，數據采集時一般實時或定時地將觀測數據通過有線或無線通信網絡傳輸到辦公室，整個過程可在計算機控製下自動進行。
（四）GPS數據處理
對於高精度GPS變形觀測網，要想獲得滿意的結果，數據處理是關鍵的環節。不同的數據處理方法可能得到不同的處理結果，因而影響到變形值的可靠性。因此，對於高精度GPS變形觀測網，正確地進行基線處理，以及選擇正確的平差方法，確立一個對變形分析比較有利的基準，是變形觀測數據處理的關鍵。
數據處理可分為靜態數據處理和動態數據處理兩種方式。對於高精度GPS靜態數據處理，常采用高精度GPS數據解算軟件完成，比較著名的軟件有美國麻省理工學院（MIT）和加州大學聖地亞哥分校Scripps海洋研究所（SIO）研製開發的GAMIT／GL0BK軟件、瑞士BERNE大學研製開發的Bernese軟件和美國噴氣推進實驗室（JPL）研製開發的GIPSY／OASIS等。目前，GPS動態觀測數據處理主要采用的是整周模糊度動態解算法。
二、GPS定位技術在工程建築物變形觀測中的應用（一）大壩變形觀測
水庫的大壩，由於受水壓力及其他因素的影響，可能會產生形變。為了及時發現異常現象及采取措施，確保大壩安全，需要對大壩進行變形觀測。采用GPS技術進行大壩變形觀測，能大大提高觀測速度，降低觀測工作的勞動強度，能快速及時地提供觀測成果。大壩變形觀測應定期進行，當發生水庫空庫、最高水位、高溫、低溫、水位驟變、位移量顯著增大及地震、洪水等情況時，應及時增加數據采集頻率，並及時提供觀測結果。
（二）高層建築物變形觀測
高層特別是超高層建築，高寬比很大，其對抗風、抗震的要求很高。在自然和人為因素的影響下，建築物上部可能產生側向位移，為了保證建築結構的安全，特別是能承受暴風雨、強台風的襲擊，必要時，應對其進行變形監測，為建築結構的安全評價提供數據。
隨著GPS硬件和軟件的發展與完善，其在大型結構體動態特性和變形監測方麵已表現出其獨特的優越性。GPS不僅具有精度高、速度快、操作簡便等優點，而且利用GPS技術、計算機技術、數據通信技術及數據處理與分析技術進行集成，可實現從數據采集、傳輸、管理到變形分析及預報的全自動化、實時進行高層建築物的動態變形監測。
第十節 裂縫測量
建築物由於差異沉陷和其他外界因素的影響，牆體會產生裂縫，裂縫的發生和發展對結構體的影響很大。裂縫測量的任務，是在垂直於裂縫兩側附近布設觀測點，定期量測其寬度、長度、走向及發展速度，以監視建築物的安全。
當建築物多處產生裂縫時，應對裂縫進行編號，並繪製裂縫位置圖，也可用照片表示。要選擇主要的或變化大的裂縫進行觀測，每條裂縫至少布設兩組（兩側各一個標誌為一組）觀測標誌，一組在最寬處，另一組在其末端，觀測時要注明日期。
裂縫觀測標誌應具有可供量測的明晰端麵或中心。觀測期較長時，可采用鑲嵌或埋入牆麵的金屬標誌、金屬杆標誌（圖16-24）或楔形板標誌（圖16-25）；觀測期較短或要求不高時可采用油漆平行線標誌或用建築膠粘貼的金屬片標誌。
對於數量不多、易於量測的裂縫，可視標誌形式不同，用小鋼尺或遊標卡尺等工具定期量出標誌間距離求得裂縫變化值。對於較大麵積且不便於人工量測的眾多裂縫應采用近景攝影測量方法。
裂縫測量的周期應視其變化速度而定。通常開始可半月測一次，以後一月左右測一次。當發現裂縫加大時，應增加觀測次數，直至幾天或每天一次的連續觀測。