第二章变形监测技术课件.ppt

1、n矿山：可采用控制开挖量和加固等方法，避免危险性变形的发生，同事可改进变形预报模型。n地壳构造运动监测。llSmmSPlABS0ll l iilmmSilmim即：即：18ivmv0.35iilmmS 180.4540vmm0.450.35n2n 00,lll l sincoslablSabmmSPlABSPlSABab 4）激光经纬仪准直 活动觇牌 光电探测器5）波带板激光准直法 A激光点光源、C波带板装置、B光电探测器lSABLBSlBBLPlABSC 5）引张线法 在坝体廊道内，利用一根拉紧的不锈钢丝所建立的基准面来测定观测点偏离值的方法。装置：包括：端点、观测点、测线（不锈钢丝）、测线

2、保护管等 端点：墩座、夹线装置、滑轮、重锤连接装置及重锤等 观测点：浮托装置、标尺、保护箱 测线：直径为0.61.2mm的不锈钢丝 保护管：直径大于10cm的塑料管优点：可不受旁折光的影响观测：从靠近端点的第一个观测点读数，依次至测线另一端点，为一个测回 每次观测三个测回。三测回平均值中误差0.3mmAB12n双频监测器双频监测器CMPU双频监测器双频监测器双频监测器双频监测器参考点参考点单频监测器单频监测器GPS连续监测系统框图连续监测系统框图GPS自动监测系统网络结构隔河岩大坝GPS监测点位分布图测量机器人与能够定制测量计划、控制测量过程、进行测量数据处理和分析的软件系统相结合，完全可以代

3、替人完成许多测量任务。分为：固定式全自动持续监测，包括：基站、参考点、目标点、控制中心移动式半自动变形监测，有人工干预应用：三峡库区巴东滑坡监测、武汉长江二桥高塔柱变形监测三维激光扫描技术是上世纪七十年代中期开始出现的一项高新技术，它通过高速激光扫描测量的方法，快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。三维激光扫描技术又称“实景复制技术”，将任何复杂的现场环境及空间进行扫描操作，并直接将三维数据完整的采集到电脑中，进而快速重构出目标的三维模型。SlBH倾斜：i=tan=22221211222212=()2 ,2314()226758()22SBllxy

4、aaSlSllll 1)测基础相对沉陷计算倾斜 i水准测量方法测基础的不均匀沉陷）悬吊垂球测以求倾斜3）两台经纬仪交会 =4）测水平角法 21=arctanllHBSlAB1a2aa1S2SM挠度：在建筑物的垂直面 内各不同高程点相 对于底点的水平位 移称为挠度。美国纽约帝国大厦高102层，在风荷载作用下，最大摆动达7.6cm.可由观测不同高度处的倾斜换算而得。P1P2P3P4P5S1S2S3S4S5特点：测量过程简单 容易实现自动化观测和连续观测 提供的是局部的变形信息具体从 1）沉降测量 2）倾斜测量 3）应变测量 4）准直测量 5）垂线测量2.1.2 特殊的大地测量方法1）沉降测量：液体

5、静力水准测量法 AB1a2aABh2b2H1b1H1211221221()()()ABhHHababaabb1222112121()()()ABhHHababaabb2.1.2 特殊的大地测量方法 212121211+21-()2bbbbc aabbbbcAB21 得：h 得：=-为仪器常数，读数零点之差数，它取决于制造误差.电感传感器测定液面高度变化：当液面高度发生变化时，浮子带着铁心升降，由于铁心相对于电感线圈的上下移动，使线圈上的电感发生变化，用导线连接到离观测点一定距离的观测室内，再用专门的电桥将电感量的变化电压变化，遥测仪器通过量测电压的变化，便知铁心的升降量，亦即为容器液面高低的变

6、化量。光电传感器来测定液面高度变化：原理略精度可达0.01mm2）倾斜测量：倾斜仪 2.1.2 特殊的大地测量方法（1）摆式倾斜仪利用可变电感的原理制成具有：灵敏度高读数方便调整范围宽（2）气泡式倾斜仪（微距水准仪）如应用于设备基础平台的倾斜观测。B12L=L12LLMiBh（3）差动电容式电子水准器 工作原理：当玻璃管水准器倾斜时，气泡向旁边偏离，使C1C2中介质的介电常数发生变化，引起桥路两臂的电抗发生变化，因而桥路失去平衡，可用测量装置将其记录下来。这种电子水准器可固定地安置在建筑物或设备的适当位置，就能自动地进行倾斜观测。适用于作动态观测，=0.2200.m倾斜，范围形成差动电容装置1

7、32R载1Zx2Z2C1C 高频交流电压 C1C2构成桥路两臂Z1Z2为阻抗 R载为负载电阻 11.iijjjiha S倾 斜 仪 列 阵 可 用 于 测 量 地 面 的 沉 降，其 原 理如 图 所 示，第 点 的 下 沉 量 为：应变测量：设两点间距离为 ,第二周期测量时距离变化了 那么 为两点间平均线应变.当 与变形 体尺寸比很小时，则 看成为点应变.llll lll l 测 有机械法：用因瓦丝、石英棒等作为长度的标准.长 度的变化用机械电子传感器测量；精度：几十个um 干涉法：激光干涉法可测到几百米，甚至几千米.精度：10-7 应变传感器实质为导体（金属条或很窄的箔条）做法：埋设在变形

8、体中，由于变形体中的应 变使得导体伸长或缩短，从而改变了 导体的电阻.电阻变化用电桥测量，通 过测量电阻的变化就可以计算应变.l测距离变化求应变应变传感器3）应变测量2.1.2 特殊的大地测量方法4)准直测量：激光在大气中精度：10-510-6 在真空中精度：10-710-8 （1）激光经纬仪准直：方向性强，直接准直 （2）波带极激光准直：激光准直单色性好，衍射准直 （3）尼龙丝准直：尼龙丝直径0.3mm，施加1.5kg拉力 系统包括：尼龙丝拉紧装置和一个对中的读数显微镜 原理如下：在三个相邻点上用对中读数显微镜照准尼龙丝读取相对偏离值V1、V2、V3，即可计算折角1V2V3Vab12 如果逐

9、次观测三个点的偏离值，每次推进一个点，两个点重叠起连接作用，这样可按连接支导线计算导线各中间点相对于闭合边的偏离值。3121180VVVVaa ba bab（）2.1.2 特殊的大地测量方法尼龙绳准直测量的精度分析连接支导线中点（最弱点）的准直精度可用下式估算：尼龙绳准直的精度受：观测仪器误差读数误差影响气流的影响 222222111.51.22442.442VVVVVVmmmmmmmmmmSS(2)(2)248(1)ymSn nn nmn5）垂准观测 （1）光学垂准仪 （2）激光铅直仪：可用于测定高层建筑物的摆动.（3）机械法垂直准直 正垂线：将钢丝上端固定在建筑物上，下端挂有重锤浸在油箱内

10、保持重锤稳定。可利用正垂线法测定挠度。倒垂线：通过钻孔将钢丝下端固定在基础岩石中，上端和油桶中的浮子相连，在浮力的作用下被拉紧。倒垂线可作为变形观测的基准点。垂线的观测是在垂线的不同高程上设置测点，采用垂线坐标仪测出各测点与垂线之间的相对位移值，以确定建筑物的倾斜和挠曲变形。利用倒垂线还可以测定建筑物相对于基岩的移动，倒垂线可以将深处基岩的点引至地面，作为可靠、稳定的基准点。2.1.2 特殊的大地测量方法1）沉降测量：液体静力水准测量2）倾斜测量：各种电子测斜仪、机械测斜仪3）应变测量：机械电子传感器测量、激光干涉测量、应变传感器4）准直测量：激光经纬仪准直、波带板激光准直、尼龙丝准直5）垂线

11、测量：光学垂准仪、激光铅直仪、正垂线、倒垂线2.1.2 特殊的大地测量方法2.1.3.1.应用：地面摄影测量方法越来越广泛用于大型工程建筑物及滑坡灾害的变形观测。大型的工程建筑物：混凝土大坝、档土墙、高层建筑物等。空中摄影测量也有用于较大范围的地面变形测量。如：测定由于地下采矿而引起的地表移动.由于火山喷发而致的环境变化 2.1.3.2优点：可同时测定变形体的任何变形提供完全和瞬时的三维空间信息大量减少野外的测量工作量可以不需要接触被测物体可以观测到变形体以前的状态。2.1.3 地面摄影测量方法2.1.3.3 固定摄站的时间基线法固定摄站的时间基线法SXZYaaAA1）原理：2）精度：X=Z=

12、YxM xfYzM zfXMxZMzXM xZM z222()()()fxYXxZzzmmmmXM mYxfZmmM mz选定一固定摄影站，摄影时使像选定一固定摄影站，摄影时使像平面平行于变形体的变形平面，平面平行于变形体的变形平面，在相同的内外方位元素情况下在相同的内外方位元素情况下，以一定的时间间隔相继拍摄一组以一定的时间间隔相继拍摄一组像片。当目标点位移时，所得的像片。当目标点位移时，所得的像点坐标也发生变化。像点坐标也发生变化。2.1.3.3 2.1.3.3 固定摄站得时间基线法固定摄站得时间基线法上述原理适用前提：内外方位元素不变上述原理适用前提：内外方位元素不变解决的办法是：解决的

13、办法是：在物方平面上在物方平面上设置几个参考点或控制点设置几个参考点或控制点设内外方位元素不变，第设内外方位元素不变，第2次测量时像点坐标为次测量时像点坐标为x，z；而实际内外方位元素变化，第而实际内外方位元素变化，第2次测量时像点坐标测得为次测量时像点坐标测得为x*，z*设012012xxaax a zzzbbx b z 012012xxaax a zzzbbx b z 11XZMM对于控制点 x=z=参考点 x=0,z=0可解算系数可解算系数,iia b2.1.3.3 2.1.3.3 固定摄站得时间基线法固定摄站得时间基线法1110112122201222012()()()nnnnnxxv

14、aa xa zxxvaa xa zxxvaa xa z 可列误差方程可列误差方程1110112122201222012()()()nnnnnzzvbb xb zzzvbb xb zzzvbb xb z 从而即使两次测量时内外方位元素发生了变化，也可以通过上述从而即使两次测量时内外方位元素发生了变化，也可以通过上述变换解决问题。变换解决问题。012012xxaax a zzzbbx b z 012012xxaax a zzzbbx b z 有：有：1)空间前方交会法空间前方交会法2)空间后交空间后交前交法前交法3)严密解法严密解法4)直接线性变换法直接线性变换法11213101222321323

15、330122232()()()()()()()()()()()()ASASASASASASASASASASASASaXXa YYa ZZx xfaXXa YYaZZaXXa YYaZZz zfaXXa YYaZZ0111110111110222220222221122()()()()AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAxzxzxxxxxVXYZXYZzzzzzVXYZXYZxxxxxVXYZXYZzzzzzVXYZXYZ左像片左像片右像片右像片2.1.3.42.1.3.4地面立体摄影测量的解析处理方法地面立体摄影测量的解析处理方法1210()()TTTlVAxxA PAA PlDx

16、A PA000AAAAAAAAAXXXYYYZZZ1234910115678910110101l Xl Yl Zlxl Xl Yl Zl Xl Yl Zlyl Xl Yl Z11103332220333()()()()()()()()()()()()aXX sbYYscZZ sxxxfaXX sbYYscZZ saXX sbYYscZZ syyyfaXX sbYYscZZ s22201 92 103 119101122205 96 107 11910112222222201239101122222222056791011()/()()/()()/()()/()1()2 xyxyxl ll ll

17、 llllyl ll ll llllfxllllllfyllllllfffDLTDLT模型：模型：2.1.3.42.1.3.4地面立体摄影测量的解析处理方法地面立体摄影测量的解析处理方法12349101156789101111L XL YL ZLxL XL YL ZL XL YL ZLzL XL YL Z111DLTLL为系数u当DLT系数已知：在一个立体像对上，对一个目标点可列4个误差方程，从而解出三维坐标u当DLT系数未知：需布至少6个控制点，先解算出DLT系数再求目标点坐标.4)直接线性变换法直接线性变换法2.1.3.42.1.3.4地面立体摄影测量的解析处理方法地面立体摄影测量的解析处

18、理方法111111 111111111 111222222222222222222 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 .XY Zx XxY x ZXY Zz XzY z ZXYZx Xx Yx ZXYZz Xz Yz Z111222116666666666.1 0 0 0 0 xzlxlzlXYZx Xx Yx Zx1921031145961071181()()()()1()()()()xzvll x Xll x Yll x ZlxAvll z Xll z Yll z ZlzA 8lm11=1.2mm22Hmm差11=96 6822mm平移11=6

19、8=6.81010mmm平移平移11=6.8=4.822mmmm观平 移110平 移 大坝的要求列于下表：大坝的要求列于下表：测的方法和所使用的仪器。测的方法和所使用的仪器。n定量分析定量分析：11222122=T=2XXtXmtXtXXXmmkmXXkmVttVVVmt Vk 同理一般当 时，认为是有变形，否则为误差反映。XXkm 变形观测的周期（频率）取决于变形的大小、速度以及观变形观测的周期（频率）取决于变形的大小、速度以及观测的目的。变形监测频率的大小应能反映出变形体的变形规律，测的目的。变形监测频率的大小应能反映出变形体的变形规律，并可随单位时间内变形量的大小而定：并可随单位时间内变

20、形量的大小而定：变形量较大时，应增大监测频率；变形量较大时，应增大监测频率；变形量减小或建筑物趋于稳定时，则可减小监测频率。变形量减小或建筑物趋于稳定时，则可减小监测频率。大坝变形观测周期：大坝变形观测周期：人员费人员费用等。用等。地表岩石标地表岩石标平硐岩石标平硐岩石标基准点标石基准点标石钢管标钢管标深埋双金属标深埋双金属标基准点标石基准点标石000min;2();();=()(SSASASteelAluiumttttttt A0S0S00A0A00SASA00钢S铝膨胀系数两管初始长度 L；受热后各自伸长：LLLLL LLLLL故两管长度变化的差数L-L=L-L =(-)L L0)=t S

21、SAL LL2稳固建筑物的墙角水准标石稳固建筑物的墙角水准标石爆扩桩爆扩桩古树根古树根基准点标石基准点标石钢筋混凝土基础上的观测点钢筋混凝土基础上的观测点观测点标志观测点标志钢筋混凝土柱上的观测点钢筋混凝土柱上的观测点钢柱上的观测点钢柱上的观测点观测点标志观测点标志隐藏式观测点隐藏式观测点大坝廊道混凝土底板的内外钢管标点（底板厚）大坝廊道混凝土底板的内外钢管标点（底板厚）观测点标志观测点标志混凝土嵌心标点混凝土嵌心标点非冻土地区预制混凝土测点非冻土地区预制混凝土测点观测点标志观测点标志冻土地区预制混凝土测点冻土地区预制混凝土测点22200011)min)minmax()minmax()-min

22、minTXXXXXXXXXXXXXXuXXiiuXXiiXXXXV PVQQDS QSnuQDQDQEQCQ 或 D 或 （）或 的特征量A指标：tr(指标:Det(指标：指标：220000222202201),cossinsin 2()()42()221arctan(2iiiiiiiixxxyjjyxyyx xyy yix xy yxxyyxyxxyyxxyyxyxxyyqqQqqqqmqqmqqqEqqKqqqFqqKiijx点位精度 =mm 点位误差椭圆元素 其中K=ik)23)=F xyxxyyx xx yiikkikkiy xy yXXqqqqqQQQQQqqXD T2T）相对点位精

23、度 未知函数的精度 函数F方差F111111111=()()TTTTXXTTTVVLLLLTTTTTVVVBXLX QB PLB PBB PLN B PLQQB B PBBQBN BXN B PLBXLVB N B PLN B PBXBN B P LBXIBN B PQ PR 将，代入上式得：（）（）（）11111212221222121i.,nnnnnnnnniijjjiiVrrrVrrrrrrVVrL,i可见，第i个改正数不仅受第i个观测误差的影响，也受其余观测误差的影响。换句话说，某任一观测误差将对每个改正数发生影响。因此，若 上有粗差它将分摊到所有其他i*2000022=1)iiiii

24、iiiiViiiiiiiiiiiiiiiiLVrVrqrQqrrrprr2222222观测值上，而分摊到 上的只有：设观测值中只含有1个粗差，可估计为：(0000220)0:)00(0,1)3)=0)0iiiiiiiiiliiiiiiiE VRErNrruruH 0iAiiiiii（）（）1)H：E（H E（2)构造统计量：u=查分位值：令 则4）判断：如果 u，拒绝，即E（，可能存在粗差。作为度量观测值内部可靠性的指标。0li0iXX0 210i0iXX0i0i00i0.X=Q.0(X)Q(X)1-=,TliTiiB Prr 定义影响因子于是：即为描述不同观测值的外部可靠性指标。22=()11)124=,rn50.30.50.30.5(6 8)(8 10)iiVViiiiiiiiiirQ Prrrrrrr 0li0i 0）越大，则较小的粗差也能发现3）与观测值的精度成反比）越大，建网费用增加）（）总结：可靠性要求：（）21020200000000=,1=TddTddTdddXXdd gd Q dgda gg Q gag Q g 2 21 1ddX XX X变形向量 Q=Q+Q g为单位向量，表示方向。（，）令所以监测出变形向量的下界值 网的灵敏度越高，则要求观测值的精度也越高。