1、47.1 工程变形监测的基础知识1237.2 变形监测方案设计（重点）7.3 变形监测方法和自动化（重点）7.4 变形观测数据处理 第七章 工程的变形监测和数据处理7.5 变形监测资料整理、成果表达和解释（重点+难点）5教学重点教学重点：1、变形监测网和变形监测方案设计，2、变形观测数据处理，成果表达和解释77.3 变形监测方法和自动化 变形监测的基本方法 1）在全球变形监测方面：空间大地测量技术（全球定全球定位系统（位系统（GPS）、甚长基线干涉测量（）、甚长基线干涉测量（VLBI）、卫）、卫星激光测距（星激光测距（SLR)、激光测月技术（、激光测月技术（LLR）、卫星）、卫星重力探测技术等
2、技术手段）。重力探测技术等技术手段）。2）在区域性变形监测方面：全球定位系统（全球定位系统（GPS）、）、空间对地观测遥感新技术空间对地观测遥感新技术-合成孔径雷达干涉测量（合成孔径雷达干涉测量（SnSAR）。）。3）在工程和局部性变形监测方面：地面常规测量技术地面常规测量技术、地面摄影测量技术、特殊和专用的测量手段全球定、地面摄影测量技术、特殊和专用的测量手段全球定位系统（位系统（GPS）、甚。）、甚。7.3 变形监测方法和自动化 变形监测的基本方法 1）、利用常规的大地测量方法：水准、三角高水准、三角高程、三角、导线、交会等测量。程、三角、导线、交会等测量。2）、摄影测量方法：航空摄影测量
3、、近景摄影航空摄影测量、近景摄影测量、遥感。测量、遥感。3）、物理原理的方法：激光准直、液体静力水激光准直、液体静力水准量。准量。4）、空间测量技术方法：全球定位系统（全球定位系统（GPS）、甚长基线干涉测量、卫星激光测距。）、甚长基线干涉测量、卫星激光测距。监测方法和仪器的选择p 变形监测方法和仪器的选择主要取决于工程地质条件以及工程周围的环境条件，根据监测内容的不同可以选择不同的方法和仪器。p比如对于局部性的外部变形监测，高精度水准测量，高精度三角、三边、边角以及测量机器人监测系统是工程建筑物外部变形监测的良好手段和方法。而钻孔倾斜仪、多点位移仪则非常适合于工程建筑物内部的变形观测。静态监
4、测与动态监测的关系静态监测与动态监测的关系 p 1.由于观测条件的影响，静态监测一般应避开阳光太强或暴风雨的恶劣天气，而这时候才是变形体变形和振动幅度最明显的时候；动态监测是全天候的，可以监测任何时候的变形。p 2.静态监测可以不同精度监测建筑物的不同部位，而动态监测特别是GPS只能监测变形较大的位移等。p 3.静态监测体现的是相对于建筑物竣工状态的变化情况；而动态监测则是在建筑物正常运营的状态下进行的实时监控，体现了在各种荷载（特别是动荷载）情况下的瞬时状态。p 4.由于两者以上不同的特点，故静态监测与动态监测可以相辅相成，全面监测建筑物的运营状态，以达到共同监测建筑物安全的目的。常常用用监
5、监测测仪仪器器比比较较 方法仪器精度适用性评价常规大地测量方法全站仪、水准仪、经纬仪、测距仪可满足不同的精度要求。灵活性大，能适用于不同结构形式的建筑物。缺点是受地形通视和气候条件影响，难以实现自动化监测。特殊测量手段机械位移计百分表的精度0.01mm，千分表的精度0.001mm精度较高，测量过程简单，容易实现连续监测和自动化观测，能够提供局部的观测信息。但不如常规测量仪器灵活。位移传感器可以达到0.01毫米测角仪精度与距离有关，最高可达1mm可以测量建筑物的挠度、高层建筑物的倾斜、基础的沉降。准直测量一般精度10-510-6可以测量建筑物的横向位移。精度较高，且易实现自动化，但不如常规测量仪
6、器灵活。摄影测量方法摄影经纬仪精度可达毫米级观测精度低，有时不能满足要求，各监测点不同步，精度与建筑物的形状、大小有关，受自然地理条件限制。数码像机TCA测量机器人1mm1ppm能够观测建筑物的沉降、位移、倾斜量等，易于实现自动化。但测点不同步，且受气候条件影响，不能全天候监测。GPS RTK方式平面精度101ppm,垂直精度可达201ppm全天侯监测、操作简单、自动化程度高、定位速度快；缺点是平面精度高、高程精度低。选择仪器时一般要注意p 1.选择观测仪器必须从监测实际情况出发，选用的仪器应能满足监测精度的要求。p 2.在选用仪器时，既要注意环境条件，又要避免盲目追求精度。p 3.仪器应该有
7、足够的量程，一般要满足监测的要求。p 4.一般说来，电测仪器的适应性不如机械仪器仪表，而机械仪器仪表的适应性又不如光学仪器。7.3 变形监测方法和自动化 1、常规的大地测量方法 指用常规的大地测量仪器测量方向、角度、边长和高差等量所采用方法的总称。常规的大地测量仪器：光学经纬仪、光学水准仪、电磁波测距仪、电子经纬仪、电子水准仪、电子全站仪、GPS接收机等常规大地测量方法：变形监测网（GPS网、边角网），几何水准、电磁波测距三角高程测量等。电子经纬仪电子经纬仪l尼康l宾得l索佳l拓普康l徕卡DS1水准仪水准仪l全站仪lDNA数字水准仪Leica常规地面监测方法具有以下优点p1.能够提供变形体的变
8、形状态，监控面积大，可以有效地确定变形范围和绝对位移量；p2.观测量组成网的形式可以进行测量结果的处理和精度评定；p3.灵活性大，能适用于不同结构形式的变形体、不同的外界条件和不同的精度要求。p而缺点是外业工作量大，作业时间长，难于实现连续监测及测量过程的自动化。Leica全站仪 测量机器人（Measurement Robot,或称测地机器人，Georobt）是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标记忆影像等信息的智能型电子全站仪。它是在全站仪的基础上集成步进马达、CCD影像传感器构成的视频成像系统，并配置智能化的控制及应用软件发展而成的。测量机器人测量机
9、器人测量机器人进行自动化变形监测一般可采用两种方式 p(1).固定式全自动持续监测p(2).移动式半自动变形监测(1).固定式全自动持续监测p固定式全自动持续监测方式是基于一台测量机器人的有合作目标（照准棱镜）的变形监测系统，可实现全天候的无人值守监测，其实质为自动化坐标测量系统。(2).移动式半自动变形监测p 移动式半自动变形监测系统的作业与传统的观测方法一样，在各观测墩上安置仪器，输入测站点号，进行必要的测站设置，后视之后测量机器人会按照预置在机内的观测点顺序、测回数，全自动地寻找目标。测量机器人具有以下优点优点1）能够同时全方位地观测工程建筑物的三维位移，克服了以往平面位移监测和垂直位移
10、监测分别进行的缺陷。2）可以自动进行气象改正，克服气象代表性误差。由于测量都是在预定的测站和地段进行，可以较为可靠地求得大气改正的数学模型，从而有效地提高测量精度。3）建立高精度的参考站，采用差分测量方式，可以消除和减弱各种误差（外部的和仪器内部的）对测量结果的影响，大幅度地提高测量的精度。4）可以实现连续24小时自动监测，实时数据处理、分析、输出，提供图形，多点、多项目、全自动和可视化，达到亚毫米以内的精度。5）可求得被测点的三维坐标，因此根据设计方案的要求，可作全方位的预报，包括位移、沉降、挠度、倾斜等变形监测内容。6）是一套相对投资省（包括设备投资和运行中的投资）、自动化程度高、可靠性强
11、、汇报率大的现代化的监测方法。缺点是：没有多余的观测量，测量的精度随着距离的增长而显著地降低，且不易发现粗差；各测点不同步；大变形比较难以测量；实时性较差；在恶劣的天气，如大雾、暴风雨中不能进行工作等。测量机器人具有以下缺点测量机器人具有以下缺点7.3 变形监测方法和自动化 2、摄影测量方法 特点：(1)不接触被监测的变形体。(2)外业工作量小，观测时间短，快速，在具有同步装置的条件下可同时对动态目标进行多点测量 (3)信息量大，显示能力客观,能提供完全和瞬时的三维空间信息；利用率高，利用种类多；(4)仪器费用较高，数据处理对软硬件的要求较高。p观测精度低，有时不能满足要求；p各监测点不同步；
12、p精度与变形体的形状、大小有关；p受自然地理条件限制。摄影测量方法的缺点 7.3 变形监测方法和自动化 3、特殊的大地测量方法 特殊测量手段包括准直测量、铅直测量、倾斜测量、挠度测量、振动测量和应变测量等。常规的的地面测量方法相比，它们具有如下特点：1）精确地获取被测对象的变化；2）对被测对象本身的精度，要求不是很高 3）测量过程简单；4）容易实现连续监测和自动化监测；5）提供的是局部的变形信息。7.3 变形监测方法和自动化 3、特殊的大地测量方法（1）短距离和距离变化测量方法 距离小于50m，可采用机械法。如研制的金属丝测长仪，将很细的金属丝（受温度影响小）在固定拉力下绕在铟瓦测鼓上，精度优
13、于1mm。两点间在i和i+1周期之间的距离变化l：伸缩测微铟瓦线尺：由伸缩测量和拉力测量两部分组成，其测微分辨率为0.01mm，如果传递元素(铟瓦线、石英棒等)的长度a、b保持不变，则只需测微小量。l的精度可达0.02mm。7.3 变形监测方法和自动化 3、特殊的大地测量方法（1）短距离和距离变化测量方法 下图伸缩测微仪原理 7.3 变形监测方法和自动化 3、特殊的大地测量方法（2）偏离水平基准线的微距离测量准直法 1.水平基准线通常平行于被监测物体（如大坝、机器设备）的轴线。2.偏离基准线的垂直距离或到基准线所构成的垂直基准面的偏离值称偏距(或垂距)。3.测量偏距的方法称准直（测量）法。4.
14、基准线（或基准面）可用光学法、光电法和机械法产生。7.3 变形监测方法和自动化 3、特殊的大地测量方法（2）偏离水平基准线的微距离测量准直法一、光学法：用光学经纬仪或电子经纬仪的视准线构成基准线，又称视准线法（包括测小角法、活动觇牌法）。若在望远镜目镜端加一个激光发生器，则基准线是一条可见的激光束二、光电法：光电法是通过光电转换原理测量偏距，有激光经纬仪准直、波带板激光准直、尼龙丝准直系统和激光准直系统三、机械法：在基准点上吊挂钢丝或尼龙丝构成基准线，用测尺游标、投影仪或传感器测量中间目标点相对于基准线的偏距。引张线法：是一种典型的进行偏距测量的机械法。准直测量准直测量p 准直测量是提供一条基
15、准线，测量观测点相对于基准线的单向位移，可以是水平方向，也可以是垂直方向。准直测量方法由很多，有测小角法、活动觇牌法、垂线法、激光准直法和引张线法等。一、光 学 法 用光学经纬仪或电子经纬仪的视准线构成基准线，又称视准线法（包括测小角法、活动觇牌法）。若在望远镜目镜端加一个激光发生器，则基准线是一条可见的激光束。测小角法按下式计算偏距及精度：一、光 学 法采用测回法观测时，一测回所测小角的误差等于照准误差，它与眼的视力临界角（60）和经纬仪的望远镜的放大倍数V有关，即根据偏距的精度要求值和，可计算出小角的测量精度，再由望远镜的放大倍数计算小角观测的测回数。活动觇牌法：（主要考虑站牌的图案形状、
16、颜色）引张线法7.3 变形监测方法和自动化 3、特殊的大地测量方法（2）偏离垂直基准线的微距离测量 铅直法 定义：以过基准点的铅垂线为垂直基准线，测量沿铅垂基准线上的目标点相对于基准线的水平距离(亦称偏距)的方法。铅垂线可以用光学法、光电法或机械法产生。偏距可用垂线坐标仪、测尺或传感器测得。例如，两台经纬仪过同一基准点的两个垂直平面的交线即为铅垂线（参见图7-13）。用精密光学垂准仪可产生过底部基准点(底向垂准仪)或顶部基准点(顶向垂准仪)的铅垂线。光学法仪器中加上激光目镜，则可产生可见铅垂线，称激光铅直法。用经纬仪作铅直测量 机械法（正、倒垂线法）：1）正垂线法：用正垂线装置测量偏距的一种方
17、法。正垂线装置由悬线、固定与活动夹线装置、观测墩、垂线、重锤、油箱等组成。重锤在下面，固定夹线装置在上面，是悬挂垂线的支点（可与工作基点相联系），活动夹线装置由多点夹线法的观测支点构成，支点设在不同的高程面上，垂线是一种高强度且不生锈的金属丝（一般直径为12.5mm），重锤是使垂线保持铅垂状态的重物，重量为20kg200kg。油箱的作用是不使重锤旋转或摆动，保持重锤稳定。图7-14为正垂线装置图。机械法（正、倒垂线法）：2）倒垂线法：用倒垂线装置测量偏距的一种方法。倒垂线装置的重锤（称倒锤）在上面，利用钻孔将垂线（直径0.81.0mm的不锈钢丝）一端锚埋到基岩中，提供在基岩下的基准点，垂线另一
18、端与浮体葙相连，倒锤在浮力的作用下拉紧垂线，形成铅直基准线。图7-15为倒垂线装置图。正、倒垂线常常成对布设，且与工作基点相对应，利用安置在工作基点观测墩上的垂线坐标仪（图7-16）可测定工作基点相对于倒垂线的两个坐标值（x、y），求得工作基点的位移值。垂线观测多采用自动读数设备，如遥测垂线坐标仪，分辨率达0.01mm。另外，还有自动视觉系统AVS（Automated Vision System），它通过CCD自动拍摄垂线的影像确定垂线位置的变化，分辨率可达3m。机械法（正、倒垂线法）：垂准线法 p 垂准线的建立，可以利用悬吊垂球，也可以利用铅垂仪(或称垂准仪)。p 利用垂球时，是在高处的某点
19、，如墙角、建筑物的几何中心处悬挂垂球，垂球线的长度应使垂球尖端刚刚不与底部接触，用尺子量出垂球尖至高处该点在底部的理论投影位置的距离，即为高处该点的水平位移值。p 铅垂仪的构造如图所示，当仪器整平后，即形成一条铅垂视线。如果在目镜处加装一个激光器，则形成一条铅垂的可见光束，称为激光铅垂线。观测时，在低部安置仪器，而在顶部量取相应点的偏移距离。液体静力水准测量 几何水准测量是依据水平视线来测定两点间高差的，而水平视线是靠水准器调平来实现的。若直接依据静止的液体表面(水平面)来测定两点(或多点)之间的高差，则称为液体静力水准测量。22021101ghPghP液体静力水准读数方法电感式液体静力水准仪
20、示意图 (1)目视接触法。(2)电子传感器法。通过电子传感器不仅可以提高静力水准的读数精度，而且可实现测量的自动化。优点：1）连通管方法原理简单,测量变形在人工读数情况下精度可达到1mm，而用超声波液位计测量精度则远远超过人工读数的精度；2）该方法简便易行且有很高的可靠性。缺点：1）液体填充系统需在主梁内布设液压连通管，安装较为复杂；2）由于连通管内液体粘性阻力，对测点动态位移的灵敏性较差。液体静力水准优缺点水平位移观测 p测角前方交会p后方交会p极坐标法p导线法p视准线法p引张线法测角前方交会p 在变形点上不便于架设仪器时，多采用这种方法。如图所示，A、B为平面基准点，p为变形点，由于A、B
21、的坐标为已知，在观测了水平角、后，即可依下式求算p点的坐标。p 测角中误差；p D两已知点间的距离；p 206 265。p 采用这种方法时，交会角宜在60至120之间，以保证交会精度。cotcotcotcotcotcotcotcotBABApBABApxxyyyyyxxx)(sinsinsin222 Dmmpm 后方交会 p 如果变形点上可以架设仪器，且与三个平面基准点通视时，可采用这种方法。如图所示，A、B、C为平面基准点，p为变形点，当观测了水平角、后，即可依公式153计算p点坐标。BpBBpBpBBpBpxKyyyyKKbaxxxx21cot)()(BABAyyxxacot)()(BAB
22、Axxyybcot)()(BCBCyyxxccot)()(BCBCxxyyddbcak22222)sin(sinsin bacaBCcABpDDDDDDDmm采用这种方法时，需注意p点不能与A、B、C在同一圆周上，否则无定解。极坐标法 p 在光电测距仪出现以后，这种方法用得比较广泛，只要在变形点上可以安置反光镜，且与基准点通视即可。如图所示，A、B为基准点，其坐标已知，p为变形点，当测出及d以后，即可据以求出p点的坐标，由于计算方法简单，不再进行说明。p 点位中误差的估算公式为：22)(DmmmDp导线法 p 当相邻的变形点间可以通视，且在变形点上可以安置仪器进行测角、测距时，可采用这种方法。
23、通过各次观测所得的坐标值进行比较，便可得出点位位移的大小和方向。这种方法多用于非直线型建筑物的水平位移观测，如对弧形拱坝和曲线桥的水平位移观测。视准线法 p 适用于变形方向为已知的线形建(构)筑物，是水坝、桥梁等常用的方法。如图所示，视准线的两个端点A、B为基准点，变形点1、2、3等布设在AB的连线上，其偏差不宜超过2cm。变形点相对于视准线偏移量的变化，即是建(构)筑物在垂直于视准点方向上的位移。量测偏移量的设备为活动觇牌，其构造如图158所示。觇牌图案可以左右移动，移动量可在刻划上读出。当图案中心与竖轴中心重合时，其读数应为零，这一位置称为零位。p 观测时在视准线的一端架设经纬仪，照准另一
24、端的观测标志，这时的视线称为视准线。将活动觇牌安置在变形点上，左右移动觇牌的图案，直至图案中心位于视准线上，这时的读数即为变形点相对视准线的偏移量。不同周期所得偏移量的变化，即为其变形值。与此法类似的还有激光准直法，就是用激光光束代替经纬仪的视准线。引张线法 p引张线法的工作原理与视准线法类似，但要求在无风及没有干扰的条件下工作，所以在大坝廊道里进行水平位移观测采用较多。所不同的，是在两个端点间引张一根直径为0.8mm至lmm的钢丝，以代替视准线。采用这种方法的两个端点应基本等高，上面要安置控制引张线位置的V形槽及施加拉力的设备。中间各变形点与端点基本等高，在上面与引张线垂直的方向上水平安置刻
25、划尺；以读出引张线在刻划尺上的读数。不同周期观测时尺上读数的变化，即为变形点与引张线垂直方向上的位移值。倾斜观测 p 一些高耸建(构)筑物，如电视塔、烟囱、高桥墩、高层楼房等，往往会发生倾斜。倾斜度用顶部的水平位移值K与高度h之比表示，即p p 一般倾斜度用测定的K及h求算，如果确信建筑物是刚性的，也可以通过测定基础不同部位的高程变化来间接求算。p 高度h可用悬吊钢尺测出，也可用三角高程法测出。p 顶部点的水平位移值，可用前方交会及建立垂准线的方法测出。hKi 倾斜观测（1）“短基线”倾斜仪：一般用垂直摆锤或水准气泡作为参考线；不同的倾斜仪，测量精度差别很大。一般来讲，“短基线”倾斜仪的精度范
26、围是0.5“-10”，（2）“长基线”倾斜仪：一般根据静力水准的原理做成。“长基线”倾斜仪精度很高，用水作为液体的倾斜仪，每10m长可达0.01mm的精度。用水银作为液体，测量精度可达0.001。在实际工作中，应根据需要选择倾斜仪。倾斜仪连通管法倾斜仪测量示意图倾斜仪测量示意图11ijjjiSh前方交会法 p 采用前方交会法时，例如对高层楼房的墙角观测，则高处观测点与其理论位置的坐标差x、y，即为在x,y方向上的位移值，其最大位移方向上的位移值为22yxK前方交会法p 像烟囱等圆锥形中空构筑物，应测定其几何中心的水平位移，这种情况可采用图所示的方法进行。A、B为两观测站，离烟囱的距离应不小于烟
27、囱高度的两倍，并使Ap、Bp方向大致垂直。经纬仪先在A点观测烟囱底部和顶部相切两方向的值，取平均值得a、a即为通过烟囱底部和顶部中心的方向值。同样再在B点观测，得b、b。若aa，bb，则表示烟囱的上下中心不在同一铅垂线上，即烟囱有倾斜。计算出a=a-a，b=b-b，并从A、B分别沿Ap、Bp方向量出到烟囱外皮的距离DA、DB，则可按下式计算出垂直于Ap、Bp方向的偏移量eA、eB：)()(RDbeRDaeBBAA前方交会法p 式中R为烟囱底部的半径，可量出底部的周长后求得。烟囱总的偏移量e为：p 根据a、b的正负号，还可以按下式计算出偏移的方向：p 为以Ap为0按顺时针方向计量的方位角。22B
28、AeeeBAeearctan塔式建筑物的倾斜测量塔式建筑物的倾斜测量-测定顶部中心相对于底部中心的偏心测定顶部中心相对于底部中心的偏心位移量位移量 224321:2BABBBAAAAHiRDARDBaaaaBOAO烟囱倾斜度：方向倾斜分量方向倾斜分量垂准线法 p 垂准线的建立，可以利用悬吊垂球，也可以利用铅垂仪(或称垂准仪)。p 利用垂球时，是在高处的某点，如墙角、建筑物的几何中心处悬挂垂球，垂球线的长度应使垂球尖端刚刚不与底部接触，用尺子量出垂球尖至高处该点在底部的理论投影位置的距离，即为高处该点的水平位移值。p 铅垂仪的构造如图1510所示，当仪器整平后，即形成一条铅垂视线。如果在目镜处加
29、装一个激光器，则形成一条铅垂的可见光束，称为激光铅垂线。观测时，在低部安置仪器，而在顶部量取相应点的偏移距离。挠度测量p定义：相对于水平或铅垂基准线的弯曲线称挠度曲线。曲线上某点到基准线的距离称为挠度。p挠度曲线及其随时间的变化可通过倾斜测量或正、倒垂线法获得。例如，确定建筑物在垂直平面内不同高程面上的点相对于底点的水平位移称挠度曲线测量。对于高层建筑物，基础不均匀沉陷将导致建筑物倾斜，建筑物的挠度也可通过观测不同高度处的倾斜值换算得到。两点之间的倾斜也可采用测量高差（或水平位移）和两点间距离，通过计算间接获得。挠度观测 p 所谓挠度，是指建(构)筑物或其构件在水平方向或竖直方向上的弯曲值。例
30、如桥的梁部在中间会产生向下弯曲，高耸建筑物会产生侧向弯曲。p 下图是对梁进行挠度观测的例子。在梁的两端及中部设置三个变形观测点A、B及C，定期对这三个点进行沉降观测，即可依下式计算各期相对于首期的挠度值：挠度观测)()(ACBAAABessLLLssF 观测点间的距离；观测点的沉降量。BALL、CBAsss、挠度观测p 沉降观测的方法可用水准测量，如果由于结构或其他原因，无法采用水准测量时，也可采用三角高程的方法。p 桥梁在动荷载(如列车行驶在桥上)作用下会产生弹性挠度，即列车通过后，立即恢复原状，这就要求在挠度最大时测定其变形值。为能测得其瞬时值，可在地面架设测距仪，用三角高程法观测，也可利
31、用近景摄影测量法测定。p 对高耸建(构)筑物竖直方向的挠度观测，是测定在不同高度上的几何中心或棱边等特殊点相对于底部几何中心或相应点的水平位移，并将这些点在其扭曲方向的铅垂面上的投影绘成曲线，就是挠度曲线。水平位移的观测方法，可采用测角前方交会法、极坐标法或垂线法。倾斜仪测挠度倾斜仪测挠度裂缝观测裂缝观测1.当挠度过大建筑物会由于剪切破坏产生裂缝，这时除增当挠度过大建筑物会由于剪切破坏产生裂缝，这时除增加沉降观测次数，还应进行裂缝观测。加沉降观测次数，还应进行裂缝观测。2.混凝土大坝和土坝的裂缝观测十分重要。对于重要的裂混凝土大坝和土坝的裂缝观测十分重要。对于重要的裂缝，确定裂缝位置、走向、长
32、度、宽度等。缝，确定裂缝位置、走向、长度、宽度等。裂缝观测裂缝观测3、一般用游标卡尺定期地测定两个标志头之间距离的变化，确定裂缝的发展情况。观测次数与裂缝的部位、长度、宽度、形状和变化情况有关，应与温度、水位和其他监测结合进行。4、对于建筑预留缝和岩石裂缝，一般预埋内部测微计和外部测微计。测微计由金属丝或铟瓦丝与测表构成，其精度可优于0.01mm 振动观测1、高层（或塔式）建筑物，在温度和风力荷载作用下，会产生振动或来回摆动，从而需要进行振动（摆动）观测。桥梁也需进行振动观测，特高的房屋建筑如美国的帝国大厦（102层），在风荷载下，最大摆动达7.6cm。2、一般采用光电测量系统和全球定位系统作
33、持续动态观测。日照和风振变形监测p 建筑物日照变形因建筑的类型、结构、材料以及阳光照射方位、高度不同而异。如湖北一座183m高的电视塔，24h的偏移达130mm；四川某饭店，高仅18m，阳面与阴面温差达11时，顶部位移达50mm；而广州一座100多米的建筑，24h的偏移仅20mm。p 日照变形测量在高耸建筑物或单柱受强阳光照射或辐射的过程中进行，应测定建筑物上部由于向阳面与背阴面温差引起的偏移及其变形规律。p 日照变形测量的时间，宜选在夏季的高温天进行。一般观测项目，可在白天时间段进行，每隔约1小时观测一次；对于有科研要求的重要建筑物，可在全体24h内每隔约1小时观测一次。每次观测的同时，应测
34、出建筑物向阳面与背面的温度，并测定风速与风向。一、日照变形观测风振变形测量p风振观测应在高层、超高层建筑物受强风作用的 时间阶段同步测定建筑物的顶部风速、风向和墙面风压以及顶部的水平位移，宜获得风压分布、梯形系数记风振系数。宜选用的方法p激光位移计自动测记法p长周期拾振测记法p加速计法pGPS差分载波相位法p经纬仪测角前方交会法或方向差交会法。三维激光扫描测量1、三维激光扫瞄仪本质上也是一种测距测角仪器，通过极坐标和交会原理快速地获取物体的三维坐标。2、激光扫描仪LR200（也称调频相干激光雷达）可提供水平角、垂直角和距离三个观测值。经坐标转换和建模，可输出被测对象的各种数字模型，并转换到CA
35、D成图。3、在工程建筑变形监测方面将成为一种重要的方法得到应用。三维激光扫瞄仪HDS4500HDS45003D激光扫描技术传统的测量仪器的缺点：1 不能满足高密度三维坐标采集和“逆向工程（实际物体到几何建模的直接转换）”的需要.2 需要采用接触式的测量方式，因此测量速度不可能很快。激光扫描仪p 21世纪初，美国Cyra公司推出三维测量的激光扫描仪Cyrax，有点类似于无合作目标全站仪的测量模式，但速度更快。激光扫描仪都带有丰富的后处理软件，通过测得的三维“点云”数据，可以直接生成物体表面的三维CAD模型，实现了大型目标实体及实景、建筑物和地形测量实时三维仿真模型建立和可视化。但Cyrax的坐标
36、测量精度为6mm，只和普通全站仪的精度相当，其他厂家也相继推出了类似的产品。下图为不同厂家激光扫描仪的外形p 2002年，瑞士徕卡公司推出了精度更高的激光扫描仪LR200，也称为调频相干激光雷达扫描仪或激光雷达。该仪器应用于测量中，但其测量精度与激光跟踪仪相当。图为LR200激光雷达。激光扫描仪为何用3维激光扫描?ILRIS 3D全数字三维激光扫描仪全数字三维激光扫描仪激光类型：一级激光，安全无害激光类型：一级激光，安全无害Class I Laser at all mode(IEC 60825-1,Am2,US FDA 21 CFR 1040)扫描精度：扫描精度：3mm 仪器重量：仪器重量：1
37、2kg扫描范围：扫描范围：1500 m 80%反射率目标反射率目标 800 m 20%反射率目标反射率目标 350 m 4%反射率目标反射率目标参考价格：参考价格：2525万美元万美元生产产地：日本生产产地：日本ILRIS-3D操作过程 回到办公室后将记录数据的回到办公室后将记录数据的CFCF卡从仪器中取出，卡从仪器中取出，插入计算机中读取，将从不同角度扫描的数据找出插入计算机中读取，将从不同角度扫描的数据找出重合的特征点，将三维点云数据拼接在一起，并可重合的特征点，将三维点云数据拼接在一起，并可叠加上数码照片，方便判读，再找出叠加上数码照片，方便判读，再找出三个特征点三个特征点，赋予其三维坐
38、标值，即确定整个扫描数据的三维坐赋予其三维坐标值，即确定整个扫描数据的三维坐标系统标系统ILRIS-3D替代传统作业方式的优势替代传统作业方式的优势1、单人即可作业，且只需架设好仪器后设定扫描范围等参数，作业人员就可休息待仪器自行收集数据2、精度高，扫描范围远，不需接触即可作业3、三维数据和彩色数码图片相对应，量大且明细，形象、全面、直观4、扫描速度快，对收集动态数据尤为有效ILRIS-3D应用文物古迹抢救性备份资料共扫描共扫描25次次-内部和外部内部和外部扫描时间扫描时间-1 天天ILRIS-3D应用三维数字城市数据收集三维数字城市数据收集ILRIS-3D应用大型工程竣工测量大型工程竣工测量
39、ILRIS-3D应用大型构筑物变形大型构筑物变形监测监测 不同时期扫描的点云数据拼接重叠后，很方便地计算出每一个细部点的变形情况，以助判断是否安全运行，并确诊故障部位，辅助维护方案制定，可用于公路桥、铁路桥、水坝、厂矿等各种构筑物变形监测。对大坝等受水位影响适时动态扫描分析特别有效ILRIS-3D应用灾害现场分析灾害现场分析 通过不断扫描分析，判断通过不断扫描分析，判断现场哪些部位还会出现坍塌，现场哪些部位还会出现坍塌，哪些区域可能还有存活希望较哪些区域可能还有存活希望较大的人员待救护大的人员待救护,分析滑坡体分析滑坡体内部力学结构，是否仍存在滑内部力学结构，是否仍存在滑动的可能性。对一些已被
40、破坏动的可能性。对一些已被破坏的物体进行扫描，获取三维数的物体进行扫描，获取三维数据后在计算机中拼接，分析破据后在计算机中拼接，分析破坏原因，并对破坏过程进行模坏原因，并对破坏过程进行模拟重现拟重现ILRIS-3D应用工程量核算工程量核算ILRIS-3D应用二维或三维图件扫描绘制二维或三维图件扫描绘制7.3 变形监测方法和自动化4、变形监测的自动化变形监测为什么要求自动化？1、变形速度太快；2、监测点太多。需要同一时刻获得许多个测点上的变形；3、监测间隔太短。变形过程需要大量短时间间隔的观测数据描述；4、监测环境太恶劣。噪声、高压、高热、高磁场或人无法到达；5、监测不能影响生产和运行管理。测量
41、机器人p能连续或定时对多个合作目标进行自动识别、照准、跟踪、测角、测距和三维坐标测定的自动跟踪全站仪称为测量机器人(GEOROBOT)。测量机器人自动化程度高，能全天候工作，特别适应于工程开挖体及各种建(构)筑物的变形测量。动态监测模式1TCA动态变形监测系统 工作方式工作方式 p（1）逐点扫描；p（2）后方交会。某大坝的变形测量机器人系统 动态监测模式系统组成系统组成 某大坝的变形测量机器人系统，该系统由3套高精度自动测距系统、数据通讯设备、反射棱镜组、系统软件、中央控制室主计算机、频率校准仪、高精度通风温度计、数字气压计、数字湿度计等组成。工作原理 全站仪测量系统应用举例 自动变形监测系统
42、系统 ADMS ADMS ADMS（Automatic Deformation Monitoring System）自动变形监测软件是在学习、消化、吸收瑞士Leica公司研制的自动极坐标测量系统APSWin（Automatic Polar System for Windows）的基础上，通过实际的工程应用，并结合国内用户的实际需求，研制出的本地化的智能型自动变形监测中文软件。4.3 自动变形监测系统系统ADMS 自动全站仪 通讯及供电 控制计算机 基准点1 基准点2 基准点n 变形点1 变形点m 监测站控制机房基岩上变形体ADMS系统配置图 全站仪测量系统应用举例 自动变形监测系统系统 ADMS ADMS 4.3 自动变形监测系统系统ADMS ADMS 自动测量界面 全站仪测量系统应用举例 自动变形监测系统系统 ADMS ADMS 4.4 全站仪测量系统应用举例 1、大坝及边坡监测 全站仪测量系统应用举例 自动变形监测系统系统 ADMS ADMS3、地铁形变监测2、大桥变形监测 4.4 全站仪测量系统应用举例 全站仪测量系统应用举例 自动变形监测系统系统 ADMS ADMS沉沉降降观观测测现现场场在在施施工工现现场场进进行行沉沉降降观观测测中央彩电发射塔倾斜与日照变形观测
