1、河南城建学院测绘与城市空间信息系第二章 变形监测方法主要内容：主要内容：2.1 水平位移监测方法水平位移监测方法 2.2 垂直位移监测方法垂直位移监测方法 2.3 内部变形监测方法内部变形监测方法 2.4 变形监测方法的选择变形监测方法的选择掌握各种方法的特点。掌握各种方法的特点。河南城建学院测绘与城市空间信息系（1）常规大地测量方法（2）基准线法（3）专用测量法（4）GPS测量法（5）摄影测量法2.1 水平位移监测方法水平位移监测方法河南城建学院测绘与城市空间信息系2.1.1 常规大地测量方法 地面监测方法主要是指用常规测量仪器(经纬仪、测距仪、水准仪、全站仪)测量角度、边长和高程的变化来测
2、定变形量，它们是目前变形监测的主要手段。极坐标法、交会法监测变形体的二维（X、Y方向）水平位移；精密导线法。河南城建学院测绘与城市空间信息系 为减少方位角的传算误差，提高测角效率，可采用隔点设站的办法，减少导线点数。1 1、精密导线测量、精密导线测量 精密导线法是监测曲线形建筑物（如拱坝等）水平位移的重要方法。由于导线的两个端点之间不通视，无法进行方位角连测，故一般需设计倒垂线控制和校核端点的位移。2.1.1 常规大地测量方法河南城建学院测绘与城市空间信息系精密导线的转折角测量是通过高精度经纬仪观测。边长大多采用特制铟钢尺进行丈量，也可利用高精度的光电测距仪进行测距。观测前，应按规范的有关规定
3、检查仪器，在洞室和廊道中观测时，应封闭通风口以保持空气平稳，观测的照明设备应采用冷光照明，以减少折光误差。观测时，需分别观测导线点标志的左右侧角各一个测回，并独立进行两次观测，取两次读数中值为该方向观测值。边角导线的边长一般不宜大于320m，边数不宜多于20条，同时要求相邻两导线边的长度不宜相差过大。2.1.1 常规大地测量方法河南城建学院测绘与城市空间信息系精密导线测量2.1.1 常规大地测量方法河南城建学院测绘与城市空间信息系交会法是利用2个或3个已知坐标的工作基点，测定位移标点的坐标变化。该方法具有观测方便、测量费用低、不需要特殊仪器等优点，特别适用于人难以到达的变形体的监测工作，如：滑
4、坡体、悬崖、坝坡、塔顶、烟囱等。该方法的主要缺点是测量的精度和可靠性较低，高精度的变形监测一般不采用此方法。该方法分为前方交会和后方交会。其中都包括测角交会、测边交会和边角交会三种方法。2、交会法测定建筑物的水平位移、交会法测定建筑物的水平位移2.1.1 常规大地测量方法河南城建学院测绘与城市空间信息系cotcotcotcotcotcotcotcotBABApBABApxxyyyyyxxx计算公式：)(sinsinsin222 Dmmp精度估算公式：（1）测角前方交会法2.1.1 常规大地测量方法测角交会误差椭圆：河南城建学院测绘与城市空间信息系 1.采用这种方法时，交会角宜在60至120之间
5、，以保证交会精度。2.一般来说，当图形较好（交会角接近90）、交会边长100m左右时，用DJ1型仪器观测6个测回，则位移值测定中误差将不超过1mm。3.目前前方交会法中，除了上述的角度交会外，尚有应用光电测边交会的，其交会角的要求同角度交会，但影响边长精度的因素较多，其稳定性较差。测角前方交会法注意事项：2.1.1 常规大地测量方法河南城建学院测绘与城市空间信息系（2）测边前方交会法，设方位角为已知，那么：APAPAPAPbyybxxsincos22sin1bapmmm在使用该法时应注意下列几点：角通常应保持在60至120之间；测距要仔细，以减小测边中误差ma和mb；交会边长度a和b应力求相等
6、，且一般不宜大于600m2.1.1 常规大地测量方法AB河南城建学院测绘与城市空间信息系测边交会特点：1.测边交会精度的变化较小，即受图形结构的影响较小，而测角交会精度受图形影响较大，所以测边交会在实际工作中使用价值更好些；2.测边精度相对于测角交会来讲更高些；3.此外，对某些特殊变形观测点，仅靠测角交会或者测边交会不能满足其精度要求时，可采用边角交会法（同时测量角度和距离），这样可以有效提高对这些特殊观测点的测量精度。总之，对于测角交会、侧边交会、边角交会三者之间的关系为：2.1.1 常规大地测量方法边角边角mmm河南城建学院测绘与城市空间信息系BpBBpBpBBpBpxKyyyyKKbax
7、xxx2122222)sin(sinsin bacaBCcABpDDDDDDDmm计算公式：计算公式：精度估算公式：精度估算公式：cot)()(BABAyyxxacot)()(BABAxxyybcot)()(BCBCyyxxccot)()(BCBCxxyyddbcak2.1.1 常规大地测量方法河南城建学院测绘与城市空间信息系iiPiiiPisyysxxsincos（4）自由设站法监测建筑物的水平位移）自由设站法监测建筑物的水平位移2.1.1 常规大地测量方法自由设站法自由设站法=后方交会后方交会+极坐标法极坐标法自由设站法常用于工作基点不便于埋设的地方，如基坑监测。自由设站法常用于工作基点不
8、便于埋设的地方，如基坑监测。河南城建学院测绘与城市空间信息系工作基点到位移监测点的边长不能相差太大，应大致相等，且与监测点大致同高，以免视线倾角过大，影响测量的精度。仪器视线应离开建筑物一定距离；交会边的视线应离地面或障碍物在1.2m以上。各期变形观测应采用相同的测量方法、固定测量仪器、固定观测人员；应对目标觇牌图案进行精心设计；采用角度前方交会法时，应注意交会角要大于30，小于150；为提高测量精度，有条件最好采用边角交会法。交会法测量注意事项：2.1.1 常规大地测量方法河南城建学院测绘与城市空间信息系如图所示，A、B为基准点，其坐标已知，p为变形点，则：点位中误差的估算公式为：22)(D
9、mmmDp3 3、全站仪三维变形监测、全站仪三维变形监测iVSZZVSYYVSXXPPPcossinsincossin0002.1.1 常规大地测量方法河南城建学院测绘与城市空间信息系全站仪全站仪三维定点的精度分析三维定点的精度分析 222222202222222222222222222222222222sincovsinsincovcovsinsinsincovcovsinsincossinVSzSPVSYVSXmVSmVmmSmVmmVSmVSmVmmVSmVSmVmPPP设0mmmV,DbamS因采用无仪高作业法故0im根据误差传播定律，得：对于全站仪，采用盘左盘右坐标取平均，且m。=2
10、“，ms=3+2ppmD代入上式计算，2.1.1 常规大地测量方法河南城建学院测绘与城市空间信息系2.1.1 常规大地测量方法河南城建学院测绘与城市空间信息系视准线法激光准直法引张线法倒垂线法测小角法 活动觇牌法基准线法基准线法2.1.2 基准线法河南城建学院测绘与城市空间信息系（一）视准线法（一）视准线法l1.1.测小角法测小角法2.1.2 基准线法 测小角法（测微器法）是利用精密经纬仪精确地测出基准线与置镜点到观测点视线之间所夹的微小角度，并按下式计算偏离值 ：iisl河南城建学院测绘与城市空间信息系 活动觇牌法同测小角法一样，只是不测角，而是直接量出偏离值。活动觇牌读数尺上最小分划为1m
11、m，用游标可以读到0.1mm。2.2.活动觇牌法活动觇牌法2.1.2 基准线法河南城建学院测绘与城市空间信息系3.3.视准线法观测的精度要求视准线法观测的精度要求iiisl由:中误差式：222222211siiiilimmsm相对于测小角i来说，测量具有足够精度的边长is比较容易，故假定：siiiimms131iiliilisilsmmm16.316.3于是得出：写成相对误差：iliisilmsm16.32.1.2 基准线法河南城建学院测绘与城市空间信息系mmmli5.0mmli40iilimsm1照准误差 旁折光 分段基线法观测当采用测回法时，一测回所测小角的误差为：一般认为：Vmv/06
12、可以忽略 当 时，边长的相对误差也仅要求1/1000，通常以1/2000的精度丈量边长就可以完全满足其精度要求，所以在测小角中，边长只需丈量一次，在以后的各周期观测中，此值可以认为不变。mmli10 如果要求 ，且设偏离值 ，则有，vmm 2.1.2 基准线法250116.3iliisilmsm河南城建学院测绘与城市空间信息系当基准线（超过500m）很长时，采用分段基线法观测。一方面为了减少旁折光的影响，对观测时间的选择和气象条件要求更加严格；另一方面为了在基准线很长时能获得较高的观测精度，可以采用分段进行观测。分段基线观测法分段基线观测法2.1.2 基准线法河南城建学院测绘与城市空间信息系解
13、：将已知数值代入上述公式，可求得：mm3.0iilimsm1iliismm【例1】设某观测点到端点（置镜点）距离为100m，若要求测定偏离值的精度为试问用测小角度法观测时，测量小角度的精度应为多少？。2.1.2 基准线法26.0 m河南城建学院测绘与城市空间信息系【例2】续例1，若设倍数为40倍的DJ1型精密经纬仪观测时，小角度至少应观测几个测回？所以要使小角度达到的测量精度，则小角度观测的测回数n应满足下式：由上式求得，即小角度应至少观测6个测回。，则当采用望远镜放大5.14060601 vmmvvmv6026.0 9.5n26.05.11 nnmm解：先计算得小角度观测一测回的中误差为：2
14、.1.2 基准线法河南城建学院测绘与城市空间信息系（二）（二）引张线法引张线法2.1.2 基准线法 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的偏离值的引张线法，可以不受旁折光的影响。河南城建学院测绘与城市空间信息系引张线观测点 引张线的端点 2.1.2 基准线法河南城建学院测绘与城市空间信息系引张线法的特点引张线法的特点两个端点应基本等高，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划尺；以读出引张线在刻划尺上的读数。通常观测是从靠近端点的一个观测点开始读数（读一次），一次观测到测线的另一端观测点为一测回，每期观测三测回，各测回互差的限值为2mm，三测
15、回平均值的中误差约为 0.03mm。该方法需要不少的装置，费用较高，但精度亦高。2.1.2 基准线法河南城建学院测绘与城市空间信息系（三）（三）激光准直法激光准直法激光准直法根据其测定偏离值的方法不同，可分为“激光经纬仪准直法”与“波带板激光准直法”。在大气条件下，激光准直的精度一般为10-5-10-6。在真空条件下，激光准直的精度可达10-7-10-8。激光经纬仪2.1.2 基准线法光电探测器 激光经纬仪准直法河南城建学院测绘与城市空间信息系波带板激光准直系统波带板激光准直系统主要由激光器点光源、波带板和接收靶三部分组成。2.1.2 基准线法河南城建学院测绘与城市空间信息系波带板波带板(a)
16、(a)圆形波带板圆形波带板(b)(b)方形波带板方形波带板波带板的形式有圆形和方形两种，其作用是把从激光器发出的一束单色相干光会聚成一个亮点（圆形波带板）或十字亮线（方形波带板），它相当于一个光学透镜。激光准直测量2.1.2 基准线法LU河南城建学院测绘与城市空间信息系常规地面监测方法具有以下优点 1.能够提供变形体的变形状态，监控面积大，可以有效地确定变形范围和绝对位移量；2.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；3.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。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。河南城建学院测绘与城
17、市空间信息系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。图为TCA2019，测角精度0.5秒，测距精度为1+1ppm。2.1.3 2.1.3 测量机器人测量机器人河南城建学院测绘与城市空间信息系全站仪观测2.1.3 2.1.3 测量机器人测量机器人河南城建学院测绘与城市空间信息系测量机器人进行自动化变形监测一般可采用两种方
18、式(1)固定式全自动持续监测全站仪观测2.1.3 2.1.3 测量机器人测量机器人(2)移动式半自动变形监测河南城建学院测绘与城市空间信息系自动极坐标差分处理的基本原理是：每一个测量周期均按极坐标的方法测量工作基点和变形测点的斜距、水平角和垂直角，将监测站点至具有气象条件代表性参照的工作基点测量值与其初始值相比，求得差值。由于变形观测采用同样的仪器和作业方法，并且工作基点均埋设在基岩上，可以认为工作基点是稳定的，故将这一差值看作是受大气压力、温度及仪器等各种因素影响的结果。自动极坐标差分数据处理自动极坐标差分数据处理全站仪观测2.1.3 2.1.3 测量机器人测量机器人距离的差分改正距离的差分
19、改正高差的高差的差分改正差分改正角度的差分改正角度的差分改正河南城建学院测绘与城市空间信息系jjjdddd0pppdddd 由于监测站和工作基点建立在基岩上，可以认为它们之间的距离是稳定不变的。两者间的差异可以认为是因气象条件变化引起的，按下式可求出气象改正比例系数：经气象差分改正后的真实斜距为：为了保证距离气象改正比例系数的可靠性和准确性，实际测量工作中，应取2个以上基准点测定的距离气象改正比例系数的中数，用于变形点距离测量的差分气象改正。距离的差分改正距离的差分改正全站仪观测基准距离实测距离河南城建学院测绘与城市空间信息系测量机器人具有以下优点1）能够同时全方位地观测工程建筑物的三维位移，
20、克服了以往平面位移监测和垂直位移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
21、的投资）、自动化程度高、可靠性强、汇报率大的现代化的监测方法。河南城建学院测绘与城市空间信息系缺点是：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河南城建学院测绘与城市空间信息系2.1.4 地面摄影测量方法 用地面摄影测量方法测定工程建筑物、构筑物、滑坡体等的变形，就是在变形体周围选择稳定的点，在这些点上安置摄像机，并对变形体进行摄影，然后通过内业量测和数据处理得到监测点的二维或三维坐标，比较不同时刻监测点的坐标得到它们的位移。河南城建学院测绘与城市空间
22、信息系摄影测量方法的优点外业时间短，劳动强度小。视作业的目的不同,作业方法有较大的灵活性；像片信息丰富,显示能力客观,能提供完全和瞬时的三维空间信息；在具有同步装置的条件下可对动态目标进行测量；可以不需要接触被测物体；对控制点的布设及精度要求较高,但与传统的大地测量相比,可大大减少外业工作量；像片可长期保存,有利于检查,分析及对比。2.1.4 地面摄影测量方法河南城建学院测绘与城市空间信息系 观测精度低，有时不能满足要求；各监测点不同步；精度与变形体的形状、大小有关；受自然地理条件限制。摄影测量方法的缺点 2.1.4 地面摄影测量方法河南城建学院测绘与城市空间信息系2.1.5 全球定位系统(G
23、PS)测量技术 GPS静态观测精度与观测时间成正比，如观测12h，其水平精度优于1mm，垂直精度优于1.5mm，观测6h，其水平精度优于0.5mm，垂直精度优于1mm。目前，GPS RTK的监测精度提高到厘米水平（水平精度1cm，垂直精度2cm）。随着GPS接收机硬件性能的提高和软件处理技术的进步，GPS相对定位的精度从以前的107提高到109量级。进入20世纪90年代以来，由于GPS定位技术具有测站间无须通视、观测不受气候条件限制，可同时测定点的三维坐标，自动化程度高等特点，GPS技术逐渐成为变形监测中的一种重要手段。河南城建学院测绘与城市空间信息系全球GPS地球动力学服务机构观测的板块运动
24、速率图2.1.5 全球定位系统(GPS)测量技术河南城建学院测绘与城市空间信息系大坝外观变形GPS自动化监测系统2.1.5 全球定位系统(GPS)测量技术河南城建学院测绘与城市空间信息系GPS用于变形监测的作业方法 经典静态测量方法 动态（RTK）测量方法。2.1.5 全球定位系统(GPS)测量技术河南城建学院测绘与城市空间信息系GPS变形监测的特点（1）监测站之间无需通视。（2）全天候监测，GPS定位不受气候条件的限制，可以在大雾、暴风雨中进行监测。（3）可同时提供监测点的三维位移信息。（4）GPS测定位移操作简单、自动化程度高。（5）GPS定位速度快、精度高。2.1.5 全球定位系统(GP
25、S)测量技术河南城建学院测绘与城市空间信息系思考题1.测量机器人用于变形监测的方式有哪些？有什么优缺点？2.gps用于变形监测的方式有哪些？有什么优缺点？3.gps高程精度不高，为什么可以用于变形监测？4.目前变形监测的主要方法是什么？有什么优缺点？河南城建学院测绘与城市空间信息系（1）水准测量法（2）三角高程测量方法（3）液体静力水准测量（4）GPS测高法2.2 垂直位移监测方法垂直位移监测方法河南城建学院测绘与城市空间信息系 水准观测的主要技术要求水准测量方法是高精度沉降监测的主要方法。2.2 2.2 垂直位移监测方法垂直位移监测方法河南城建学院测绘与城市空间信息系2.2.2三角高程测量法
26、三角高程测量法tanABhsiv 2.2 2.2 垂直位移监测方法垂直位移监测方法河南城建学院测绘与城市空间信息系2.2.3 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。22021101ghPghP2.2 2.2 垂直位移监测方法垂直位移监测方法河南城建学院测绘与城市空间信息系液体静力水准读数方法电感式液体静力水准仪示意图 (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。2.2 2.2 垂直位
27、移监测方法垂直位移监测方法河南城建学院测绘与城市空间信息系 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2.2 2.2 垂直位移监测方法垂直位移监测方法河南城建学院测绘与城市空间信息系 GPS大地高用于垂直位移监测。由GPS定位获得的是大地高，而且用户需要的是正常高或正高，它们之间有以下关系：v大地高与正高之间的关系可以表示为：v大地高与正常高之
28、间的关系可以表示为：2.2.4 全球定位系统(GPS)测量技术-H大地高正常高hNh-H大地高正高jijijihHHHHhhd正常高正常高正常高正常高正常高正常高)()(河南城建学院测绘与城市空间信息系内部变形监测内容主要有：内部位移监测 应力/应变监测 地下水位监测 渗流量监测 挠度监测2.3 2.3 内部变形监测方法内部变形监测方法河南城建学院测绘与城市空间信息系 分层沉降监测的主要方法为沉降仪和深式测点组观测。1 1、分层沉降监测方法、分层沉降监测方法河南城建学院测绘与城市空间信息系 分层水平位移监测的常用方法有侧斜仪、引张式位移计和正、倒垂线测量。2 2、分层水平位移监测方法、分层水平
29、位移监测方法1传感器2电缆3导管接头4钻孔5导管6灌浆7导轮8管初始位置线9传感器测斜仪工作原理示意图测斜仪工作原理示意图河南城建学院测绘与城市空间信息系3 3应力应力/应变监测方法应变监测方法 应用其工作原理可以分成两类：通过测量两点间距离的变化来计算应变；机械法：用铟钢丝、石英棒等作为长度标准，长度的变化用机械电子传感器测量。精度一般为几十微米。激光干涉法可以测到几百米，甚至几千米，测量精度在 以上，真空中可达4 。直接用传感器测量应变。实质上是一个导体（金属条或很窄的箔条），埋在变形体中，由于变形体的应变使得导体伸长或缩短，从而改变了导体的电阻。导体电阻的变化用电桥测量，通过测量电桥的变
30、化就可以计算应变。7101010河南城建学院测绘与城市空间信息系百分表百分表1短针齿轮；2齿轮弹簧；3长针；4测扦；5测秆弹簧；6、7、8齿轮3 3应力应力/应变监测方法应变监测方法河南城建学院测绘与城市空间信息系振弦式多点位移计振弦式多点位移计3 3应力应力/应变监测方法应变监测方法河南城建学院测绘与城市空间信息系钢筋应力计土压力盒3 3应力应力/应变监测方法应变监测方法河南城建学院测绘与城市空间信息系4 4、渗流监测方法、渗流监测方法 渗流量观测包括渗漏水的流量及其水质观测。水质观测中包括渗漏水的温度、透明度观测和化学成分分析。河南城建学院测绘与城市空间信息系垂线法5 5、挠度监测、挠度监
31、测河南城建学院测绘与城市空间信息系正垂线测量挠度正垂线测量挠度倒垂线测量挠度倒垂线测量挠度大坝挠度测量大坝挠度测量准准直直测测量量5 5、挠度监测、挠度监测河南城建学院测绘与城市空间信息系正垂线装置正垂线装置准准直直测测量量倒垂线装置倒垂线装置5 5、挠度监测、挠度监测河南城建学院测绘与城市空间信息系6.特殊测量手段特点 特殊测量手段包括准直测量、倾斜测量和应变测量三种。和常规的的地面测量方法相比，它们具有如下的特点：1）测量过程简单；2）容易实现连续监测和自动化监测；3）提供的是局部的变形信息。河南城建学院测绘与城市空间信息系 在大气条件下，激光准直的精度为105106，提高精度的主要障碍是
32、大气折光的影响。在真空条件下，准直精度可达107108。水平激光准直广泛用于大坝等线性工程建筑物的变形观测。在没有气流影响的地方，也可以用钢丝或尼龙丝准直，由于它们不受折光的影响，精度也能达到106。垂直激光准直（激光铅直仪）可用于测定高层建筑物的摆动。机械法准直有正锤和倒锤两种，他们用于观测建筑物的挠度和倾斜。目前，锤线观测多采用自动读数设备，遥测锤线坐标仪分辨率为0.01mm。另外，还有“自动视觉系统”AVS(Automated Vision System)，它们采用固态照像机，自动拍摄锤线的影像，从而确定锤线位置的变化，分辨率为3m。美国加州的几个坝的监测均采用这种观测系统。6.特殊测量
33、手段特点河南城建学院测绘与城市空间信息系特殊测量方法的缺点 位移传感器是一种接触型传感器，必须与测点相接触，对于难以接近的点无法测量；对横向位移测量有困难；加速度传感器，对于低频静态位移鉴别效果差，为获得位移必须对它进行两次积分，精度不高；激光干涉法测量精度较高，但在动态观测时由于无法捕捉光点也无法测量等；测量的是多是局部变形量、单项位移；安装、布设较为复杂。6.特殊测量手段特点河南城建学院测绘与城市空间信息系2.4 2.4 动态变形监测系统动态变形监测系统 1 测量机器人 2 实时动态GPSRTK法 3 数字摄影测量方法 4 液体静力水准测量 5 3D激光扫描技术河南城建学院测绘与城市空间信
34、息系2.2.1 测量机器人TCA动态变形监测系统工作方式：工作方式：（1）逐点扫描；（2）后方交会。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极坐标法（逐点扫描）极坐标法（逐点扫描）2.4 2.4 动态变形监测系统动态变形监测系统河南城建学院测绘与城市空间信息系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。后方交会法后方交会法2.4 2.4 动态变形监测系统动态变形监
35、测系统河南城建学院测绘与城市空间信息系全站仪测量系统应用举例自动变形监测系统系统 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。河南城建学院测绘与城市空间信息系 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 ADM
36、S ADMS章河南城建学院测绘与城市空间信息系 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 ADMS章 全站仪测量系统的开发与应用3 自动变形监测系统系统ADMS 河南城建学院测绘与城市空间信息系3、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章 全站仪测量系统的开发与应用3 自动变形监测系统系统ADMS 河南城建学院测绘与城市空间信息系提高测距精度采取的措施1非比例误差 通过利用光电测距仪检定中心严格的室内仪器检定，监测现场强制对中、在反光镜上设照准镜
37、或固定反光镜等措施来降低非比例误差且的影响。2比例误差的影响 (1)通过采用自行研制的光电测距仪频率校准仪，使测尺频率误差减小。(2)采用0.02的超线性石英高精度温度计。(3)60Pa的数字气压计，4的数字湿度计，通过计算机采集数据，计算气象元素测定引起的测距误差。(4)采用精密大气折射率计算公式，计算大气折射率的误差.河南城建学院测绘与城市空间信息系采用2台TCAl800全站仪，在某电站大坝进行连续15 d的自动监测，如图，采样周期为15min，实际测边13000条，共20万个数据。结果表明：按第1 d测量结果计算中误差取平均值，精度为0.26mm，使亚毫米级精度自动测距系统测量机器人成为
38、现实。同时，系统实现了变形监测“无人值班”。2.4 2.4 动态变形监测系统动态变形监测系统河南城建学院测绘与城市空间信息系GPS监测系统一般是由GPS基准站、GPS监测站、通信网络和GPS监测中心等4部分组成，而监测中心主要由工作站、服务器和局域网组成，系统各个部分的功能（1）各监测点安置GPS接收机2.2.2 实时动态GPSRTK法动态监测模式：河南城建学院测绘与城市空间信息系（2）一机多天线GPS变形监测系统多 用 转多 用 转换开关换开关基准站接收基准站接收机机监测站接收监测站接收机机数据处理中数据处理中心心数据库数据库报报 告告变形分析模变形分析模型型2.2.2 实时动态GPSRTK
39、法河南城建学院测绘与城市空间信息系GPS一机多天线控制器一机多天线控制器河南城建学院测绘与城市空间信息系隔河岩大坝外观变形隔河岩大坝外观变形GPS自动化监测系统自动化监测系统河南城建学院测绘与城市空间信息系TCA测量机器与测量机器与GPS RTK比较比较河南城建学院测绘与城市空间信息系2.2.3 液体静力水准测量 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。2.4
40、 2.4 动态变形监测系统动态变形监测系统河南城建学院测绘与城市空间信息系2.2.4 3D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。河南城建学院测绘与城市空间信息系激光扫描仪 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。Cyrax的坐标测量精度为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。2.4 2.4 动态变形监测系统动态变形监测系统河南城建学院测绘与城市空间信息系ILR
41、IS 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：12kg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2.4 2.4 动态变形监测系统动态变形监测系统河南城建学院测绘与城市空间信息系ILRIS-3D操作过程 一人
42、带上设备和脚架，到一人带上设备和脚架，到现场后将仪器架设好，无需对现场后将仪器架设好，无需对中整平，通过取景窗选定需扫中整平，通过取景窗选定需扫描范围（可多重选取多窗口），描范围（可多重选取多窗口），设定扫描间距，即开始逐行从设定扫描间距，即开始逐行从下往上扫描目标下往上扫描目标河南城建学院测绘与城市空间信息系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
43、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河南城建学院测绘与城市空间信息系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2.4 2.4 动态变形监测系统动态变形监测系统河南城建学院测绘与城市空间信息系ILRIS
44、-3D应用文物古迹抢救性备份资文物古迹抢救性备份资料料共扫描共扫描25次次-内部和外部内部和外部扫描时间扫描时间-1 天天河南城建学院测绘与城市空间信息系ILRIS-3D应用三维数字城市数据收集三维数字城市数据收集河南城建学院测绘与城市空间信息系ILRIS-3D应用大型工程竣工测量大型工程竣工测量河南城建学院测绘与城市空间信息系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
45、分析特别有效河南城建学院测绘与城市空间信息系ILRIS-3D应用灾害现场分析灾害现场分析 通过不断扫描分析，判断现通过不断扫描分析，判断现场哪些部位还会出现坍塌，哪些场哪些部位还会出现坍塌，哪些区域可能还有存活希望较大的人区域可能还有存活希望较大的人员待救护员待救护,分析滑坡体内部力学分析滑坡体内部力学结构，是否仍存在滑动的可能性。结构，是否仍存在滑动的可能性。对一些已被破坏的物体进行扫描，对一些已被破坏的物体进行扫描，获取三维数据后在计算机中拼接，获取三维数据后在计算机中拼接，分析破坏原因，并对破坏过程进分析破坏原因，并对破坏过程进行模拟重现行模拟重现河南城建学院测绘与城市空间信息系ILRI
46、S-3D应用工程量核算工程量核算河南城建学院测绘与城市空间信息系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河南城建学院测绘与城市空间信息系选择仪器时一般要注意 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。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。3.仪器应该有足够的量程，一般要满足监测的要求。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。5.动态与静态方法结合。2.5 2.5 变形监测方法的选择变形监测方法的选择河南城建学院测绘与城市空间信息系常常用用监监测测仪仪器器比比较较 河南城建学院测绘与城市空间信息系本章结束谢谢
