水平位移监测精.ppt
水平位移监测第1页，本讲稿共25页水平位移观测方法水平位移观测方法n基准线法基准线法n精密导线法精密导线法n前方交会法前方交会法n正、倒垂线法正、倒垂线法n极坐标法极坐标法nGPS法法n摄影测量法摄影测量法第2页，本讲稿共25页基准线法基准线法1)光学法（视准线法）：基准线（面）的提供通过经纬仪照准来实现，用于测量直线型建（构）筑物（水库大坝使用较多）的水平位移，对于非直线型建（构）筑物，可采用分段视准线的方法施测。按照所使用的工具和作业方法的不同，又分为“测小角法”和“活动觇牌法”。特点是特点是：工程造价低，精度低，不易实现全自动观测，受外界条件的影响比较大，而且变形值不能超出系统的最大偏距值。第3页，本讲稿共25页2)引张线法：该法采用一条不锈钢钢丝(直径0.61.2 mm)，在两端点处施加张力，使其在水平面的投影为直线，从而测出被测点相对于该直线的偏距。同视准线法相比，该法的基准线是一条物理的直线。引张线法的特点引张线法的特点是：成本低，精度高，主要取决于读数精度，人工读数精度为0.2mm0.3mm，自动读数精度优于0.1mm，受外界影响小，应用普遍。最新的引张线测量系统采用线阵CCD传感器实现自动读数，其量程为几厘米，精度优于0.1mm。基准线法基准线法第4页，本讲稿共25页3)激光准直法：该法利用激光的单色性好和方向性强的特点，建立起一条物理的视准线作为测量基准，根据测量原理的不同可分为直接准直和衍射法准直，后者精度高于前者。基准线法基准线法第5页，本讲稿共25页精密导线法精密导线法对于非直线型的建筑物，如重力拱坝、曲线型桥梁以及一些高层建筑物的位移观测，可以布设精密导线，测量导线点在不同观测周期坐标值的变化。此法应用较为广泛，但量边工作量大，角度观测受旁折光影响较大。该法的精度取决于量边精度，如果用铟钢线尺量边，或ME5000测距仪测边，精度完全可以达到亚毫米级。第6页，本讲稿共25页前方交会法前方交会法用于观测效率较低且观测时不易直接到达的部位，可以用测边、测角或边角前方交会法测定其水平位移。前方交会法由于受测角误差、测边误差、交会角及图形结构、基线长度、外界条件的变化等因素影响，精度较低，一般为(13)mm。另外，其观测工作量较大，计算过程较复杂，故不单独使用，常作为备用手段或配合其他方法使用。第7页，本讲稿共25页正、倒垂线法正、倒垂线法正、倒垂线既可以实现水平位移监测，又可实现土坝的挠度观测。正垂线是一端固定于坝顶附近，另一端悬挂重锤，以便观测坝体各点间及坝体相对于坝基的位移观测，以及坝体的挠度观测。倒垂线是一端埋设在大坝基础深层基岩处，另一端浮起，来测定大坝的绝对位移。现代垂线观测仪采用线阵CCD传感器实现自动读数,两方向上坐标精度优于0.1mm。第8页，本讲稿共25页极坐标法极坐标法（1）高精度距离改正。中南理工大学张学庄教授提出距离交会法，其全称为“SMDAMS 亚毫米级精度大坝变形自动监测系统”，他认为，由于大气折射与自动照准误差的影响，测量机器人实际测角精度达不到标称精度，不能实现大坝监测所要求的亚毫米级精度，因此解决办法是：不用角度信息，只用距离信息；距离信息施加各种改正，使其达到亚毫米级。主要步骤有：用测边和三边交会法确定变形点的3维坐标；用频率校准仪、高稳定度高精度温度计、气压计与湿度计等对所测边长施加频率改正和气象改正；用自动周日观测技术测定大气代表性误差规律，削弱大气代表性误差的影响。通过这些改造，系统最终的测距精度可达到(0.2mm+0.310-6D0.2mm+0.410-6D)，可以实现1km左右距离上亚毫米级的监测精度。第9页，本讲稿共25页极坐标法极坐标法（2）差分改正。其基本思想是：由于测量自动化使得测量时间缩短，大气等环境条件相对稳定，利用基准网的稳定性信息，在无需测量气象元素下实现大气折射、大气折光的实时差分改正。据测试在近距离（200米以内）上可达到亚mm级的精度。该系统的特点是：差分方案达到亚毫米级；减少了气象仪器；全天24小时无人值守；可获取3维坐标信息；反射棱镜价格低廉，有利于增加变形点数。第10页，本讲稿共25页GPS法法在每个监测点上布设GPS天线和接收机，在数百米到12km的短基线上GPS测量可以获得亚毫米级的定位精度。在清江隔河岩大坝的变形观测中，12h观测的水平精度优于1mm，垂直精度优于1.5mm，6h观测的水平精度优于0.5mm，垂直精度优于1mm，而GPS瞬时观测的水平位移精度为3mm5mm，垂直位移精度为8mm。特点是能实现自动连续观测，实时性强，精度高。缺点是：观测点位固定，每增加一个观测点就必须添加一台GPS接收机，需要稳定的数据传输系统，成本较高，单机多天线技术是一个发展方向。第11页，本讲稿共25页摄影测量法摄影测量法n与其他方法相比,摄影测量方法有以下显著的特点:1)不需要接触被监测的变形体;2)外业工作量小,观测时间短,可获取快速变形过程,可同时确定变形体上任意点的变形;3)摄影影象的信息量大,利用率高,利用种类多,可以对变形前后的信息做各种后处理,通过底片可观测到变形体任一时刻的状态;4)对摄影的分辨率要求较高,数据处理对软硬件的要求也比较高.第12页，本讲稿共25页摄影测量法摄影测量法n摄影测量方法的精度主要取决于:1)像点坐标的量测精度,它取决于摄影机和量测仪的质量以及摄影材料的质量;2)摄影测量几何图形的强度,它取决于摄影站和变形体间的关系及其变形体上控制点的数量和分布有关;3)数据处理采用严密的光束法平差,即将内外方位元素、控制点坐标以及摄影测量中的系统误差如底片变形、镜头畸变等作为观测值或估计参数一起进行平差，也可进一步提高变形体上被测目标点的精度。4）目前像片坐标精度可达24m，目标点精度可达摄影距离的1/100000。第13页，本讲稿共25页隔河岩大坝隔河岩大坝GPS自动化监测系统自动化监测系统13GPS1GPS3GPS7GPS2第14页，本讲稿共25页倾斜观测倾斜观测n直接测定倾斜直接测定倾斜n垂准测量法垂准测量法n测量基础相对沉降测量基础相对沉降n测斜仪测斜仪第15页，本讲稿共25页直接测定倾斜直接测定倾斜第16页，本讲稿共25页测量基础相对沉降测量基础相对沉降第17页，本讲稿共25页气泡式倾斜仪原理气泡式倾斜仪原理第18页，本讲稿共25页摆锤式倾斜仪原理摆锤式倾斜仪原理第19页，本讲稿共25页裂缝观测裂缝观测1石膏板标志：用厚10mm、宽5080mm（长度视缝隙大小而定）的石膏板，在裂缝两边固定牢固。当裂缝继续发展时，石膏板不抗拉因而也随之开裂，从而观察裂缝发展的趋势。2白铁片标志：3金属棒标志：第20页，本讲稿共25页裂缝观测裂缝观测第21页，本讲稿共25页裂缝观测裂缝观测第22页，本讲稿共25页挠度观测挠度观测第23页，本讲稿共25页日照、风振变形、场地滑坡日照、风振变形、场地滑坡 前方交会法、极坐标法、GPS差分定位观测法。第24页，本讲稿共25页变形监测的自动化n变形监测的自动化要求基于以下原因：1）变形速度太快；2）监测点太多，需要同一时刻获得多个测点上的变形；3）监测时间太短，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。第25页，本讲稿共25页
