现代变形监测技术(1).ppt

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1、118 十二月 2022现代变形监测技术现代变形监测技术任课教师任课教师：高高 飞飞合肥工业大学土木与水利工程学院合肥工业大学土木与水利工程学院土木工程专业土木工程专业218 十二月 2022第一章第一章 变形监测概述变形监测概述第二章第二章 垂直位移与水平位移观测垂直位移与水平位移观测第三章第三章 变形监测新技术与工程实例变形监测新技术与工程实例第四章第四章 变形监测数据处理基础变形监测数据处理基础本课程主要内容本课程主要内容现代变形监测技术现代变形监测技术318 十二月 2022第第2 2章章 垂直位移与水平位移观测垂直位移与水平位移观测现代变形监测技术现代变形监测技术 2.1 垂直位移监

2、测网布设及观测标志垂直位移监测网布设及观测标志 2.2 垂直位移观测垂直位移观测 2.3 地面倾斜测量地面倾斜测量 2.4 2.4 水平位移观测网及观测标志水平位移观测网及观测标志 2.5 水平位移测量技术概述水平位移测量技术概述 2.6 视准线法测量水平位移视准线法测量水平位移 2.7 激光准直测量激光准直测量 2.8 引张线法测量水平位移引张线法测量水平位移 2.9 建筑物主体倾斜和挠度测量建筑物主体倾斜和挠度测量 2.10 裂缝测量裂缝测量418 十二月 2022 工程（构）建筑物的变形观测方法很久工程（构）建筑物的变形观测方法很久以来一直将其分为两大类，即以来一直将其分为两大类，即垂直

3、位移观测垂直位移观测和水平位移观测和水平位移观测。但随着对变形观测理论和但随着对变形观测理论和方法的研究不断深入，越来越发现这种分类方法的研究不断深入，越来越发现这种分类方法很难涵盖所有的变形测量工作。方法很难涵盖所有的变形测量工作。现行现行建筑变形测量规程建筑变形测量规程根据工程建根据工程建筑物的主要变形性质、并顾及工程设计和施筑物的主要变形性质、并顾及工程设计和施工的习惯用语，将变形观测方法分成工的习惯用语，将变形观测方法分成沉降观沉降观测和位移观测测和位移观测 两大类。两大类。2.4 2.4 水平位移观测网及观测标志水平位移观测网及观测标志 518 十二月 2022 沉降观测在前面已作了

4、介绍，主要包括沉降观测在前面已作了介绍，主要包括建筑物（基础）沉降观测、基坑回弹测量、建筑物（基础）沉降观测、基坑回弹测量、地基土分层沉降和建筑场地的沉降观测地基土分层沉降和建筑场地的沉降观测 等。等。位移观测包括位移观测包括水平位移观测、建筑物主水平位移观测、建筑物主体倾斜观测、挠度和裂缝观测、日照变形、体倾斜观测、挠度和裂缝观测、日照变形、风振变形以及场地滑坡观测风振变形以及场地滑坡观测 等。等。本节重点介绍本节重点介绍水平位移观测水平位移观测的相关内容。的相关内容。2.4 2.4 水平位移观测网及观测标志水平位移观测网及观测标志 618 十二月 2022 与其它测量工作一样，变形测量工作

5、亦应遵循与其它测量工作一样，变形测量工作亦应遵循“从整体到局部，先控制后碎部从整体到局部，先控制后碎部”的测量原则，水平位的测量原则，水平位移观测也不例外。移观测也不例外。根据工作现场的实际情况和观测条件，选定控制根据工作现场的实际情况和观测条件，选定控制测量方法，设计控制网布网方案，并按规范规定的精测量方法，设计控制网布网方案，并按规范规定的精度等级精确测定变形观测的基准点和工作基点的坐标。度等级精确测定变形观测的基准点和工作基点的坐标。再根据待测建（构）筑物的特征和测量仪器设备再根据待测建（构）筑物的特征和测量仪器设备条件，确定具体水平位移观测方法和观测程序，定期条件，确定具体水平位移观测

6、方法和观测程序，定期观测（或自动监测）待测物体在规定平面上随时间变观测（或自动监测）待测物体在规定平面上随时间变化的位移量和位移速度等。化的位移量和位移速度等。2.4 2.4 水平位移观测网及观测标志水平位移观测网及观测标志 718 十二月 20221.1.按工作性质分类按工作性质分类 变变形形监监测测工工作作中中的的测测量量标标志志按按其其工工作作性性质质分分类类，可分为可分为平面标志和高程标志平面标志和高程标志。2.2.按用途分类按用途分类 按按不不同同的的用用途途变变形形观观测测使使用用的的测测量量标标志志可可分分为为三三类，即：类，即：变形点、工作基点和基准点。变形点、工作基点和基准点

7、。（1 1）变形点变形点又称变形观测点又称变形观测点（2 2）工作基点工作基点即测量控制点（包括联测或定向点）即测量控制点（包括联测或定向点）（3 3）基准点基准点变形监测控制网的基础变形监测控制网的基础 建（构）筑物变形监测网的点位及其使用的测量建（构）筑物变形监测网的点位及其使用的测量标志，如何确定、应具备什么样的构造特点、如何标志，如何确定、应具备什么样的构造特点、如何布设等，是变形监测工作中的一个重要的环节。布设等，是变形监测工作中的一个重要的环节。2.4 2.4 水平位移观测网及观测标志水平位移观测网及观测标志 818 十二月 2022一、水平位移测量控制网一、水平位移测量控制网 1

8、 1基准网基准网 由由基基准准点点形形成成的的测测量量控控制制网网称称为为基基准准网网。需需定期复测，目的是检核基准点本身的稳定性。定期复测，目的是检核基准点本身的稳定性。2 2变形网变形网 由所有变形点组成的测量网称为变形网。由所有变形点组成的测量网称为变形网。变形网可分为：相对网和绝对网两种。变形网可分为：相对网和绝对网两种。3 3扩展网扩展网 由由所所有有基基准准点点、变变形形点点、工工作作基基点点和和联联测测点点共共同同组成的测量网称为扩展网。组成的测量网称为扩展网。水平位移观测网可采用测角网、测边网、水平位移观测网可采用测角网、测边网、边角网和边角网和GPS网等多种布网形式网等多种布

9、网形式 2.4 2.4 水平位移观测网及观测标志水平位移观测网及观测标志 918 十二月 2022一、水平位移测量控制网一、水平位移测量控制网二、强制对中装置二、强制对中装置 由由于于水水平平位位移移监监测测网网精精度度高高，长长期期重重复复观观测测，所所以以要要求求在在测测站站点点位位上上建建立立观观测测墩墩，实实行行强强制制对对中中保保证每次仪器或照准标志的对中误差小于证每次仪器或照准标志的对中误差小于0.1mm0.1mm。常用对中装置有：常用对中装置有：1 1点线面对中装置点线面对中装置 2 2三叉式对中装置三叉式对中装置 3 3球孔式对中装置球孔式对中装置 4 4柱椎式对中装置柱椎式对

10、中装置 5 5螺旋式对中装置螺旋式对中装置2.4 2.4 水平位移观测网及观测标志水平位移观测网及观测标志 1018 十二月 2022一、水平位移测量控制网一、水平位移测量控制网二、强制对中装置二、强制对中装置三、平面标志体三、平面标志体平面基准点、工作基点必须长期稳定：远离或深埋。平面基准点、工作基点必须长期稳定：远离或深埋。常用方法主要有：常用方法主要有：（一）建立观测墩（一）建立观测墩 1 1岩层点观测墩岩层点观测墩 2 2土层点观测墩土层点观测墩（二）倒锤（二）倒锤 1 1有水倒锤有水倒锤 2 2无水倒锤无水倒锤（三）光线传递式标志（三）光线传递式标志2.4 2.4 水平位移观测网及观

11、测标志水平位移观测网及观测标志 1118 十二月 2022建立观测墩建立观测墩 1 1岩层点观测墩岩层点观测墩 2 2土层点观测墩土层点观测墩1218 十二月 2022（1 1）有水倒锤）有水倒锤（2 2）无水倒锤）无水倒锤1318 十二月 2022无水倒锤无水倒锤光线传递式标志光线传递式标志1418 十二月 2022一、水平位移测量控制网一、水平位移测量控制网二、强制对中装置二、强制对中装置三、平面标志体三、平面标志体四、平面点照准标志四、平面点照准标志平面点照准标志基本要求：平面点照准标志基本要求：1 1便于对中、安置和瞄准；便于对中、安置和瞄准；2 2固定式或移动式觇标一固定式或移动式觇

12、标一 般要求强制对中；般要求强制对中；3 3颜色对比度强、醒目；颜色对比度强、醒目；4 4线条粗细适当、边缘清晰。线条粗细适当、边缘清晰。2.4 2.4 水平位移观测网及观测标志水平位移观测网及观测标志 1518 十二月 2022各类照准标牌标志各类照准标牌标志1618 十二月 2022各类照准标牌标志各类照准标牌标志1718 十二月 2022标牌标志角形标志或悬臂标志1818 十二月 2022 事实上，针对工业与民用建筑的单纯水平位移观事实上，针对工业与民用建筑的单纯水平位移观测，开展的并不多见。但对于大型桥梁和水电大坝，测，开展的并不多见。但对于大型桥梁和水电大坝，因其建筑主体（桥墩、坝体

13、）及其基础长期受到水流因其建筑主体（桥墩、坝体）及其基础长期受到水流的冲击和上下游水位落差的影响，定期地（或自动化的冲击和上下游水位落差的影响，定期地（或自动化连续观测）对其进行水平位移观测显得尤其重要。连续观测）对其进行水平位移观测显得尤其重要。工程建（构）筑物水平位移观测的内容主要包括工程建（构）筑物水平位移观测的内容主要包括结构物主体水平位移观测、位于特殊性土地区的建筑结构物主体水平位移观测、位于特殊性土地区的建筑物地基基础水平位移观测、受高层建筑基础施工影响物地基基础水平位移观测、受高层建筑基础施工影响的建筑物及工程设施水平位移观测以及挡土墙、大面的建筑物及工程设施水平位移观测以及挡土

14、墙、大面积堆载等工程中所需的地基土深层侧向位移观测等积堆载等工程中所需的地基土深层侧向位移观测等。2.5 2.5 水平位移测量技术概述水平位移测量技术概述 1918 十二月 2022 水平位移测量技术主要有：水平位移测量技术主要有：1 1地面监测技术；地面监测技术；2 2摄影测量方法；摄影测量方法；3 3空间测量技术；空间测量技术；4 4专用测量方法。专用测量方法。本节主要概述本节主要概述:地面监测技术和专用测量方法地面监测技术和专用测量方法 2.5 2.5 水平位移测量技术概述水平位移测量技术概述 2018 十二月 2022一、地面监测方法一、地面监测方法 利用常规精密测量仪器（如精密经纬仪

15、、全站仪利用常规精密测量仪器（如精密经纬仪、全站仪等）测量变形点的角度或边长的变化，求算水平位移。等）测量变形点的角度或边长的变化，求算水平位移。优点是：优点是：简便、灵活、精度高、便于检核简便、灵活、精度高、便于检核等。等。主要方法有：主要方法有：1 1交会法交会法（角度交会、距离交会等）；（角度交会、距离交会等）；2 2极坐标法；极坐标法；3 3自由设站法自由设站法(后方交会法）后方交会法）；4 4边角网法；边角网法；5 5基准线法基准线法(包括测小角法、准直法、引张线法等包括测小角法、准直法、引张线法等)2.5 2.5 水平位移测量技术概述水平位移测量技术概述 2118 十二月 2022

16、一、地面监测方法一、地面监测方法（一）固定式全自动持续监测（一）固定式全自动持续监测 利用全自动全站仪（测量机器人）强制对中安置在利用全自动全站仪（测量机器人）强制对中安置在观测墩上，由计算机控制按拟定的观测顺序遥测各变形观测墩上，由计算机控制按拟定的观测顺序遥测各变形点，自动观测、记录、计算。点，自动观测、记录、计算。全自动变形监测系统应包括：全自动变形监测系统应包括：1 1基准站；基准站；2 2基准点基准点（或工作基点）；（或工作基点）；3 3变形点变形点（一般在待测物体上固定安置反光镜）（一般在待测物体上固定安置反光镜）4 4控制中心控制中心（包括计算机软硬件、通讯设备等）（包括计算机软

17、硬件、通讯设备等）2.5 2.5 水平位移测量技术概述水平位移测量技术概述 2218 十二月 2022一、地面监测方法一、地面监测方法（一）固定式全自动持续监测（一）固定式全自动持续监测2.5 2.5 水平位移测量技术概述水平位移测量技术概述 2318 十二月 2022数据通讯控制室全站仪监测站基准点观测点港口湾大坝全自动变形监测系统2418 十二月 2022一、地面监测方法一、地面监测方法（一）固定式全自动持续监测（一）固定式全自动持续监测（二）移动式半自动变形监测（二）移动式半自动变形监测 每次观测时，将全自动全站仪（测量机每次观测时，将全自动全站仪（测量机器人）强制对中安置在观测墩上，由

18、全自动器人）强制对中安置在观测墩上，由全自动全站仪按拟定的观测顺序自动照准各变形点，全站仪按拟定的观测顺序自动照准各变形点，自动观测、记录、计算。自动观测、记录、计算。2.5 2.5 水平位移测量技术概述水平位移测量技术概述 2518 十二月 2022一、地面监测方法一、地面监测方法二、专用测量方法二、专用测量方法 主要包括应变测量、倾斜仪测量和深部测主要包括应变测量、倾斜仪测量和深部测斜仪测量等。斜仪测量等。基准线法基准线法一般归入一般归入地面监测地面监测方法。方法。自动遥测应变测量仪自动遥测应变测量仪2.5 2.5 水平位移测量技术概述水平位移测量技术概述 2618 十二月 2022自动遥

19、测应变测量系统结构图自动遥测应变测量系统结构图2718 十二月 2022一、视准线法测量原理一、视准线法测量原理 视准线法又称基准线法，测量的原理是以通过建筑视准线法又称基准线法，测量的原理是以通过建筑物轴线或平行于建筑轴线的固定不变的铅直平面为基物轴线或平行于建筑轴线的固定不变的铅直平面为基准面，并以此为根据测定建筑物的水平位移。准面，并以此为根据测定建筑物的水平位移。2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移2818 十二月 2022一、视准线法测量原理一、视准线法测量原理 1.1.保证基准面稳定保证基准面稳定 (1)(1)端点强制对中端点强制对中,对中对中误差误差0.1mm

20、0.1mm (2)(2)检核端点变化检核端点变化,并施并施加改正加改正 视准线法进行水平位移观测的主要问题：视准线法进行水平位移观测的主要问题：2.2.提高观测精度提高观测精度 (1)(1)精密设计测量标精密设计测量标志点的照准觇牌志点的照准觇牌 (2)(2)选择良好的观测选择良好的观测时段时段,优化观测程序优化观测程序2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移2918 十二月 2022 活动觇牌法又称移动活动觇牌法又称移动觇牌法，是利用直接安觇牌法，是利用直接安置在观测点上的移动觇置在观测点上的移动觇牌来测量偏离值。牌来测量偏离值。移动觇牌读数尺上最移动觇牌读数尺上最小分划为，

21、利用小分划为，利用游标可以读到游标可以读到0.010.01。二、观测方法与要求二、观测方法与要求 1.1.活动觇牌法活动觇牌法 Pi iA B Si一、视准线法测量原理一、视准线法测量原理 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移3018 十二月 2022 Pi iA B Si二、观测方法与要求二、观测方法与要求 1.1.活动觇牌法活动觇牌法 一、视准线法测量原理一、视准线法测量原理 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移3118 十二月 2022 Pi iA B Si 具体测量时，将视准仪或具体测量时，将视准仪或 精密经纬仪安置在精密经纬仪安置在A A点上；

22、点上；瞄准瞄准B B点并指挥点并指挥Pi Pi点上的活动觇牌标志移动至十字丝点上的活动觇牌标志移动至十字丝上，记录游标读数，反方向移动觇牌重新对准十字丝上，记录游标读数，反方向移动觇牌重新对准十字丝并读数；上述重复并读数；上述重复4 4次为一测回。共观测次为一测回。共观测2424测回。测回。以上是往测，仪器移至以上是往测，仪器移至B B点同法返测点同法返测P Pi i点，按距离长点，按距离长短加权平均作为最后结果。短加权平均作为最后结果。二、观测方法与要求二、观测方法与要求 1.1.活动觇牌法活动觇牌法 一、视准线法测量原理一、视准线法测量原理 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量

23、水平位移3218 十二月 2022一、视准线法测量原理一、视准线法测量原理 测量小角度法是利用精密经纬仪（如测量小角度法是利用精密经纬仪（如DJ2DJ2型以上的型以上的经纬仪）精确地测出基准线与置镜点到观测点视线之经纬仪）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。间所夹的微小角度，并按下式计算偏离值。2 2.测小角法测小角法 二、观测方法与要求二、观测方法与要求 基本公式基本公式:Pi iA B Si2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移3318 十二月 2022一、视准线法测量原理一、视准线法测量原理 激光准直法是由激光激光准直法是由激光束

24、建立基准线的方法，束建立基准线的方法，根据其测定偏离值的原根据其测定偏离值的原理不同，又可分为激光理不同，又可分为激光经纬仪准直与波带板激经纬仪准直与波带板激光准直。光准直。(1)(1)激光经纬仪准直激光经纬仪准直 (与活动觇牌法类似与活动觇牌法类似)2 2.测小角法测小角法 二、观测方法与要求二、观测方法与要求 Pi iA B Si1.1.活动觇牌法活动觇牌法 3.3.激光准直法激光准直法 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移3418 十二月 2022(2)(2)波带板激光准直波带板激光准直 (三点法激光准直三点法激光准直)Pi Bi i iA Si B SAB 在基准线

25、两端安置激光在基准线两端安置激光器点光源和探测器，在观器点光源和探测器，在观测点上安置波带板。当激测点上安置波带板。当激光束照满波带板时产生干光束照满波带板时产生干涉，就会在光源和波带板涉，就会在光源和波带板连线的延长线上的连线的延长线上的B Bii位置位置形成一个亮点，被形成一个亮点，被B B点探点探测器测定。测器测定。一、视准线法测量原理一、视准线法测量原理 二、观测方法与要求二、观测方法与要求 3.3.激光准直法激光准直法 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移3518 十二月 2022 激光准直仪激光准直仪3618 十二月 2022(2)(2)波带板激光准直波带板激光

26、准直 (三点法激光准直三点法激光准直)波带板的种类波带板的种类3.3.激光准直法激光准直法 3718 十二月 2022 在两端工作基点在两端工作基点A A、B B上用重锤拉紧一直径约上用重锤拉紧一直径约0.6mm0.6mm1.2mm1.2mm的不锈的不锈钢丝建立基准线，测定钢丝建立基准线，测定中间各观测点的偏离值。中间各观测点的偏离值。三测回观测平均值的精三测回观测平均值的精度可达度可达0.03mm0.03mm。Pi iA B Si4.4.引张线法引张线法 一、视准线法测量原理一、视准线法测量原理 2 2.测小角法测小角法 二、观测方法与要求二、观测方法与要求 1.1.活动觇牌法活动觇牌法 3

27、.3.激光准直法激光准直法 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移3818 十二月 2022引张线法的基本原理引张线法的基本原理 3918 十二月 2022引张线法的基本原理引张线法的基本原理 4018 十二月 2022 1.1.对距离的测量精度要求对距离的测量精度要求 测小角法测小角法 基本公式：基本公式：中误差：中误差：三、测小角法的精度要求三、测小角法的精度要求 因测距精度明显高于测角精度，通常取因测距精度明显高于测角精度，通常取 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移 Pi iA B Si4118 十二月 2022 假设假设i=0.5，i i40，则

28、，则 假设假设i=0.5，i i100，则，则 规定测小角法对距离的测量精度要求为：规定测小角法对距离的测量精度要求为：1.1.对距离的测量精度要求对距离的测量精度要求 三、测小角法的精度要求三、测小角法的精度要求 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移4218 十二月 2022 因实际工作中的测距误差非常小，故略去中误差因实际工作中的测距误差非常小，故略去中误差公式右边第二项后，即可得：公式右边第二项后，即可得：观测小角度时主要误差来源为照准误差，由误差传观测小角度时主要误差来源为照准误差，由误差传播定律可求得：播定律可求得：2.2.对角度的测量精度要求对角度的测量精度要求

29、 1.1.对距离的测量精度要求对距离的测量精度要求 三、测小角法的精度要求三、测小角法的精度要求 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移4318 十二月 2022 设测站至观测点的水平距离设测站至观测点的水平距离S S=200m=200m，测定偏离值的，测定偏离值的精度为精度为mm=0.5mm=0.5mm。现用望远镜放大倍数为。现用望远镜放大倍数为4040倍的倍的DJ1DJ1级经纬仪进行观测，那么小角度应观测几个测回？级经纬仪进行观测，那么小角度应观测几个测回？测量小角度必须满足的精度测量小角度必须满足的精度 3.3.角度测回数角度测回数n的确定的确定 三、测小角法的精度要求

30、三、测小角法的精度要求 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移4418 十二月 2022 小角度观测一测回的中误差小角度观测一测回的中误差 所以要使小角度达到规定的精度，则小角度观测所以要使小角度达到规定的精度，则小角度观测的测回数的测回数n应满足应满足 取取3.3.角度测回数角度测回数n的确定的确定 三、测小角法的精度要求三、测小角法的精度要求 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移4518 十二月 2022一、视准线法测量原理一、视准线法测量原理 1.1.三角测量法三角测量法 二、观测方法与要求二、观测方法与要求 2 2.后方交会法后方交会法 3.3.检

31、核基准线检核基准线法法 四、基准线端点的检核四、基准线端点的检核 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移三、三、测小角法的精度要求测小角法的精度要求 4618 十二月 2022 1.1.三角测量法三角测量法 建立一短边的三角建立一短边的三角网，起算点网，起算点MM、N N选择选择在变形区域以外在变形区域以外;基准基准线的端点线的端点A A、B B包括在包括在此三角网中此三角网中;定期的对定期的对此三角网进行观测此三角网进行观测,求求出端点的位移值。出端点的位移值。四、基准线端点的检核四、基准线端点的检核 M N A B2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移4

32、718 十二月 2022 2.2.后方交会法后方交会法 在基准线端点在基准线端点A A、B B的两端，分别埋置两的两端，分别埋置两组稳定的已知点组稳定的已知点1 1、2 2、3 3和和4 4、5 5、6 6；利用后方交会的原利用后方交会的原理求出端点理求出端点A A、B B的位的位移值。移值。四、基准线端点的检核四、基准线端点的检核 1 4 2 5 A B 3 6 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移4818 十二月 2022 假定假定X X轴方向，及轴方向，及A2A2边边方位角方位角A2A2 ；实测实测、角，解下角，解下列方程组，求得列方程组，求得A A点坐标。点坐标。X

33、 2 3 1 A 2.2.后方交会法后方交会法 四、基准线端点的检核四、基准线端点的检核 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移4918 十二月 2022 3.3.延长基准线法延长基准线法 在基准线在基准线ABAB的延长的延长线上，选择地基稳定线上，选择地基稳定处设置观测点处设置观测点CC和和D D，以形成检核基准线。，以形成检核基准线。用此线来检核端点在用此线来检核端点在垂直于轴线方向上的垂直于轴线方向上的位移，对观测值进行位移，对观测值进行修正。修正。C D A B 四、基准线端点的检核四、基准线端点的检核 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移5018

34、 十二月 2022 在水平位移观测中同样存在基准点和工作基在水平位移观测中同样存在基准点和工作基点本身的稳定性问题。点本身的稳定性问题。如何检验基准点和工作基点本身的稳定性？如何检验基准点和工作基点本身的稳定性？当这些点确实存在位移时，它对观测成果产当这些点确实存在位移时，它对观测成果产生多大的影响？因工作基点的位移，对观测点生多大的影响？因工作基点的位移，对观测点的位移观测值必须施加改正数，其改正数如何的位移观测值必须施加改正数，其改正数如何计算？计算？五、五、基准线端点位移对变形值的影响基准线端点位移对变形值的影响 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移5118 十二月

35、2022 对于基准线观测，如图所示，当端点、由于本对于基准线观测，如图所示，当端点、由于本身位移而变动到了身位移而变动到了 、时，则对时，则对P P点进行观测所点进行观测所得到的偏离值不再是得到的偏离值不再是Li，而变成了，而变成了Li。（一）（一）基准线端点位移时，观测点偏离值的计算基准线端点位移时，观测点偏离值的计算 A Pi Li a B Li b A B五、五、基准线端点位移对变形值的影响基准线端点位移对变形值的影响 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移5218 十二月 2022由图不难看出，端点位移对偏离值的影响为由图不难看出，端点位移对偏离值的影响为:（一）（一

36、）基准线端点位移时，观测点偏离值的计算基准线端点位移时，观测点偏离值的计算 A Pi Li a B Li b i A SiB B SAB五、五、基准线端点位移对变形值的影响基准线端点位移对变形值的影响 5318 十二月 2022P P点实际偏离点实际偏离ABAB基准线的偏离值为基准线的偏离值为:A Pi Li a B Li b i A SiB B SAB（一）（一）基准线端点位移时，观测点偏离值的计算基准线端点位移时，观测点偏离值的计算 五、五、基准线端点位移对变形值的影响基准线端点位移对变形值的影响 5418 十二月 2022 假设假设P Pii点首次观测时，偏离基准线的偏离值为点首次观测时

37、，偏离基准线的偏离值为L L0i 0i ，则所求该点的实际位移值为，则所求该点的实际位移值为 :（二）（二）观测点位移值的计算观测点位移值的计算 A Pi Li a B Li b i A SiB B SAB五、五、基准线端点位移对变形值的影响基准线端点位移对变形值的影响 5518 十二月 2022 假设假设P Pii点首次观测时，偏离基准线的偏离值为点首次观测时，偏离基准线的偏离值为L0i，则所求该点的实际位移值为，则所求该点的实际位移值为 :因观测点至基准线端因观测点至基准线端点距离为一常数，令点距离为一常数，令 故上式写成：故上式写成：（二）（二）观测点位移值的计算观测点位移值的计算 五、

38、五、基准线端点位移对变形值的影响基准线端点位移对变形值的影响 5618 十二月 2022得得Pi 点位移值的精度计算公式点位移值的精度计算公式 :(三三)观测点位移值的精度观测点位移值的精度 利用误差传播定律，对上式取全微分，写成中误差：利用误差传播定律，对上式取全微分，写成中误差：假设假设 :（二）（二）观测点位移值的计算观测点位移值的计算 五、五、基准线端点位移对变形值的影响基准线端点位移对变形值的影响 5718 十二月 2022P Pi i点位移值的精度计算公式点位移值的精度计算公式 :(三三)观测点位移值的精度观测点位移值的精度 对上述中误差计算公式进行分析：对上述中误差计算公式进行分

39、析：（1 1）当观测点在基准线中点时，取）当观测点在基准线中点时，取（2 2）当观测点靠近任一端点时，取近似值）当观测点靠近任一端点时，取近似值 ：五、五、基准线端点位移对变形值的影响基准线端点位移对变形值的影响 5818 十二月 2022(三三)观测点位移值的精度观测点位移值的精度 对基准线法的精度进行分析：对基准线法的精度进行分析：（1 1）当观测点在基准线中点时：）当观测点在基准线中点时：（2 2）当观测点靠近任一端点时：）当观测点靠近任一端点时：由此可见，观测点越靠近基准线端点，则端点位由此可见，观测点越靠近基准线端点，则端点位移对变形观测的影响越大。移对变形观测的影响越大。但此时，实

40、际测定观测点偏离值的精度较高，因但此时，实际测定观测点偏离值的精度较高，因此，在实际变形观测工作中，仍认为在整条基准线上此，在实际变形观测工作中，仍认为在整条基准线上测定观测点位移值的精度均匀一致，即整条测线上任测定观测点位移值的精度均匀一致，即整条测线上任意点位移值的精度比较接近。意点位移值的精度比较接近。五、五、基准线端点位移对变形值的影响基准线端点位移对变形值的影响 5918 十二月 2022需要说明的问题：需要说明的问题：以上分析计算的基准线端点位移对变形观以上分析计算的基准线端点位移对变形观测值的影响，主要针对基准线法而言；测值的影响，主要针对基准线法而言；前方交会的测站点（即前方交

41、会的测站点（即:工作基点）产生工作基点）产生位移时，可以将测站点的位移值看作是仪器位移时，可以将测站点的位移值看作是仪器的偏心误差，而对各交会方向施加仪器的归的偏心误差，而对各交会方向施加仪器的归心该正，然后利用改正后的方向值来计算观心该正，然后利用改正后的方向值来计算观测点的实际位移量。测点的实际位移量。五、五、基准线端点位移对变形值的影响基准线端点位移对变形值的影响 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移6018 十二月 2022 在基准线端点在基准线端点A A安置安置激光器，瞄准激光器，瞄准B B点发射点发射激光束，得到一条红色激光束，得到一条红色可见光基准线；可见光基

42、准线；在变形观测点上安置在变形观测点上安置活动觇牌，将觇牌移至活动觇牌，将觇牌移至激光基准线，直接读取激光基准线，直接读取游标读数，得到游标读数，得到P Pii点偏点偏离值。离值。Pi iA B Si一、一、激光准直测量的基本原理激光准直测量的基本原理 2.7 2.7 激光准直测量激光准直测量1 1激光经纬仪准直测量激光经纬仪准直测量 (与活动觇牌法类似与活动觇牌法类似)6118 十二月 2022一、一、激光准直测量的基本原理激光准直测量的基本原理 2.7 2.7 激光准直测量激光准直测量1 1激光经纬仪准直测量激光经纬仪准直测量(与活动觇牌法类似与活动觇牌法类似)在基准线两端安置激光在基准线

43、两端安置激光器点光源和探测器，在观器点光源和探测器，在观测点上安置波带板。当激测点上安置波带板。当激光束照满波带板时产生干光束照满波带板时产生干涉，就会在光源和波带板涉，就会在光源和波带板连线的延长线上连线的延长线上Bi 点位置，点位置，形成一个亮点，并被形成一个亮点，并被B点点探测器测定。探测器测定。Pi Bi i iA Si B SAB2 2波带板激光准直测量波带板激光准直测量(三点法激光准直三点法激光准直)6218 十二月 2022 实际工作中每个观测点的波带板都必须计算其通光实际工作中每个观测点的波带板都必须计算其通光半径，专门定制。在基准线上每次只能放置一个波带半径，专门定制。在基准

44、线上每次只能放置一个波带板观测一个点。可采用自动起落装置，由计算机控制。板观测一个点。可采用自动起落装置，由计算机控制。一、一、激光准直测量的基本原理激光准直测量的基本原理 2.7 2.7 激光准直测量激光准直测量1 1激光经纬仪准直测量激光经纬仪准直测量(与活动觇牌法类似与活动觇牌法类似)2 2波带板激光准直测量波带板激光准直测量(三点法激光准直三点法激光准直)6318 十二月 2022二、激光二、激光基准线的基准线的不同布设方法不同布设方法 2.7 2.7 激光准直测量激光准直测量 实际工作中，由于场地条件的限制，可采用不同实际工作中，由于场地条件的限制，可采用不同的基准线布设方法。例如：

45、基线端点的基准线布设方法。例如：基线端点A A和和B B往往不能往往不能安置仪器，或点位本身也可能产生移动，此时为测安置仪器，或点位本身也可能产生移动，此时为测定定ii点偏离直线点偏离直线ABAB的偏离值的偏离值i，可在可在ABAB的延长线上的延长线上安置激光器和自动跟踪探测器。安置激光器和自动跟踪探测器。在在MM点安置激光器（点安置激光器（M偏离偏离AB线线m），），N N点为自点为自动探测器的零点动探测器的零点(N偏离偏离AB线线n)。分别在。分别在A、B和和 i上上逐次安置相应焦距的波带板，探测器将会在逐次安置相应焦距的波带板，探测器将会在ABAB的的垂直方向上自动寻找光束通过波带板后形

46、成的亮点，垂直方向上自动寻找光束通过波带板后形成的亮点，而显示出亮点中心到而显示出亮点中心到N N点的距离点的距离A、B和和i。6418 十二月 2022 A B m M i A SA i B Si n SB i N L1 1偏离值的计算偏离值的计算 二、激光二、激光基准线的基准线的不同布设方法不同布设方法 2.7 2.7 激光准直测量激光准直测量6518 十二月 20221 1偏离值的计算偏离值的计算 A B m M i A SA i B Si n SB i N L二、激光二、激光基准线的基准线的不同布设方法不同布设方法 6618 十二月 2022若令若令m=0，n=B，就得到，就得到第二种

47、布设形式，即把激光第二种布设形式，即把激光器放在基点器放在基点A上，上，Pi Bi i iA Si B SAB2 2不同布设方法偏离值计算的转换关系不同布设方法偏离值计算的转换关系 若若激光器在基点激光器在基点A上，上，B点点放置探测器，即得到：放置探测器，即得到：二、激光二、激光基准线的基准线的不同布设方法不同布设方法 6718 十二月 2022 自从二十世纪六十年代末，波带板激光准直成功自从二十世纪六十年代末，波带板激光准直成功地应用于美国斯坦福加速器之后，作为地应用于美国斯坦福加速器之后，作为“精密定线精密定线”的一种行之有效的方法已受到了普遍的重视。的一种行之有效的方法已受到了普遍的重

48、视。据有关资料报道，波带板激光准直的精度能够满据有关资料报道，波带板激光准直的精度能够满足现代精密工程测量的要求，可达足现代精密工程测量的要求，可达1010-6-6的直线度。的直线度。但在露天条件下实施，例如在水电大坝的坝顶、但在露天条件下实施，例如在水电大坝的坝顶、大型桥梁的桥面或桥墩上进行水平位移观测，由于大型桥梁的桥面或桥墩上进行水平位移观测，由于受到外界多方面因素的影响，容易导致激光束产生受到外界多方面因素的影响，容易导致激光束产生偏折、漂移、抖动等长短周期的系统误差和偶然误偏折、漂移、抖动等长短周期的系统误差和偶然误差，从而降低观测的精度。差，从而降低观测的精度。2.7 2.7 激光

49、准直测量激光准直测量三、波带板激光准直三、波带板激光准直精度分析精度分析 6818 十二月 2022 波带板激光准直系统不但在制造和安装时，不可波带板激光准直系统不但在制造和安装时，不可避免地产生种种误差，而且在实地施测时，还要受避免地产生种种误差，而且在实地施测时，还要受到外界条件的影响。到外界条件的影响。2.7 2.7 激光准直测量激光准直测量三、波带板激光准直三、波带板激光准直精度分析精度分析 1 1误差来源和精度分析误差来源和精度分析（1）波带板调零和置中误差 波带板几何中心位于插杆的中心线上的检验校正。使用DS1级以上的经纬仪（或全站仪）的竖丝严格与波带板中心重合的方法进行检校。若设

50、经纬仪照准误差为60”/40，校正距离s=6米，则校正后的精度为：6918 十二月 2022（1）波带板调零和置中误差 波带板是利用强制对中杆安置在测点上的。插杆和插座的连接部分，可以是圆柱形或圆锥形。尽管采用膨胀系数相同的金属精密制成，但仍存在加工误差，造成波带板中心与测点中心不一致，给测量成果带来误差。根据机械加工精度分析，这种误差一般可限制在0.10.2mm范围内。（2）波带板强制对中误差2.7 2.7 激光准直测量激光准直测量三、波带板激光准直三、波带板激光准直精度分析精度分析 1 1误差来源和精度分析误差来源和精度分析7018 十二月 2022三、波带板激光准直三、波带板激光准直精度