大学测量《变形监测》教学课件：第06章_水平位移监测技术

变形监测与数据处理第六章水平位移监测技术第六章水平位移监测技术2022/9/71中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系主要内容主要内容第六章水平位移监测技术概述交会法观测精密导线测量全站仪观测视准线测量引张线测量垂线测量激光准直测量2022/9/72中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系1 1概述概述第六章水平位移监测技术建筑物的水平位移是指建筑物的整体平面移动。产生水平位移的原因主要是建筑物及其基础受到水平应力的影响而产生的地基的水平移动。适时监测建筑物的水平位移量，能有效地监控建筑物的安全状况，并可根据实际情况采取适当的加固措施。2022/9/73中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系基本原理基本原理 第1节概述 设建筑物某个点在第k次观测周期所得相应坐标为Xk、Yk，该点的原始坐标为X0、Y0，则该点的水平位移为：某一时间段（t）内变形值的变化用平均变形速度来表示。例如，在第n和第m观测周期相隔时间内，观测点的平均变形速度等于：若t时间段以月份或年份数表示时，则v均为月平均变化速度或年平均变化速度。2022/9/74中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系测点布设（测点布设（1）第1节概述建筑物水平位移监测的测点宜按两个层次布设，即由控制点组成控制网、由观测点及所联测的控制点组成扩展网；对于单个建筑物上部或构件的位移监测，可将控制点连同观测点按单一层次布设。2022/9/75中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系测点布设（测点布设（2）第1节概述控制网可采用测角网、测边网、边角网和导线网等形式，扩展网和单一层次布网有角度交会、边长交会、边角交会、基准线和附合导线等形式。各种布网均应考虑网形强度，长短边不宜悬殊过大。为保证变形监测的准确可靠，每一测区的基准点不应少于2个，每一测区的工作基点亦不应少于2个。基准点、工作基点应根据实际情况构成一定的网形，并按规范规定的精度定期进行检测。2022/9/76中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系控制点的型式及埋设要求控制点的型式及埋设要求 第1节概述对特级、一级及有需要的二级、三级位移观测的控制点，应建造观测墩或埋设专门观测标石，并应根据使用仪器和照准标志的类型，顾及观测精度要求，配备强制对中装置。用于位移监测的基准点（控制点）应稳定可靠，能够长期保存，且建立在便于观测的稳妥的地方。位移监测点（观测点）应与变形体密切结合，且能代表该部位变形体的变形特征。2022/9/77中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系第1节概述强制对中装置强制对中装置2022/9/78中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系观测墩浇筑观测墩浇筑第1节概述2022/9/79中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系观测墩形式观测墩形式第1节概述2022/9/710中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系第1节概述水平位移监测基准点水平位移监测基准点2022/9/711中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系第1节概述固定式照准牌固定式照准牌2022/9/712中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系常用方法（常用方法（1）第1节概述大地测量法主要包括：三角网测量法、精密导线测量法、交会法等。该方法通常需人工观测，劳动强度高，速度慢，特别是交会法受图形强度、观测条件等影响明显，精度较低。基准线法该方法特别适用于直线形建筑物的水平位移监测，其类型主要包括：视准线法、引张线法、激光准直法和垂线法等。2022/9/713中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系控制网控制网第1节概述2022/9/714中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系常用方法（常用方法（2）第1节概述专用测量法即采用专门的仪器和方法测量两点之间的水平位移，如：多点位移计、光纤等。GPS测量法利用GPS自动化、全天候观测的特点，在工程的外部布设监测点，可实现高精度、全自动的水平位移监测，该技术已经在我国的水利、桥梁等工程中得到应用。2022/9/715中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系2 2交会法观测交会法观测 第六章水平位移监测技术交会法是利用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，从而确定其变形情况的一种测量方法。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。该方法主要包括测角交会、测边交会和后方交会三种方法。2022/9/716中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系第2节交会法观测在进行交会法观测时，首先应设置工作基点。工作基点应尽量选在地质条件良好的基岩上，并尽可能离开承压区，且不受人为的碰撞或震动。工作基点应定期与基准点联测，校核其是否发生变动。工作基点上应设强制对中装置，以减小仪器对中误差的影响。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。为减小大气折光的影响，交会边的视线应离地面或障碍物在1.2m以上，并应尽量避免视线贴近水面。在利用边长交会法时，还应避免周围强磁场的干扰影响。注意事项注意事项2022/9/717中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系测角交会法测角交会法 第2节交会法观测采用测角交会法时，交会角最好接近90，若条件限制，也可设计在60120之间。工作基点到测点的距离，一般不宜大于300m，当采用三方向交会时，可适当放宽要求。2022/9/718中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系测角交会误差椭圆测角交会误差椭圆第2节交会法观测2022/9/719中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系测边交会法测边交会法 第2节交会法观测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，且一般不宜大于600m2022/9/720中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系后方交会法后方交会法 第2节交会法观测在实际测量过程中，还应注意工作基点和监测点不能在同一个圆周上（危险圆），应至少离开危险圆周半径的20%。2022/9/721中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系3 3精密导线测量精密导线测量 第六章水平位移监测技术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。按照其观测原理的不同，又可分为精密边角导线法和精密弦矢导线法。弦矢导线法是根据导线边长变化和矢距变化的观测值来求得监测点的实际变形量。边角导线法则是根据导线边长变化和导线的转折角观测值来计算监测点的变形量。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。2022/9/722中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系边角导线（边角导线（1）第3节精密导线测量边角导线的转折角测量是通过高精度经纬仪观测的，而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。边角导线的系长一般不宜大于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。2022/9/723中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系第3节精密导线测量边角导线（边角导线（2）2022/9/724中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系弦矢导线（弦矢导线（1 1）第3节精密导线测量弦矢导线法是根据重复进行K次导线边长变化值和矢距变化值的观测来求得变形体的实际变形量。弦矢导线法矢距测量系统是以弦线在矢距尺上的投影为基准,用测微仪测量出零点差和变化值。首测矢距时需测定两组数值：读取弦线在矢距因瓦尺上的垂直投影读数Vi(i=1,2,n),以及微型标志中点(即导线点)与矢距尺零点之差值。复测矢距时仅需读取弦线在矢距因瓦尺上的垂直投影读数。2022/9/725中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系第3节精密导线测量弦矢导线（弦矢导线（2 2）弦矢导线的全长不宜大于400m，边数不宜大于25条；若矢距量测精度不能保证转折角的中误差小于1时，导线长应适当缩短，边数应适当减少；若矢距量测精度较高，边长也可适当放长。此法的关键是提高三角形（矢高）的观测精度，一般需采用铟钢杆尺、读数显微镜和调平装置等设备。2022/9/726中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系第3节精密导线测量弦矢导线（弦矢导线（3）2022/9/727中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系第3节精密导线测量弦矢导线（弦矢导线（4）2022/9/728中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系4 4全站仪观测全站仪观测 第六章水平位移监测技术全站仪又称全站型电子速测仪，是一种兼有电子测距、电子测角、计算和数据自动记录及传输功能的自动化、数字化的三维坐标测量与定位系统。全站仪由电子测角、电子测距等系统组成，测量结果能自动显示、计算和存储，并能与外围设备自动交换信息的多功能测量仪器。全站仪架设在已知点上，只要输入测站点、后视点的坐标，瞄准后视点定向，按下反算方位角键，则仪器自动将测站与后视的方位角设置在该方向上。然后，瞄准待测目标，按下测量键，仪器将很快地测量水平角、垂直角、距离，并利用这些数据计算待测点的三维坐标。2022/9/729中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系坐标测量原理坐标测量原理第4节全站仪观测2022/9/730中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系TCA2003TCA2003自动监测系统（自动监测系统（1 1）第4节全站仪观测TCA2003自动监测系统主要由测量机器人、基点、参考点、目标点组成，可实现全天候的无人值守。监测前首先依据目标点及参考点的分布情况，合理安置TCA2003测量机器人。要求具有良好的通视条件，一般应选择在稳定处，使所有目标点与全站仪的距离均在设置的观测范围内，且避免同一方向上由两个监测点，给全站仪的目标识别带来困难。为了仪器的防护、保温等需要，并保证通视良好，应专门设计、建造监测站房。2022/9/731中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系第4节全站仪观测TCA2003TCA2003自动监测系统（自动监测系统（2 2）参考点（三维坐标已知）应位于变形区以外，选择适当的稳定的基准点，用以在监测变形点之前检测基点位置的变化，以保证监测结果的有效性，点上放置正对基站的单棱镜。参考点要求覆盖整个变形区域。参考系除了为极坐标系统提供方位外，更重要的是为系统数据处理时的距离及高差差分计算提供基准。根据需要，在变形体上选择若干变形监测点，这些监测点均匀分布在变形体上，到基点的距离应大致相等，且互不阻挡。每个监测点上安置有对准监测站的反射单棱镜。2022/9/732中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系第4节全站仪观测LeicaLeica TCA2003 TCA2003 全站仪全站仪2022/9/733中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系第4节全站仪观测测量机器人变形监测系统测量机器人变形监测系统2022/9/734中南大学测绘与国土信息工程系中南大学测绘与国土信息工程系数据处理数据处理第4节全站仪观测自动全站仪监测系统测量中，为进一步提高精度，