Chap10變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)與變形監(jiān)測(cè)方案.ppt

變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)及變形監(jiān)測(cè)網(wǎng) 參考點(diǎn)穩(wěn)定性分析,西南交通大學(xué)測(cè)量工程系 主講人：張獻(xiàn)州（教授） XZZHANGHOME.SWJTU.EDU.CN XZZHANGSWJTU163.COM,第十講 變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì) 及變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)參考點(diǎn)穩(wěn)定性分析,10.1 變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)和變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì),一、 變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì),變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)由參考點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)組成。目標(biāo)點(diǎn)和參考點(diǎn)統(tǒng)稱為監(jiān)測(cè)點(diǎn)。為了方便，常常在變形體上或附近布設(shè)工作基點(diǎn)。由參考點(diǎn)和工作基點(diǎn)所構(gòu)成的網(wǎng)稱為參考網(wǎng)，由目標(biāo)點(diǎn)所構(gòu)成的網(wǎng)稱為相對(duì)網(wǎng). 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)對(duì)于所有的變形監(jiān)測(cè)都有共性，但具體的要求又不盡相同，一般要與相鄰學(xué)科(如地球物理、巖土力學(xué)、建筑工程、機(jī)械制造等)人員共同研究決定。 參考點(diǎn)的布設(shè)主要應(yīng)考慮穩(wěn)定，不受干擾，埋標(biāo)要求高，且要考慮測(cè)量技術(shù)。在參考點(diǎn)周圍一般還要設(shè)保護(hù)點(diǎn)，當(dāng)參考點(diǎn)受破壞時(shí)可用保護(hù)點(diǎn)來恢復(fù)，平時(shí)可用于參考點(diǎn)的檢核。參考點(diǎn)一般要鉆孔深埋，要求與基巖固結(jié)在一起。平面網(wǎng)點(diǎn)常設(shè)觀測(cè)墩和強(qiáng)制對(duì)中裝置；水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)有時(shí)還設(shè)在平峒內(nèi)，或采用深埋雙金屬標(biāo)等。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),目標(biāo)點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)具有一定的密度，具有代表性。不僅僅布設(shè)在變形體的表面，而且還布設(shè)在內(nèi)部的不同部位，呈立體式分布。應(yīng)與變形體固連在一起，能反映所代表部位的變形，且穩(wěn)定；能長(zhǎng)期保存，與變形體共存亡；便于觀測(cè)，對(duì)其他干擾影響不敏感。目標(biāo)點(diǎn)的埋設(shè)方式很多，可參見有關(guān)規(guī)程規(guī)范，如工程測(cè)量規(guī)范、建筑變形測(cè)量規(guī)程等.,一個(gè)網(wǎng)可以由任意多個(gè)網(wǎng)點(diǎn)組成，但至少應(yīng)由一個(gè)參考點(diǎn)和一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)(確定絕對(duì)變形)或兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)(確定相對(duì)變形)組成。變形體的變形由目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)來描述。變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)分一維網(wǎng)、二維網(wǎng)和三維網(wǎng)。它可以布設(shè)成各式各樣的形狀，主要取決于變形監(jiān)測(cè)的目的和變形體的形狀，此外還與地形和環(huán)境條件有關(guān)。采用地面測(cè)量技術(shù)可布設(shè)成由三角形構(gòu)成的邊角網(wǎng)或三邊網(wǎng)、導(dǎo)線或?qū)Ь€網(wǎng)；用空間測(cè)量技術(shù)建立GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)以及GPS網(wǎng)點(diǎn)與地面測(cè)量網(wǎng)點(diǎn)構(gòu)成混合網(wǎng)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),圖 7-8是一個(gè)抽水蓄能水庫(kù)環(huán)形大壩變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的示意圖。圖中參考點(diǎn)周圍的保護(hù)點(diǎn)起檢查作用，根據(jù)它們與參考點(diǎn)的相鄰關(guān)系檢查參考點(diǎn)是否存在局部變動(dòng)。參考點(diǎn)上的定向點(diǎn)應(yīng)為足夠遠(yuǎn)處的固定目標(biāo)，其坐標(biāo)無需精確知道，起改善網(wǎng)的定向之作用。變形體(大壩)上設(shè)工作基點(diǎn)，主要便于對(duì)其他目標(biāo)點(diǎn)的觀測(cè)，在數(shù)據(jù)處理分析中仍作為目標(biāo)點(diǎn)看待。對(duì)一條堤壩進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可布置成一條平行于堤壩的導(dǎo)線作為參考網(wǎng)，通過觀測(cè)左、右角和重復(fù)測(cè)量提高其可靠性。目標(biāo)點(diǎn)設(shè)在堤上，其位置由多個(gè)參考點(diǎn)進(jìn)行前方交會(huì)得到。對(duì)于一個(gè)高塔的變形監(jiān)測(cè)甚至可通過一個(gè)參考點(diǎn)進(jìn)行。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),圖 7-8 某抽水蓄能水庫(kù)的監(jiān)測(cè)網(wǎng),工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),監(jiān)測(cè)網(wǎng)的坐標(biāo)系和基準(zhǔn)的選取遵循以下實(shí)際準(zhǔn)則： 變形體的范圍較大且形狀不規(guī)則時(shí)，可選擇已有的大地坐標(biāo)系統(tǒng)。其好處是已知系統(tǒng)的歸化和投影改正公式，另一方面監(jiān)測(cè)網(wǎng)也可得到檢查。將監(jiān)測(cè)網(wǎng)與已有的大地網(wǎng)連測(cè)或?qū)⒋蟮乜刂凭W(wǎng)點(diǎn)直接作為參考點(diǎn)的方法可實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系及基準(zhǔn)的確定。 因?yàn)橐痪S網(wǎng)、二維網(wǎng)和三維網(wǎng)的秩虧數(shù)分別是1、3和6(測(cè)邊時(shí))，故在理論上一維網(wǎng)只需一個(gè)已知點(diǎn)，二、三維網(wǎng)只需要兩個(gè)已知點(diǎn)。由于變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的精度有時(shí)還高于國(guó)家大地控制網(wǎng)的精度，與大地網(wǎng)點(diǎn)連接時(shí)，為了不產(chǎn)生尺度上的張緊，應(yīng)采用無強(qiáng)制的連接方法，即只固定一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，二、三維網(wǎng)再固定一個(gè)定向方向。,對(duì)于那些具有明顯結(jié)構(gòu)性特征的變形體，最好采用基于監(jiān)測(cè)體的坐標(biāo)系統(tǒng)，該坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸與監(jiān)測(cè)體的主軸線重合、平行或垂直，這時(shí)目標(biāo)點(diǎn)的變形剛好在某一坐標(biāo)方向上。因?yàn)樽冃问峭ㄟ^目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)變化來反映的，采用什么樣的坐標(biāo)系和固定基準(zhǔn)都不重要，關(guān)鍵是一旦選定了固定基準(zhǔn)，該基準(zhǔn)在整個(gè)變形監(jiān)測(cè)時(shí)期都應(yīng)保持不變。換句話說，那些穩(wěn)定的參考點(diǎn)的坐標(biāo)在整個(gè)期間的坐標(biāo)應(yīng)保持不變。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),當(dāng)僅對(duì)目標(biāo)點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)感興趣時(shí)，可不設(shè)參考點(diǎn)，這時(shí)可采用自由基準(zhǔn)，變形體的變形不是通過目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)變化而是用可估計(jì)的基準(zhǔn)不變量導(dǎo)出的。,根據(jù)網(wǎng)的布設(shè)，坐標(biāo)系和基準(zhǔn)的確定，各目標(biāo)點(diǎn)在變形體上的位置以及精度要求，網(wǎng)的精度得以確定。在設(shè)計(jì)時(shí)可用準(zhǔn)則矩陣表示網(wǎng)的精度，它是一個(gè)人為組成的網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)未知數(shù)的協(xié)方差陣 ，一般當(dāng)做對(duì)角矩陣，它與基準(zhǔn)有關(guān)。在確定測(cè)量精度時(shí)，就是根據(jù)設(shè)計(jì)網(wǎng)形、觀測(cè)方案及觀測(cè)值精度，用人機(jī)交互式的模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)方法計(jì)算在同一基準(zhǔn)下的坐標(biāo)未知數(shù)的協(xié)方差陣 ，通過對(duì) 和 進(jìn)行比較，來確定測(cè)量精度。優(yōu)化設(shè)計(jì)包括增減觀測(cè)值，修改測(cè)量方案，改變觀測(cè)值精度等措施。例如采用網(wǎng)形“由密到疏”、 “由肥到瘦”，觀測(cè)精度“由高到低”等策略進(jìn)行優(yōu)化。此外，還應(yīng)計(jì)算網(wǎng)的內(nèi)部、外部可靠性以及網(wǎng)的靈敏度。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),內(nèi)部可靠性:是網(wǎng)發(fā)現(xiàn)觀測(cè)值粗差的能力， 外部可靠性:是抵御粗差的能力， 網(wǎng)的靈敏度:是發(fā)現(xiàn)某一給定變形的能力， 它們都對(duì)應(yīng)于一定的概率。同時(shí)顧及精度、可靠性、靈敏度以及費(fèi)用進(jìn)行監(jiān)測(cè)網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)的重要內(nèi)容，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者進(jìn)行了大量研究，可參見所列的有關(guān)參考文獻(xiàn)。,最后值得討論的是，因?yàn)楸O(jiān)測(cè)網(wǎng)都要做多期重復(fù)觀測(cè)，所以要求每一期的觀測(cè)方案、觀測(cè)方法(如所使用的儀器乃至觀測(cè)員)和精度保持不變，這樣可以消除周期中所存在的相同的系統(tǒng)誤差。但變形監(jiān)測(cè)的時(shí)間很長(zhǎng)，而測(cè)量技術(shù)發(fā)展也很快，中途改變測(cè)量方法和觀測(cè)方案的事隨時(shí)有可能發(fā)生，這時(shí)應(yīng)在一個(gè)觀測(cè)周期同時(shí)使用新舊方法，以確定兩個(gè)方法間的系統(tǒng)性差別。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)包括：測(cè)量方法的選擇、監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)、測(cè)量精度和觀測(cè)周期的確定等。 前一節(jié)中的一般動(dòng)態(tài)變形模型是變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。根據(jù)變形影響因子(如力、荷載等)的預(yù)估值大小、時(shí)間特性及其對(duì)變形體發(fā)生作用的知識(shí)性推斷，可得到一個(gè)概略模型，由該模型計(jì)算出變形的預(yù)計(jì)值及其時(shí)間特性。以此為基礎(chǔ)，可確定出測(cè)量精度、觀測(cè)周期數(shù)、一周期允許的時(shí)間長(zhǎng)短以及周期間的時(shí)間間隔（可參見本章第一節(jié)的典型變形）。,（一）變形監(jiān)測(cè)方案制定的準(zhǔn)則,用測(cè)量技術(shù)獲取變形及其時(shí)間變化特性所應(yīng)遵循的準(zhǔn)則包括：,(1)描述或確定變形狀態(tài)所需要的測(cè)量精度 。對(duì)于監(jiān)測(cè)網(wǎng)而言，則為：確定目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)、或坐標(biāo)差 允許的精度 或 。,(2)所要施測(cè)的次數(shù)(觀測(cè)周期數(shù))和兩周期之間的時(shí)間間隔t。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),二、 變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì),(3)一個(gè)觀測(cè)周期所允許的觀測(cè)時(shí)間 。,對(duì)于不同的監(jiān)測(cè)對(duì)象，按一般動(dòng)態(tài)變形模型所預(yù)估的y和確定的最小變形量y各異；同一變形體不同位置不同方向上的變形亦不相同，因此，各目標(biāo)點(diǎn)所允許的坐標(biāo)或坐標(biāo)差的精度也不相同，一般目標(biāo)點(diǎn)的平面位置精度還常采用置信橢圓描述。由于同一變形體上各目標(biāo)點(diǎn)處的變形速率 不相同，觀測(cè)周期間隔t和每一周期的觀測(cè)時(shí)間t將不同，在測(cè)量方案設(shè)計(jì)中都應(yīng)加以考慮。例如通過在兩周期之間進(jìn)行一次加密觀測(cè)或放棄一個(gè)周期的方法縮短或延長(zhǎng)t。對(duì)于 的確定，同一周期中不同目標(biāo)點(diǎn)上的觀測(cè)時(shí)間若相同，一種方法是根據(jù)最短的 選擇最快的測(cè)量方法，另一種是根據(jù)不同的 選擇不同測(cè)量方法，在方案設(shè)計(jì)時(shí)要權(quán)衡考慮 。,（二）、測(cè)量方法選擇所應(yīng)考慮的問題,測(cè)量方法選擇須滿足前面所提出的要求，對(duì)于具體問題要具體分析，不能一成不變地生搬硬套。以下幾個(gè)方面需要加以考慮。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),(一)測(cè)量精度的確定,對(duì)于監(jiān)測(cè)網(wǎng)而言，各目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)或坐標(biāo)差的要求精度(可以用準(zhǔn)則矩陣來描述，參見本節(jié)的監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè))知道以后，往往不能直接測(cè)量坐標(biāo)值，且參考點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)所描述的變形體的幾何模型中也不會(huì)連接元素信息，因此，要將坐標(biāo)精度轉(zhuǎn)化為觀側(cè)值的精度。首先進(jìn)行網(wǎng)的觀測(cè)方案設(shè)計(jì)，模擬網(wǎng)的觀測(cè)值及觀測(cè)精度等信息，用控制網(wǎng)模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行反復(fù)的大量的人機(jī)交互式計(jì)算?？丛谀姆N情況下所計(jì)算得到的坐標(biāo)精度符合要求，從而確定觀測(cè)元素(如方向、距離、高差、 GPS基線邊長(zhǎng)等)的測(cè)量精度。模擬計(jì)算時(shí)要根據(jù)儀器的標(biāo)稱精度、測(cè)量精度的經(jīng)驗(yàn)值選取，且要考慮外界的影響，要留有余地，測(cè)量精度應(yīng)有一定富余。直到按設(shè)計(jì)的測(cè)量方案和精度計(jì)算出各目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)的精度完全滿足要求為止。一般來說，變形觀測(cè)是為了確保建筑物的安全，則測(cè)量精度應(yīng)小于允許變形值的1/101/20；如果是為了研究變形的過程，則觀測(cè)精度還應(yīng)更高。普遍的觀點(diǎn)是：應(yīng)采用所能獲得的最好的測(cè)量?jī)x器和技術(shù)，達(dá)到其最高精度，變形測(cè)量的精度愈高愈好。表6-1給出了變形測(cè)量等級(jí)及精度要求。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),對(duì)于大壩變形觀測(cè)，混凝土壩的水平位移和沉陷觀測(cè)精度為12mm，土壩為35mm；滑坡變形的觀測(cè)精度為幾毫米至50mm。不同類型的工程建筑物，其變形觀測(cè)的精度要求差別較大，同一建筑物，不同部位不同時(shí)間對(duì)觀測(cè)精度的要求也不相同。,表7-1 建筑物變形測(cè)量等級(jí)及精度,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),注：(1)觀測(cè)點(diǎn)測(cè)站高差中誤差，系指幾何水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)站高差中誤差或靜力水準(zhǔn)測(cè)量相鄰觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)高差中誤差。,(2)觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)中誤差，系指觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于測(cè)站點(diǎn)(如工作基點(diǎn)等)的坐標(biāo)中誤差、坐標(biāo)差中誤差以及等價(jià)的觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)線的偏差值中誤差、建筑物(或構(gòu)件)相對(duì)于底部定點(diǎn)的水平位移分量中誤差。,在制定變形觀測(cè)方案時(shí)，首先要確定精度要求。如何確定精度是一個(gè)不易回答的問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此作過多次討論。在1971年國(guó)際測(cè)量工作者聯(lián)合會(huì)(FIG)第十三屆會(huì)議上工程測(cè)量組提出：“如果觀測(cè)的目的是為了使變形值不超過某一允許的數(shù)值而確保建筑物的安全，則其觀測(cè)的中誤差應(yīng)小于允許變形值的1/101/20；如果觀測(cè)的目的是為了研究其變形的過程，則其中誤差應(yīng)比這個(gè)數(shù)小得多?！?工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),(二)觀測(cè)周期和一周期內(nèi)的觀測(cè)時(shí)間的確定,1.觀測(cè)周期的確定,大壩變形觀測(cè)的周期確定可參見表7-2。,觀測(cè)周期數(shù)取決于變形的大小、速度及觀測(cè)的目的。在工程建筑物建成初期，變形速度較快，觀測(cè)周期應(yīng)多一些，隨著建筑物趨向穩(wěn)定，可以減少觀測(cè)次數(shù)，但仍應(yīng)堅(jiān)持長(zhǎng)期觀測(cè)，以便能發(fā)現(xiàn)異常變化。對(duì)于周期性的變形，在一個(gè)變形周期內(nèi)至少應(yīng)觀測(cè)兩次。圖7-6為大的呈年周期變化的水平位移，對(duì)于大壩安全監(jiān)測(cè)特別重要的是：是否存在向下游方向的水平位移的趨勢(shì)性變化，參數(shù)是否顯著。如果觀測(cè)周期的時(shí)刻選擇不當(dāng)，將導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。圖7-7給出了四種不同的一維變形過程，如果都用三個(gè)離散的時(shí)刻來獲取，則會(huì)出現(xiàn)完全不同的結(jié)果，有的正確，有的比較正確，有的則完全錯(cuò)了。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),表7-2 大壩變形觀測(cè)周期選擇表,圖7-6 大壩水平位移模型與觀測(cè)時(shí)刻選擇,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),圖7-7 不同變形模型和觀測(cè)時(shí)刻選擇問題,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),2.一個(gè)周期內(nèi)觀測(cè)時(shí)間的確定,一個(gè)周期所有的測(cè)量工作須在所允許的時(shí)間間隔t內(nèi)完成，否則觀測(cè)周期內(nèi)的變形將歪曲目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)值。: 對(duì)于長(zhǎng)周期(如年周期)變形，t可達(dá)幾天甚至數(shù)周，故可選用各種大地測(cè)量?jī)x器和技術(shù)。 對(duì)于短周期變形，t僅為數(shù)分甚至數(shù)秒，對(duì)于日周期，t為10多分鐘。這時(shí)用大地測(cè)量?jī)x器和方法將無能為力，需要考慮采用攝影測(cè)量方法或自動(dòng)化測(cè)量方法。,(三)監(jiān)測(cè)費(fèi)用,監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)和測(cè)量方法的選擇必須要有經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)，總費(fèi)用可分成以下幾方面。,(1)建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一次性花費(fèi)。,監(jiān)測(cè)網(wǎng)和持續(xù)性自動(dòng)化測(cè)量裝置所需費(fèi)用。包括踏勘、埋設(shè)永久性標(biāo)石、標(biāo)志、觀測(cè)墩的費(fèi)用，儀器設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)，數(shù)據(jù)處理軟硬件費(fèi)等。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),(2)每一個(gè)觀測(cè)周期的花費(fèi)。,包括人員費(fèi)、儀器使用費(fèi)、觀測(cè)費(fèi)、數(shù)據(jù)處理費(fèi)、臨時(shí)標(biāo)志費(fèi)以及交通費(fèi)等。,(3)維護(hù)和管理費(fèi)。,主要包括標(biāo)石標(biāo)志的維護(hù)費(fèi)、儀器設(shè)備折舊費(fèi)以及管理人員費(fèi)用等。 當(dāng)變形監(jiān)測(cè)所要求的觀測(cè)周期較少時(shí)，可將上述一、三項(xiàng)放到每周期進(jìn)行預(yù)算，這種情況采用常規(guī)大地測(cè)量方法較好；對(duì)于觀測(cè)周期很多且要求周期中測(cè)量持續(xù)時(shí)間短的情況，應(yīng)考慮研制特殊的測(cè)量方法和儀器，特別是要建立測(cè)量和數(shù)據(jù)處理全自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),(2)只有在一定的時(shí)候才能到達(dá)變形體，而在大多數(shù)時(shí)間在變形體上工作都有特別的危險(xiǎn)性，這時(shí)，許多測(cè)量方法也不能采用。,(3)當(dāng)變形量達(dá)到一定的值時(shí)，對(duì)變形體(被監(jiān)測(cè)的工程建筑物或技術(shù)設(shè)備)本身或環(huán)境將造成巨大危害，但這種危害可通過事先報(bào)警而避免或減小時(shí)，宜采用自動(dòng)化的持續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控檢核，需要時(shí)報(bào)警。,(4)在進(jìn)行荷載作用變形試驗(yàn)時(shí)，荷載與變形的關(guān)系以及臨界值的確定都需要快速地實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，具備全自動(dòng)化或半自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與處理功能的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則比較合適。,(5)有的變形監(jiān)測(cè)實(shí)施時(shí)有極高的技術(shù)要求，可能造成其他工作的停頓。停產(chǎn)將造成經(jīng)濟(jì)損失，在選擇測(cè)量方法時(shí)這一點(diǎn)可能起決定性的作用。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),(四)其他考慮和選擇,除前面幾方面外，還需考慮以下情形：,(1)在監(jiān)測(cè)時(shí)，變形體不能被觸及，更不準(zhǔn)人在上面行走，否則將影響其變形形態(tài)。這種情況下，許多測(cè)量方法都不能采用。,(6)有的變形監(jiān)測(cè)任務(wù)僅在于將變形體的原始狀態(tài)保存下來，一旦該監(jiān)測(cè)對(duì)象發(fā)生了變化，則通過測(cè)量來比較和證明所發(fā)生變化的情況，這時(shí)宜采用攝影測(cè)量方法，其優(yōu)點(diǎn)是初始測(cè)量的費(fèi)用少，在需要時(shí)可對(duì)豐富的攝影信息進(jìn)行詳細(xì)處理乃至空間分析。,10.2、分析參考點(diǎn)穩(wěn)定性時(shí)的平差問題,變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)形如下圖： L 某一周期觀測(cè)值向量 X 參考點(diǎn)的坐標(biāo)向量,則,（15-1）,式中V為殘差向量，向量y包括附加參數(shù)（如方向觀測(cè)的定向角未知數(shù)）和變形體上目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)， 為相應(yīng)的圖形矩陣。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),利用最小二乘法，得法方程式：,約化向量y之后,（15-3）,（15-2）,或簡(jiǎn)寫成：,（15-4）,在參考點(diǎn)穩(wěn)定性分析之前，我們并不知道哪些點(diǎn)是穩(wěn)定的，因此，N是奇異的，用第十四講方法可得相對(duì)于某一個(gè)參考系的坐標(biāo)向量估值 和協(xié)因數(shù)陣 。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),從兩個(gè)周期的平差結(jié)果可以得到參考點(diǎn)的位移和位移的協(xié)因數(shù)陣。,（15-6）,（15-5）,與 應(yīng)當(dāng)相對(duì)于同一個(gè)參考系。如果由于某種原因，例如：第一周期用于定義參考系的點(diǎn)在第二周期觀測(cè)時(shí)丟失了，或者第二周期觀測(cè)時(shí)增加了新的參考點(diǎn)，這時(shí) 和 不是相對(duì)于同一參考系，應(yīng)用相似變換把它們轉(zhuǎn)換到同一參考系。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),10.3、參考點(diǎn)穩(wěn)定性分析的方法,FIG變形分析專門委員會(huì)研究小組提出的方法。,1、Hannover法,Hannover大學(xué)的H.Pelzer和W.Niemeir提出。 基本思想：先進(jìn)行兩周期圖形一致性檢驗(yàn)（整體檢驗(yàn)）。 IF檢驗(yàn)通過，則所有參考點(diǎn)是穩(wěn)定的。 IF檢驗(yàn)不通過，找出不穩(wěn)定點(diǎn)，用“嘗試法”排除不穩(wěn)定后再重復(fù)上述過程，直到圖形一致性通過檢驗(yàn)為止。,設(shè)d 和 為參考點(diǎn)位移向量和協(xié)因數(shù)陣,則,圖形一致性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量,（15-7）,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),（15-8）,式中 為 的秩，f為驗(yàn)后方差因子 的自由度。,如果（15-8）檢驗(yàn)不能通過，把 分解成統(tǒng)計(jì)上獨(dú)立的兩部分,（15-9）,式中 是i點(diǎn)的位移二次型，用下列方法求得,把d和 分解成：,（15-10）,式中M相應(yīng)于點(diǎn)i，下標(biāo)F相應(yīng)于其它點(diǎn)，做變換,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),（15-12）,（15-11）,因此：,對(duì)所有參考點(diǎn)，都進(jìn)行同樣的分解，計(jì)算 ， 值最大相應(yīng)的點(diǎn)為不穩(wěn)定點(diǎn)，利用剩下的 重復(fù)上面整個(gè)過程，直到最后圖形一致性檢驗(yàn)通過為止。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),2. Bonn法,KRKOCH提出。 和Hannover法一樣，先進(jìn)行兩周期圖形一致性檢驗(yàn)，當(dāng)檢驗(yàn)失敗后，也用“嘗試法”監(jiān)別不穩(wěn)定點(diǎn)，但是監(jiān)別方法不同。 （1）先從全跡最小自由網(wǎng)平差得位移場(chǎng)和置信橢圓，找出最少數(shù)目的“穩(wěn)定”點(diǎn)（位移和置信橢圓相比最小者）。 （2）對(duì)這些點(diǎn)整體穩(wěn)定性作統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，當(dāng)檢驗(yàn)不通過時(shí)，去掉位移和置信橢圓相比最大者，再檢驗(yàn)直到通過。 （3）當(dāng)檢驗(yàn)通過時(shí)，用S 變換，得出新的位移場(chǎng)又從中選出位移最小的一個(gè)點(diǎn)，把它加入到定義參考系的穩(wěn)定點(diǎn)中。 （4）重復(fù)2 ，3直到所有穩(wěn)定點(diǎn)都用來定義參考系為止。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),3. Karlsuhe法,由B.Heck提出 與以上兩種方法相同，把整個(gè)圖形一致性檢驗(yàn)作為基本出發(fā)點(diǎn)。 當(dāng)檢驗(yàn)不通過，用“嘗試法”確定一部分相對(duì)穩(wěn)定的點(diǎn)作為參考點(diǎn)。 用穩(wěn)定參考點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，計(jì)算其他點(diǎn)的位移和置信橢圓，當(dāng)位移在置信橢圓外時(shí)，認(rèn)為該點(diǎn)是不穩(wěn)定的。 在計(jì)算方法上，Karlsuhe法采用兩周期觀測(cè)值聯(lián)合平差法，穩(wěn)定參考點(diǎn)，同名點(diǎn)作為一個(gè)點(diǎn)，其他同名點(diǎn)作為兩個(gè)點(diǎn)，兩個(gè)同名點(diǎn)坐標(biāo)差是點(diǎn)的位移，兩個(gè)同名點(diǎn)的相對(duì)誤差橢圓是位移的誤差橢圓。,4. Delft法,Delft大學(xué)大地測(cè)量計(jì)算中心，J.KoK提出的。 本方法特點(diǎn)概述如下（應(yīng)用Baarda粗差剔除理論）：,（1）在所有的檢驗(yàn)中，先驗(yàn)方差因子 認(rèn)為是已知的。 （2）以圖形一致性檢驗(yàn)作為判斷是否有不穩(wěn)定參考點(diǎn)的根據(jù)，整體檢驗(yàn)變成,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),其中,（3）整體檢驗(yàn)失敗后，尋找不穩(wěn)定的點(diǎn)，方法用“嘗試法”逐點(diǎn)計(jì)算統(tǒng)計(jì)量，不管是一維、二維或三維網(wǎng)，統(tǒng)計(jì)量都是一維的，這就意味著檢驗(yàn)一點(diǎn)在某一方向上的位移分量。,對(duì)某一點(diǎn)i，一維統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)量為：,=（0，0，1，0 0，0）,當(dāng) 時(shí)認(rèn)為i點(diǎn)不穩(wěn)定。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),舉例：,右圖為用于監(jiān)視工程建筑物沉降的水準(zhǔn)參考網(wǎng)，線路中圓圈內(nèi)的數(shù)字為該條線路的測(cè)站數(shù)，對(duì)該水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行了兩個(gè)周期的觀測(cè)。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),利用全跡自由網(wǎng)平差，得位移向量和協(xié)因數(shù)矩陣分別為：,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),驗(yàn)后方差因子,自由度為f=6,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),1圖形一致性檢驗(yàn), Delft法,發(fā)現(xiàn)網(wǎng)中存在不穩(wěn)定點(diǎn)。, 其他方法,也發(fā)現(xiàn)有不穩(wěn)定點(diǎn)。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),2穩(wěn)定點(diǎn)的鑒別,a用Hannover法，對(duì)每一點(diǎn)位移計(jì)算 ， 結(jié)果列在下表中：,從表中看出，0號(hào)點(diǎn)的w最大（8.00），因此它是不穩(wěn)定點(diǎn)排除0號(hào)點(diǎn)后，剩余點(diǎn),再做圖形一致性檢驗(yàn)。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),故，除0號(hào)點(diǎn)外，其它三個(gè)點(diǎn)是穩(wěn)定的。,b用Bonn法，在圖形一致性檢驗(yàn)失敗后，選擇必要的，有最小位移的點(diǎn)定義參考系，本例中，選擇2號(hào)點(diǎn)，然后，用S 變換，得新的位移向量，并通過檢驗(yàn)把位移最小的點(diǎn)子選作為穩(wěn)定點(diǎn)，重復(fù)上述過程，計(jì)算結(jié)果列在下表中：,從上表分析，0號(hào)點(diǎn)是不穩(wěn)定點(diǎn)。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),c. 用Delft法計(jì)算每一點(diǎn)的,分位值,= 3.3,有兩個(gè)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)量超過分位值，取最大一個(gè)作為不穩(wěn)定點(diǎn)，排除0號(hào)點(diǎn)后，二次型,再做圖形一致性檢驗(yàn),工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),分位值,檢驗(yàn)通過說明其它點(diǎn)穩(wěn)定。,整體檢驗(yàn)和一維檢驗(yàn)是通過顯著水平，和聯(lián)系起來。,查諾模圖,3不穩(wěn)定點(diǎn)位移的計(jì)算,Hannover法 不穩(wěn)定點(diǎn)位移是相對(duì)于穩(wěn)定點(diǎn)組的，0號(hào)點(diǎn)位移為 Bonn法 不穩(wěn)定點(diǎn)是相對(duì)于穩(wěn)定點(diǎn)定義的參考系，0號(hào)點(diǎn)位移為 Delft法 不穩(wěn)定點(diǎn)位移是相對(duì)于穩(wěn)定點(diǎn)組，0號(hào)點(diǎn)位移為,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),(二)卡爾曼濾波法,由第K-1期參考網(wǎng)的坐標(biāo)未知數(shù)向量及其協(xié)方差陣，并考慮第K期參考網(wǎng)的觀測(cè)值，求解第K期的坐標(biāo)未知數(shù)向量及其協(xié)方差陣可采用卡爾曼濾波的遞推算法，稱為參考網(wǎng)靜態(tài)點(diǎn)場(chǎng)的更新。在動(dòng)態(tài)更新過程中可通過統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)確定有顯著性變形的參考點(diǎn)。,若將參考網(wǎng)擴(kuò)大到包括相對(duì)網(wǎng)(由變形體上的目標(biāo)點(diǎn)構(gòu)成)的變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)，將參考點(diǎn)視為穩(wěn)定點(diǎn)，而將目標(biāo)點(diǎn)視為動(dòng)點(diǎn)，也可按卡爾曼濾波法做遞推計(jì)算和有顯著性變形的參考點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，動(dòng)點(diǎn)和變形點(diǎn)位移向量計(jì)算，稱為似靜態(tài)點(diǎn)場(chǎng)的更新。,1.參考網(wǎng)檢驗(yàn)和靜態(tài)點(diǎn)場(chǎng)更新,卡爾曼濾波的遞推公式為：,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),（10 - 38）,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),在此需要特別說明的是系統(tǒng)噪聲向量 及其協(xié)方差陣 。是未知的隨機(jī)量，由于地下水位變動(dòng)、環(huán)境溫度變化、陽(yáng)光照射、埋標(biāo)不穩(wěn)固以及對(duì)中不好等原因，在靜態(tài)點(diǎn)場(chǎng)中也應(yīng)加以考慮。,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),它的量級(jí)即擾動(dòng)的可能取值范圍一般可以用協(xié)方差矩陣對(duì)角元素的估值表示，即 用對(duì)角陣描述。對(duì)角元素值為各參考點(diǎn)(p個(gè))的X、Y、Z 坐標(biāo)的方差，即,（10 - 39）,如深埋點(diǎn)且?guī)?qiáng)制對(duì)中裝置的觀測(cè)墩， 的取值約為0.2 mm，而采用光學(xué)對(duì)中的一般測(cè)量標(biāo)石，取 。這僅是考慮埋標(biāo)、對(duì)中裝置和對(duì)中方法幾項(xiàng)影響的經(jīng)驗(yàn)值。在缺少關(guān)于系統(tǒng)噪聲信息時(shí)，通常假設(shè) =0,卡爾曼濾波公式中的第1、第2式表示：從第K-1周期到第K周期，坐標(biāo)向量 仍假設(shè)保持不變，但其取值范圍因加進(jìn)系統(tǒng)噪聲影響增大了(方差擴(kuò)大)。兩周期間的一致性整體檢驗(yàn)是對(duì)預(yù)報(bào)殘差 的零假設(shè)和備選假設(shè)：,（10 - 40）,工程控制網(wǎng)建網(wǎng)理論,第十講變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量為：,（10 - 41）,為第K周期的觀測(cè)值個(gè)數(shù)，當(dāng),（10 - 42）,成立，表示預(yù)報(bào)的坐標(biāo)與當(dāng)前觀測(cè)值一致， 可直接用于點(diǎn)場(chǎng)的更新。若拒絕 ，則須進(jìn)一步找原因，或者是 中含粗差，或者是點(diǎn)位發(fā)生顯著性變動(dòng)。觀測(cè)值粗差可通過數(shù)據(jù)探測(cè)法或粗差定位定值法予以檢驗(yàn)和剔除。在確認(rèn)無觀測(cè)粗差存在的情況下