第七章-變形監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)處理(三)課件

1、47.1 工程變形監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)1237.2 變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)（重點(diǎn)） 7.3 變形監(jiān)測(cè)方法和自動(dòng)化（重點(diǎn)） 7.4 變形觀測(cè)數(shù)據(jù)處理 第七章 工程的變形監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)處理7.5 變形監(jiān)測(cè)資料整理、成果表達(dá)和解釋（重點(diǎn)+難點(diǎn)）5教學(xué)重點(diǎn) ： 1、變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)和變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)， 2、變形觀測(cè)數(shù)據(jù)處理，成果表達(dá)和解釋77.3 變形監(jiān)測(cè)方法和自動(dòng)化 變形監(jiān)測(cè)的基本方法 1）在全球變形監(jiān)測(cè)方面：空間大地測(cè)量技術(shù)（全球定位系統(tǒng)（GPS）、甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量（VLBI）、衛(wèi)星激光測(cè)距（SLR)、激光測(cè)月技術(shù)（LLR）、衛(wèi)星重力探測(cè)技術(shù)等技術(shù)手段）。 2）在區(qū)域性變形監(jiān)測(cè)方面：全球定位系統(tǒng)（GPS）、空間對(duì)地觀測(cè)

2、遙感新技術(shù)-合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量（SnSAR）。 3）在工程和局部性變形監(jiān)測(cè)方面： 地面常規(guī)測(cè)量技術(shù)、地面攝影測(cè)量技術(shù)、特殊和專用的測(cè)量手段全球定位系統(tǒng)（GPS）、甚。7.3 變形監(jiān)測(cè)方法和自動(dòng)化 變形監(jiān)測(cè)的基本方法 1）、利用常規(guī)的大地測(cè)量方法：水準(zhǔn)、三角高程、三角、導(dǎo)線、交會(huì)等測(cè)量。 2）、攝影測(cè)量方法：航空攝影測(cè)量、近景攝影測(cè)量、遙感。 3）、物理原理的方法：激光準(zhǔn)直、液體靜力水準(zhǔn)量。 4）、空間測(cè)量技術(shù)方法：全球定位系統(tǒng)（GPS）、甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量、衛(wèi)星激光測(cè)距。監(jiān)測(cè)方法和儀器的選擇 變形監(jiān)測(cè)方法和儀器的選擇主要取決于工程地質(zhì)條件以及工程周圍的環(huán)境條件，根據(jù)監(jiān)測(cè)內(nèi)容的不同可以選擇不同的

3、方法和儀器。比如對(duì)于局部性的外部變形監(jiān)測(cè)，高精度水準(zhǔn)測(cè)量，高精度三角、三邊、邊角以及測(cè)量機(jī)器人監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是工程建筑物外部變形監(jiān)測(cè)的良好手段和方法。而鉆孔傾斜儀、多點(diǎn)位移儀則非常適合于工程建筑物內(nèi)部的變形觀測(cè)。 靜態(tài)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的關(guān)系 1.由于觀測(cè)條件的影響，靜態(tài)監(jiān)測(cè)一般應(yīng)避開陽(yáng)光太強(qiáng)或暴風(fēng)雨的惡劣天氣，而這時(shí)候才是變形體變形和振動(dòng)幅度最明顯的時(shí)候；動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是全天候的，可以監(jiān)測(cè)任何時(shí)候的變形。 2.靜態(tài)監(jiān)測(cè)可以不同精度監(jiān)測(cè)建筑物的不同部位，而動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)特別是GPS只能監(jiān)測(cè)變形較大的位移等。3.靜態(tài)監(jiān)測(cè)體現(xiàn)的是相對(duì)于建筑物竣工狀態(tài)的變化情況；而動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)則是在建筑物正常運(yùn)營(yíng)的狀態(tài)下進(jìn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控，體現(xiàn)

4、了在各種荷載（特別是動(dòng)荷載）情況下的瞬時(shí)狀態(tài)。4.由于兩者以上不同的特點(diǎn)，故靜態(tài)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)可以相輔相成，全面監(jiān)測(cè)建筑物的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，以達(dá)到共同監(jiān)測(cè)建筑物安全的目的。常用監(jiān)測(cè)儀器比較 方法儀器精度適用性評(píng)價(jià)常規(guī)大地測(cè)量方法全站儀、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、測(cè)距儀可滿足不同的精度要求。靈活性大，能適用于不同結(jié)構(gòu)形式的建筑物。缺點(diǎn)是受地形通視和氣候條件影響，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。特殊測(cè)量手段機(jī)械位移計(jì)百分表的精度0.01mm，千分表的精度0.001mm精度較高，測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化觀測(cè)，能夠提供局部的觀測(cè)信息。但不如常規(guī)測(cè)量?jī)x器靈活。位移傳感器可以達(dá)到0.01毫米測(cè)角儀精度與距離有關(guān)，最高可

5、達(dá)1mm可以測(cè)量建筑物的撓度、高層建筑物的傾斜、基礎(chǔ)的沉降。準(zhǔn)直測(cè)量一般精度10-510-6可以測(cè)量建筑物的橫向位移。精度較高，且易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但不如常規(guī)測(cè)量?jī)x器靈活。攝影測(cè)量方法攝影經(jīng)緯儀精度可達(dá)毫米級(jí)觀測(cè)精度低，有時(shí)不能滿足要求，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同步，精度與建筑物的形狀、大小有關(guān)，受自然地理?xiàng)l件限制。數(shù)碼像機(jī)TCA測(cè)量機(jī)器人1mm1ppm能夠觀測(cè)建筑物的沉降、位移、傾斜量等，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。但測(cè)點(diǎn)不同步，且受氣候條件影響，不能全天候監(jiān)測(cè)。GPS RTK方式平面精度101ppm,垂直精度可達(dá)201ppm全天侯監(jiān)測(cè)、操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、定位速度快；缺點(diǎn)是平面精度高、高程精度低。選擇儀器時(shí)一般要注

6、意1.選擇觀測(cè)儀器必須從監(jiān)測(cè)實(shí)際情況出發(fā)，選用的儀器應(yīng)能滿足監(jiān)測(cè)精度的要求。2.在選用儀器時(shí)，既要注意環(huán)境條件，又要避免盲目追求精度。3.儀器應(yīng)該有足夠的量程，一般要滿足監(jiān)測(cè)的要求。4.一般說(shuō)來(lái)，電測(cè)儀器的適應(yīng)性不如機(jī)械儀器儀表，而機(jī)械儀器儀表的適應(yīng)性又不如光學(xué)儀器。7.3 變形監(jiān)測(cè)方法和自動(dòng)化 1、常規(guī)的大地測(cè)量方法 指用常規(guī)的大地測(cè)量?jī)x器測(cè)量方向、角度、邊長(zhǎng)和高差等量所采用方法的總稱。常規(guī)的大地測(cè)量?jī)x器： 光學(xué)經(jīng)緯儀、光學(xué)水準(zhǔn)儀、電磁波測(cè)距儀、 電子經(jīng)緯儀、電子水準(zhǔn)儀、電子全站儀、 GPS接收機(jī)等常規(guī)大地測(cè)量方法： 變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)（GPS網(wǎng)、邊角網(wǎng)），幾何水準(zhǔn)、 電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量等。電子

7、經(jīng)緯儀尼康賓得索佳拓普康徠卡DS1水準(zhǔn)儀全站儀DNA數(shù)字水準(zhǔn)儀Leica常規(guī)地面監(jiān)測(cè)方法具有以下優(yōu)點(diǎn)1. 能夠提供變形體的變形狀態(tài)，監(jiān)控面積大，可以有效地確定變形范圍和絕對(duì)位移量；2. 觀測(cè)量組成網(wǎng)的形式可以進(jìn)行測(cè)量結(jié)果的處理和精度評(píng)定；3. 靈活性大，能適用于不同結(jié)構(gòu)形式的變形體、不同的外界條件和不同的精度要求。而缺點(diǎn)是外業(yè)工作量大，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，難于實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)及測(cè)量過(guò)程的自動(dòng)化。Leica全站儀 測(cè)量機(jī)器人（Measurement Robot,或稱測(cè)地機(jī)器人，Georobt）是一種能代替人進(jìn)行自動(dòng)搜索、跟蹤、辨識(shí)和精確照準(zhǔn)目標(biāo)并獲取角度、距離、三維坐標(biāo)記憶影像等信息的智能型電子全站儀。它是

8、在全站儀的基礎(chǔ)上集成步進(jìn)馬達(dá)、CCD影像傳感器構(gòu)成的視頻成像系統(tǒng)，并配置智能化的控制及應(yīng)用軟件發(fā)展而成的。測(cè)量機(jī)器人測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)一般可采用兩種方式 (1).固定式全自動(dòng)持續(xù)監(jiān)測(cè)(2).移動(dòng)式半自動(dòng)變形監(jiān)測(cè)(1).固定式全自動(dòng)持續(xù)監(jiān)測(cè)固定式全自動(dòng)持續(xù)監(jiān)測(cè)方式是基于一臺(tái)測(cè)量機(jī)器人的有合作目標(biāo)（照準(zhǔn)棱鏡）的變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)全天候的無(wú)人值守監(jiān)測(cè)，其實(shí)質(zhì)為自動(dòng)化坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)。(2).移動(dòng)式半自動(dòng)變形監(jiān)測(cè) 移動(dòng)式半自動(dòng)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的作業(yè)與傳統(tǒng)的觀測(cè)方法一樣，在各觀測(cè)墩上安置儀器，輸入測(cè)站點(diǎn)號(hào)，進(jìn)行必要的測(cè)站設(shè)置，后視之后測(cè)量機(jī)器人會(huì)按照預(yù)置在機(jī)內(nèi)的觀測(cè)點(diǎn)順序、測(cè)回?cái)?shù)，全自動(dòng)地尋找目標(biāo)。

9、測(cè)量機(jī)器人具有以下優(yōu)點(diǎn)1） 能夠同時(shí)全方位地觀測(cè)工程建筑物的三維位移，克服了以往平面位移監(jiān)測(cè)和垂直位移監(jiān)測(cè)分別進(jìn)行的缺陷。2） 可以自動(dòng)進(jìn)行氣象改正，克服氣象代表性誤差。由于測(cè)量都是在預(yù)定的測(cè)站和地段進(jìn)行，可以較為可靠地求得大氣改正的數(shù)學(xué)模型，從而有效地提高測(cè)量精度。3）建立高精度的參考站，采用差分測(cè)量方式，可以消除和減弱各種誤差（外部的和儀器內(nèi)部的）對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，大幅度地提高測(cè)量的精度。4）可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)24小時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、分析、輸出，提供圖形，多點(diǎn)、多項(xiàng)目、全自動(dòng)和可視化，達(dá)到亞毫米以內(nèi)的精度。5）可求得被測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，因此根據(jù)設(shè)計(jì)方案的要求，可作全方位的預(yù)報(bào)，包括位移、沉

10、降、撓度、傾斜等變形監(jiān)測(cè)內(nèi)容。6）是一套相對(duì)投資省（包括設(shè)備投資和運(yùn)行中的投資）、自動(dòng)化程度高、可靠性強(qiáng)、匯報(bào)率大的現(xiàn)代化的監(jiān)測(cè)方法。 缺點(diǎn)是：沒(méi)有多余的觀測(cè)量，測(cè)量的精度隨著距離的增長(zhǎng)而顯著地降低，且不易發(fā)現(xiàn)粗差；各測(cè)點(diǎn)不同步；大變形比較難以測(cè)量；實(shí)時(shí)性較差；在惡劣的天氣，如大霧、暴風(fēng)雨中不能進(jìn)行工作等。測(cè)量機(jī)器人具有以下缺點(diǎn)7.3 變形監(jiān)測(cè)方法和自動(dòng)化 2、 攝影測(cè)量方法 特點(diǎn)： (1) 不接觸被監(jiān)測(cè)的變形體。 (2) 外業(yè)工作量小，觀測(cè)時(shí)間短，快速，在具有同步裝置的條件下可同時(shí)對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量 (3) 信息量大，顯示能力客觀,能提供完全和瞬時(shí)的三維空間信息；利用率高，利用種類多；

11、(4) 儀器費(fèi)用較高，數(shù)據(jù)處理對(duì)軟硬件的要求較高。觀測(cè)精度低，有時(shí)不能滿足要求；各監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同步；精度與變形體的形狀、大小有關(guān)；受自然地理?xiàng)l件限制。攝影測(cè)量方法的缺點(diǎn) 7.3 變形監(jiān)測(cè)方法和自動(dòng)化 3、特殊的大地測(cè)量方法 特殊測(cè)量手段包括準(zhǔn)直測(cè)量、鉛直測(cè)量、傾斜測(cè)量、撓度測(cè)量、振動(dòng)測(cè)量和應(yīng)變測(cè)量等。常規(guī)的的地面測(cè)量方法相比，它們具有如下特點(diǎn)：1）精確地獲取被測(cè)對(duì)象的變化；2）對(duì)被測(cè)對(duì)象本身的精度，要求不是很高 3）測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單； 4）容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)； 5）提供的是局部的變形信息。7.3 變形監(jiān)測(cè)方法和自動(dòng)化 3、特殊的大地測(cè)量方法 （1）短距離和距離變化測(cè)量方法 距離小于50m ，

12、可采用機(jī)械法。如研制的金屬絲測(cè)長(zhǎng)儀，將很細(xì)的金屬絲（受溫度影響?。┰诠潭ɡο吕@在銦瓦測(cè)鼓上，精度優(yōu)于1mm。兩點(diǎn)間在i和i+1周期之間的距離變化l：伸縮測(cè)微銦瓦線尺：由伸縮測(cè)量和拉力測(cè)量?jī)刹糠纸M成，其測(cè)微分辨率為0.01mm，如果傳遞元素(銦瓦線、石英棒等)的長(zhǎng)度a、b保持不變，則只需測(cè)微小量 。l的精度可達(dá)0.02mm。7.3 變形監(jiān)測(cè)方法和自動(dòng)化 3、特殊的大地測(cè)量方法 （1）短距離和距離變化測(cè)量方法 下圖伸縮測(cè)微儀原理 7.3 變形監(jiān)測(cè)方法和自動(dòng)化 3、特殊的大地測(cè)量方法 （2）偏離水平基準(zhǔn)線的微距離測(cè)量準(zhǔn)直法 1.水平基準(zhǔn)線通常平行于被監(jiān)測(cè)物體（如大壩、機(jī)器設(shè)備）的軸線。 2.偏離基

13、準(zhǔn)線的垂直距離或到基準(zhǔn)線所構(gòu)成的垂直基準(zhǔn)面的偏離值稱偏距(或垂距)。 3.測(cè)量偏距的方法稱準(zhǔn)直（測(cè)量）法。 4.基準(zhǔn)線（或基準(zhǔn)面）可用光學(xué)法、光電法和機(jī)械法產(chǎn)生。7.3 變形監(jiān)測(cè)方法和自動(dòng)化 3、特殊的大地測(cè)量方法 （2）偏離水平基準(zhǔn)線的微距離測(cè)量準(zhǔn)直法一、光學(xué)法：用光學(xué)經(jīng)緯儀或電子經(jīng)緯儀的視準(zhǔn)線構(gòu)成基準(zhǔn)線，又稱視準(zhǔn)線法（包括測(cè)小角法、活動(dòng)覘牌法）。若在望遠(yuǎn)鏡目鏡端加一個(gè)激光發(fā)生器，則基準(zhǔn)線是一條可見的激光束二、光電法：光電法是通過(guò)光電轉(zhuǎn)換原理測(cè)量偏距，有激光經(jīng)緯儀準(zhǔn)直、波帶板激光準(zhǔn)直、尼龍絲準(zhǔn)直系統(tǒng)和激光準(zhǔn)直系統(tǒng)三、機(jī)械法： 在基準(zhǔn)點(diǎn)上吊掛鋼絲或尼龍絲構(gòu)成基準(zhǔn)線，用測(cè)尺游標(biāo)、投影儀或傳感器測(cè)

14、量中間目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)線的偏距。 引張線法：是一種典型的進(jìn)行偏距測(cè)量的機(jī)械法。準(zhǔn)直測(cè)量 準(zhǔn)直測(cè)量是提供一條基準(zhǔn)線，測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)線的單向位移，可以是水平方向，也可以是垂直方向。準(zhǔn)直測(cè)量方法由很多，有測(cè)小角法、活動(dòng)覘牌法、垂線法、激光準(zhǔn)直法和引張線法等。一、 光 學(xué) 法 用光學(xué)經(jīng)緯儀或電子經(jīng)緯儀的視準(zhǔn)線構(gòu)成基準(zhǔn)線，又稱視準(zhǔn)線法（包括測(cè)小角法、活動(dòng)覘牌法）。若在望遠(yuǎn)鏡目鏡端加一個(gè)激光發(fā)生器，則基準(zhǔn)線是一條可見的激光束。測(cè)小角法按下式計(jì)算偏距及精度：一、 光 學(xué) 法采用測(cè)回法觀測(cè)時(shí)，一測(cè)回所測(cè)小角的誤差等于照準(zhǔn)誤差，它與眼的視力臨界角（60）和經(jīng)緯儀的望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)V有關(guān)， 即根據(jù)偏距的精度

15、要求值和，可計(jì)算出小角的測(cè)量精度，再由望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)計(jì)算小角觀測(cè)的測(cè)回?cái)?shù)。活動(dòng)覘牌法：（主要考慮站牌的圖案形狀、顏色）引張線法7.3 變形監(jiān)測(cè)方法和自動(dòng)化 3、特殊的大地測(cè)量方法 （2）偏離垂直基準(zhǔn)線的微距離測(cè)量 鉛直法 定義： 以過(guò)基準(zhǔn)點(diǎn)的鉛垂線為垂直基準(zhǔn)線，測(cè)量沿鉛垂基準(zhǔn)線上的目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)線的水平距離(亦稱偏距)的方法。鉛垂線可以用光學(xué)法、光電法或機(jī)械法產(chǎn)生。偏距可用垂線坐標(biāo)儀、測(cè)尺或傳感器測(cè)得。例如，兩臺(tái)經(jīng)緯儀過(guò)同一基準(zhǔn)點(diǎn)的兩個(gè)垂直平面的交線即為鉛垂線（參見圖7-13）。用精密光學(xué)垂準(zhǔn)儀可產(chǎn)生過(guò)底部基準(zhǔn)點(diǎn)(底向垂準(zhǔn)儀)或頂部基準(zhǔn)點(diǎn)(頂向垂準(zhǔn)儀)的鉛垂線。光學(xué)法儀器中加上激光目鏡，則

16、可產(chǎn)生可見鉛垂線，稱激光鉛直法。用經(jīng)緯儀作鉛直測(cè)量 機(jī)械法（ 正、倒垂線法）： 1）正垂線法：用正垂線裝置測(cè)量偏距的一種方法。正垂線裝置由懸線、固定與活動(dòng)夾線裝置、觀測(cè)墩、垂線、重錘、油箱等組成。重錘在下面，固定夾線裝置在上面，是懸掛垂線的支點(diǎn)（可與工作基點(diǎn)相聯(lián)系），活動(dòng)夾線裝置由多點(diǎn)夾線法的觀測(cè)支點(diǎn)構(gòu)成，支點(diǎn)設(shè)在不同的高程面上，垂線是一種高強(qiáng)度且不生銹的金屬絲（一般直徑為12.5mm），重錘是使垂線保持鉛垂?fàn)顟B(tài)的重物，重量為20kg200kg。油箱的作用是不使重錘旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)，保持重錘穩(wěn)定。圖7-14為正垂線裝置圖。機(jī)械法（ 正、倒垂線法）：2）倒垂線法：用倒垂線裝置測(cè)量偏距的一種方法。倒垂線

17、裝置的重錘（稱倒錘）在上面，利用鉆孔將垂線（直徑0.81.0mm的不銹鋼絲）一端錨埋到基巖中，提供在基巖下的基準(zhǔn)點(diǎn)，垂線另一端與浮體葙相連，倒錘在浮力的作用下拉緊垂線，形成鉛直基準(zhǔn)線。圖7-15為倒垂線裝置圖。 正、倒垂線常常成對(duì)布設(shè)，且與工作基點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，利用安置在工作基點(diǎn)觀測(cè)墩上的垂線坐標(biāo)儀（圖7-16）可測(cè)定工作基點(diǎn)相對(duì)于倒垂線的兩個(gè)坐標(biāo)值（x、y），求得工作基點(diǎn)的位移值。垂線觀測(cè)多采用自動(dòng)讀數(shù)設(shè)備，如遙測(cè)垂線坐標(biāo)儀，分辨率達(dá)0.01mm。另外，還有自動(dòng)視覺(jué)系統(tǒng)AVS（Automated Vision System），它通過(guò)CCD自動(dòng)拍攝垂線的影像確定垂線位置的變化，分辨率可達(dá)3m。機(jī)械法

18、（ 正、倒垂線法）：垂準(zhǔn)線法 垂準(zhǔn)線的建立，可以利用懸吊垂球，也可以利用鉛垂儀(或稱垂準(zhǔn)儀)。利用垂球時(shí)，是在高處的某點(diǎn)，如墻角、建筑物的幾何中心處懸掛垂球，垂球線的長(zhǎng)度應(yīng)使垂球尖端剛剛不與底部接觸，用尺子量出垂球尖至高處該點(diǎn)在底部的理論投影位置的距離，即為高處該點(diǎn)的水平位移值。鉛垂儀的構(gòu)造如圖所示，當(dāng)儀器整平后，即形成一條鉛垂視線。如果在目鏡處加裝一個(gè)激光器，則形成一條鉛垂的可見光束，稱為激光鉛垂線。觀測(cè)時(shí)，在低部安置儀器，而在頂部量取相應(yīng)點(diǎn)的偏移距離。液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量 幾何水準(zhǔn)測(cè)量是依據(jù)水平視線來(lái)測(cè)定兩點(diǎn)間高差的，而水平視線是靠水準(zhǔn)器調(diào)平來(lái)實(shí)現(xiàn)的。若直接依據(jù)靜止的液體表面(水平面)來(lái)測(cè)定兩

19、點(diǎn)(或多點(diǎn))之間的高差，則稱為液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量。液體靜力水準(zhǔn)讀數(shù)方法電感式液體靜力水準(zhǔn)儀示意圖 (1) 目視接觸法。 (2) 電子傳感器法。通過(guò)電子傳感器不僅可以提高靜力水準(zhǔn)的讀數(shù)精度，而且可實(shí)現(xiàn)測(cè)量的自動(dòng)化。優(yōu)點(diǎn)： 1）連通管方法原理簡(jiǎn)單,測(cè)量變形在人工讀數(shù)情況下精度可達(dá)到1mm，而用超聲波液位計(jì)測(cè)量精度則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人工讀數(shù)的精度； 2）該方法簡(jiǎn)便易行且有很高的可靠性。缺點(diǎn)： 1）液體填充系統(tǒng)需在主梁內(nèi)布設(shè)液壓連通管，安裝較為復(fù)雜； 2）由于連通管內(nèi)液體粘性阻力，對(duì)測(cè)點(diǎn)動(dòng)態(tài)位移的靈敏性較差。液體靜力水準(zhǔn)優(yōu)缺點(diǎn)水平位移觀測(cè) 測(cè)角前方交會(huì)后方交會(huì)極坐標(biāo)法導(dǎo)線法視準(zhǔn)線法引張線法測(cè)角前方交會(huì)在變形點(diǎn)上

20、不便于架設(shè)儀器時(shí)，多采用這種方法。如圖所示，A、B為平面基準(zhǔn)點(diǎn)，p為變形點(diǎn)，由于A、B的坐標(biāo)為已知，在觀測(cè)了水平角、后，即可依下式求算p點(diǎn)的坐標(biāo)。 測(cè)角中誤差；D兩已知點(diǎn)間的距離； 206 265。采用這種方法時(shí)，交會(huì)角宜在60至120之間，以保證交會(huì)精度。后方交會(huì) 如果變形點(diǎn)上可以架設(shè)儀器，且與三個(gè)平面基準(zhǔn)點(diǎn)通視時(shí)，可采用這種方法。如圖所示，A、B、C為平面基準(zhǔn)點(diǎn)，p為變形點(diǎn)，當(dāng)觀測(cè)了水平角、后，即可依公式153計(jì)算p點(diǎn)坐標(biāo)。 采用這種方法時(shí)，需注意p點(diǎn)不能與A、B、C在同一圓周上，否則無(wú)定解。極坐標(biāo)法 在光電測(cè)距儀出現(xiàn)以后，這種方法用得比較廣泛，只要在變形點(diǎn)上可以安置反光鏡，且與基準(zhǔn)點(diǎn)通視

21、即可。如圖所示，A、B為基準(zhǔn)點(diǎn)，其坐標(biāo)已知，p為變形點(diǎn)，當(dāng)測(cè)出及d以后，即可據(jù)以求出p點(diǎn)的坐標(biāo)，由于計(jì)算方法簡(jiǎn)單，不再進(jìn)行說(shuō)明。點(diǎn)位中誤差的估算公式為： 導(dǎo)線法 當(dāng)相鄰的變形點(diǎn)間可以通視，且在變形點(diǎn)上可以安置儀器進(jìn)行測(cè)角、測(cè)距時(shí)，可采用這種方法。通過(guò)各次觀測(cè)所得的坐標(biāo)值進(jìn)行比較，便可得出點(diǎn)位位移的大小和方向。這種方法多用于非直線型建筑物的水平位移觀測(cè)，如對(duì)弧形拱壩和曲線橋的水平位移觀測(cè)。 視準(zhǔn)線法 適用于變形方向?yàn)橐阎木€形建(構(gòu))筑物，是水壩、橋梁等常用的方法。如圖所示，視準(zhǔn)線的兩個(gè)端點(diǎn)A、B為基準(zhǔn)點(diǎn)，變形點(diǎn)1、2、3等布設(shè)在AB的連線上，其偏差不宜超過(guò)2cm。變形點(diǎn)相對(duì)于視準(zhǔn)線偏移量的變化

22、，即是建(構(gòu))筑物在垂直于視準(zhǔn)點(diǎn)方向上的位移。量測(cè)偏移量的設(shè)備為活動(dòng)覘牌，其構(gòu)造如圖158所示。覘牌圖案可以左右移動(dòng)，移動(dòng)量可在刻劃上讀出。當(dāng)圖案中心與豎軸中心重合時(shí)，其讀數(shù)應(yīng)為零，這一位置稱為零位。 觀測(cè)時(shí)在視準(zhǔn)線的一端架設(shè)經(jīng)緯儀，照準(zhǔn)另一端的觀測(cè)標(biāo)志，這時(shí)的視線稱為視準(zhǔn)線。將活動(dòng)覘牌安置在變形點(diǎn)上，左右移動(dòng)覘牌的圖案，直至圖案中心位于視準(zhǔn)線上，這時(shí)的讀數(shù)即為變形點(diǎn)相對(duì)視準(zhǔn)線的偏移量。不同周期所得偏移量的變化，即為其變形值。與此法類似的還有激光準(zhǔn)直法，就是用激光光束代替經(jīng)緯儀的視準(zhǔn)線。引張線法 引張線法的工作原理與視準(zhǔn)線法類似，但要求在無(wú)風(fēng)及沒(méi)有干擾的條件下工作，所以在大壩廊道里進(jìn)行水平位移

23、觀測(cè)采用較多。所不同的，是在兩個(gè)端點(diǎn)間引張一根直徑為0.8mm至lmm的鋼絲，以代替視準(zhǔn)線。采用這種方法的兩個(gè)端點(diǎn)應(yīng)基本等高，上面要安置控制引張線位置的V形槽及施加拉力的設(shè)備。中間各變形點(diǎn)與端點(diǎn)基本等高，在上面與引張線垂直的方向上水平安置刻劃尺；以讀出引張線在刻劃尺上的讀數(shù)。不同周期觀測(cè)時(shí)尺上讀數(shù)的變化，即為變形點(diǎn)與引張線垂直方向上的位移值。 傾斜觀測(cè) 一些高聳建(構(gòu))筑物，如電視塔、煙囪、高橋墩、高層樓房等，往往會(huì)發(fā)生傾斜。傾斜度用頂部的水平位移值K與高度h之比表示，即 一般傾斜度用測(cè)定的K及h求算，如果確信建筑物是剛性的，也可以通過(guò)測(cè)定基礎(chǔ)不同部位的高程變化來(lái)間接求算。高度h可用懸吊鋼尺測(cè)

24、出，也可用三角高程法測(cè)出。頂部點(diǎn)的水平位移值，可用前方交會(huì)及建立垂準(zhǔn)線的方法測(cè)出。傾斜觀測(cè)（1）“短基線”傾斜儀：一般用垂直擺錘或水準(zhǔn)氣泡作為參考線；不同的傾斜儀，測(cè)量精度差別很大。一般來(lái)講，“短基線”傾斜儀的精度范圍是0.5“-10”，（2）“長(zhǎng)基線”傾斜儀：一般根據(jù)靜力水準(zhǔn)的原理做成。“長(zhǎng)基線”傾斜儀精度很高，用水作為液體的傾斜儀，每10m長(zhǎng)可達(dá)0.01mm的精度。用水銀作為液體，測(cè)量精度可達(dá)0.001。在實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)需要選擇傾斜儀。傾斜儀連通管法傾斜儀測(cè)量示意圖前方交會(huì)法 采用前方交會(huì)法時(shí)，例如對(duì)高層樓房的墻角觀測(cè)，則高處觀測(cè)點(diǎn)與其理論位置的坐標(biāo)差x、y，即為在x,y方向上的位移值

25、，其最大位移方向上的位移值為前方交會(huì)法像煙囪等圓錐形中空構(gòu)筑物，應(yīng)測(cè)定其幾何中心的水平位移，這種情況可采用圖所示的方法進(jìn)行。A、B為兩觀測(cè)站，離煙囪的距離應(yīng)不小于煙囪高度的兩倍，并使Ap、Bp方向大致垂直。經(jīng)緯儀先在A點(diǎn)觀測(cè)煙囪底部和頂部相切兩方向的值，取平均值得a、a即為通過(guò)煙囪底部和頂部中心的方向值。同樣再在B點(diǎn)觀測(cè)，得b、b。若aa，bb，則表示煙囪的上下中心不在同一鉛垂線上，即煙囪有傾斜。計(jì)算出a= a-a，b= b-b，并從A、B分別沿Ap、Bp方向量出到煙囪外皮的距離DA、DB，則可按下式計(jì)算出垂直于Ap、Bp方向的偏移量eA、eB： 前方交會(huì)法式中R為煙囪底部的半徑，可量出底部的

26、周長(zhǎng)后求得。煙囪總的偏移量e為： 根據(jù)a、b的正負(fù)號(hào)，還可以按下式計(jì)算出偏移的方向： 為以Ap為0按順時(shí)針?lè)较蛴?jì)量的方位角。塔式建筑物的傾斜測(cè)量-測(cè)定頂部中心相對(duì)于底部中心的偏心位移量 垂準(zhǔn)線法 垂準(zhǔn)線的建立，可以利用懸吊垂球，也可以利用鉛垂儀(或稱垂準(zhǔn)儀)。利用垂球時(shí)，是在高處的某點(diǎn)，如墻角、建筑物的幾何中心處懸掛垂球，垂球線的長(zhǎng)度應(yīng)使垂球尖端剛剛不與底部接觸，用尺子量出垂球尖至高處該點(diǎn)在底部的理論投影位置的距離，即為高處該點(diǎn)的水平位移值。鉛垂儀的構(gòu)造如圖1510所示，當(dāng)儀器整平后，即形成一條鉛垂視線。如果在目鏡處加裝一個(gè)激光器，則形成一條鉛垂的可見光束，稱為激光鉛垂線。觀測(cè)時(shí)，在低部安置儀

27、器，而在頂部量取相應(yīng)點(diǎn)的偏移距離。撓度測(cè)量定義： 相對(duì)于水平或鉛垂基準(zhǔn)線的彎曲線稱撓度曲線。曲線上某點(diǎn)到基準(zhǔn)線的距離稱為撓度。撓度曲線及其隨時(shí)間的變化可通過(guò)傾斜測(cè)量或正、倒垂線法獲得。例如，確定建筑物在垂直平面內(nèi)不同高程面上的點(diǎn)相對(duì)于底點(diǎn)的水平位移稱撓度曲線測(cè)量。對(duì)于高層建筑物，基礎(chǔ)不均勻沉陷將導(dǎo)致建筑物傾斜，建筑物的撓度也可通過(guò)觀測(cè)不同高度處的傾斜值換算得到。兩點(diǎn)之間的傾斜也可采用測(cè)量高差（或水平位移）和兩點(diǎn)間距離，通過(guò)計(jì)算間接獲得。撓度觀測(cè) 所謂撓度，是指建(構(gòu))筑物或其構(gòu)件在水平方向或豎直方向上的彎曲值。例如橋的梁部在中間會(huì)產(chǎn)生向下彎曲，高聳建筑物會(huì)產(chǎn)生側(cè)向彎曲。下圖是對(duì)梁進(jìn)行撓度觀測(cè)的

28、例子。在梁的兩端及中部設(shè)置三個(gè)變形觀測(cè)點(diǎn)A、B及C，定期對(duì)這三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行沉降觀測(cè)，即可依下式計(jì)算各期相對(duì)于首期的撓度值：撓度觀測(cè) 觀測(cè)點(diǎn)間的距離； 觀測(cè)點(diǎn)的沉降量。撓度觀測(cè)沉降觀測(cè)的方法可用水準(zhǔn)測(cè)量，如果由于結(jié)構(gòu)或其他原因，無(wú)法采用水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，也可采用三角高程的方法。橋梁在動(dòng)荷載(如列車行駛在橋上)作用下會(huì)產(chǎn)生彈性撓度，即列車通過(guò)后，立即恢復(fù)原狀，這就要求在撓度最大時(shí)測(cè)定其變形值。為能測(cè)得其瞬時(shí)值，可在地面架設(shè)測(cè)距儀，用三角高程法觀測(cè)，也可利用近景攝影測(cè)量法測(cè)定。對(duì)高聳建(構(gòu))筑物豎直方向的撓度觀測(cè)，是測(cè)定在不同高度上的幾何中心或棱邊等特殊點(diǎn)相對(duì)于底部幾何中心或相應(yīng)點(diǎn)的水平位移，并將這些點(diǎn)在其扭

29、曲方向的鉛垂面上的投影繪成曲線，就是撓度曲線。水平位移的觀測(cè)方法，可采用測(cè)角前方交會(huì)法、極坐標(biāo)法或垂線法。 傾斜儀測(cè)撓度傾斜儀測(cè)撓度裂縫觀測(cè)當(dāng)撓度過(guò)大建筑物會(huì)由于剪切破壞產(chǎn)生裂縫，這時(shí)除增加沉降觀測(cè)次數(shù)，還應(yīng)進(jìn)行裂縫觀測(cè)。混凝土大壩和土壩的裂縫觀測(cè)十分重要。對(duì)于重要的裂縫，確定裂縫位置、走向、長(zhǎng)度、寬度等。裂縫觀測(cè)3、一般用游標(biāo)卡尺定期地測(cè)定兩個(gè)標(biāo)志頭之間距離的變化，確定裂縫的發(fā)展情況。觀測(cè)次數(shù)與裂縫的部位、長(zhǎng)度、寬度、形狀和變化情況有關(guān)，應(yīng)與溫度、水位和其他監(jiān)測(cè)結(jié)合進(jìn)行。4、對(duì)于建筑預(yù)留縫和巖石裂縫，一般預(yù)埋內(nèi)部測(cè)微計(jì)和外部測(cè)微計(jì)。測(cè)微計(jì)由金屬絲或銦瓦絲與測(cè)表構(gòu)成，其精度可優(yōu)于0.01mm

30、振動(dòng)觀測(cè)1、高層（或塔式）建筑物，在溫度和風(fēng)力荷載作用下，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)或來(lái)回?cái)[動(dòng)，從而需要進(jìn)行振動(dòng)（擺動(dòng)）觀測(cè)。橋梁也需進(jìn)行振動(dòng)觀測(cè)，特高的房屋建筑如美國(guó)的帝國(guó)大廈（102層），在風(fēng)荷載下，最大擺動(dòng)達(dá)7.6cm。2、一般采用光電測(cè)量系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)作持續(xù)動(dòng)態(tài)觀測(cè)。日照和風(fēng)振變形監(jiān)測(cè) 建筑物日照變形因建筑的類型、結(jié)構(gòu)、材料以及陽(yáng)光照射方位、高度不同而異。如湖北一座183m高的電視塔，24h的偏移達(dá)130mm；四川某飯店，高僅18m，陽(yáng)面與陰面溫差達(dá)11時(shí)，頂部位移達(dá)50mm；而廣州一座100多米的建筑，24h的偏移僅20mm。 日照變形測(cè)量在高聳建筑物或單柱受強(qiáng)陽(yáng)光照射或輻射的過(guò)程中進(jìn)行，應(yīng)測(cè)定

31、建筑物上部由于向陽(yáng)面與背陰面溫差引起的偏移及其變形規(guī)律。 日照變形測(cè)量的時(shí)間，宜選在夏季的高溫天進(jìn)行。一般觀測(cè)項(xiàng)目，可在白天時(shí)間段進(jìn)行，每隔約1小時(shí)觀測(cè)一次；對(duì)于有科研要求的重要建筑物，可在全體24h內(nèi)每隔約1小時(shí)觀測(cè)一次。每次觀測(cè)的同時(shí)，應(yīng)測(cè)出建筑物向陽(yáng)面與背面的溫度，并測(cè)定風(fēng)速與風(fēng)向。一、日照變形觀測(cè)風(fēng)振變形測(cè)量風(fēng)振觀測(cè)應(yīng)在高層、超高層建筑物受強(qiáng)風(fēng)作用的 時(shí)間階段同步測(cè)定建筑物的頂部風(fēng)速、風(fēng)向和墻面風(fēng)壓以及頂部的水平位移，宜獲得風(fēng)壓分布、梯形系數(shù)記風(fēng)振系數(shù)。宜選用的方法激光位移計(jì)自動(dòng)測(cè)記法長(zhǎng)周期拾振測(cè)記法加速計(jì)法GPS差分載波相位法經(jīng)緯儀測(cè)角前方交會(huì)法或方向差交會(huì)法。三維激光掃描測(cè)量1、三

32、維激光掃瞄儀本質(zhì)上也是一種測(cè)距測(cè)角儀器，通過(guò)極坐標(biāo)和交會(huì)原理快速地獲取物體的三維坐標(biāo)。2、激光掃描儀LR200（也稱調(diào)頻相干激光雷達(dá)）可提供水平角、垂直角和距離三個(gè)觀測(cè)值。經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和建模，可輸出被測(cè)對(duì)象的各種數(shù)字模型，并轉(zhuǎn)換到CAD成圖。3、在工程建筑變形監(jiān)測(cè)方面將成為一種重要的方法得到應(yīng)用。三維激光掃瞄儀HDS4500HDS45003D激光掃描技術(shù)傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器的缺點(diǎn)：1 不能滿足高密度三維坐標(biāo)采集和“逆向工程（實(shí)際物體到幾何建模的直接轉(zhuǎn)換 ）”的需要.2 需要采用接觸式的測(cè)量方式，因此測(cè)量速度不可能很快。激光掃描儀21世紀(jì)初，美國(guó)Cyra公司推出三維測(cè)量的激光掃描儀Cyrax，有點(diǎn)類似于

33、無(wú)合作目標(biāo)全站儀的測(cè)量模式，但速度更快。激光掃描儀都帶有豐富的后處理軟件，通過(guò)測(cè)得的三維“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)，可以直接生成物體表面的三維CAD模型，實(shí)現(xiàn)了大型目標(biāo)實(shí)體及實(shí)景、建筑物和地形測(cè)量實(shí)時(shí)三維仿真模型建立和可視化。但Cyrax的坐標(biāo)測(cè)量精度為6mm，只和普通全站儀的精度相當(dāng)，其他廠家也相繼推出了類似的產(chǎn)品。下圖為不同廠家激光掃描儀的外形2002年，瑞士徠卡公司推出了精度更高的激光掃描儀LR200，也稱為調(diào)頻相干激光雷達(dá)掃描儀或激光雷達(dá)。該儀器應(yīng)用于測(cè)量中，但其測(cè)量精度與激光跟蹤儀相當(dāng)。圖為L(zhǎng)R200激光雷達(dá)。激光掃描儀為何用3維激光掃描?ILRIS 3D全數(shù)字三維激光掃描儀激光類型：一級(jí)激光，安

34、全無(wú)害Class I Laser at all mode (IEC 60825-1,Am2,US FDA 21 CFR 1040)掃描精度：3mm 儀器重量：12kg掃描范圍： 1500 m 80%反射率目標(biāo) 800 m 20%反射率目標(biāo) 350 m 4% 反射率目標(biāo)參考價(jià)格：25萬(wàn)美元生產(chǎn)產(chǎn)地：日本ILRIS-3D操作過(guò)程 回到辦公室后將記錄數(shù)據(jù)的CF卡從儀器中取出，插入計(jì)算機(jī)中讀取，將從不同角度掃描的數(shù)據(jù)找出重合的特征點(diǎn)，將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接在一起，并可疊加上數(shù)碼照片，方便判讀，再找出三個(gè)特征點(diǎn)，賦予其三維坐標(biāo)值，即確定整個(gè)掃描數(shù)據(jù)的三維坐標(biāo)系統(tǒng)ILRIS-3D替代傳統(tǒng)作業(yè)方式的優(yōu)勢(shì)1、單人即可作業(yè)，且只需架設(shè)好儀器后設(shè)定掃描范圍等參數(shù)，作業(yè)人員就可休息待儀器自行收集數(shù)據(jù)2、精度高，掃描范圍遠(yuǎn)，不需接觸即可作業(yè)3、三維數(shù)據(jù)和彩色數(shù)碼圖片相對(duì)應(yīng)，量大且明細(xì)，形象、全面、直觀4、掃描速度快，對(duì)收集動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)尤為有效ILRIS-3D應(yīng)用文物古跡搶救性備份資料共掃描25次 - 內(nèi)部和外部掃描時(shí)間 - 1 天ILRIS-3D應(yīng)用三維數(shù)字城市數(shù)據(jù)收集ILRIS-3D應(yīng)用大型工程竣工測(cè)量ILRIS-3D應(yīng)用大型構(gòu)筑物變形監(jiān)測(cè) 不同時(shí)期掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接重疊后，很方便地計(jì)算出每一個(gè)細(xì)部點(diǎn)的變形情況，以助判斷是否安全運(yùn)行，并確診故障部位