第7章 变形监测技术和控制网要点
变形监测要点
在建筑变形测量中应重视的问题一、在基坑监测前应注意的几个方面1、明确监测任务和监测内容并判明基坑监测类别和等级；2、根据监测任务和内容，进行现场实地勘察；3、收集全有关的基本资料（例如：支护方案，支护类型，各类平面图，所需高程，坐标系统，各类管线资料等）；4、根据监测的任务和内容，制定合理可行的监测方案（方案要符合规范要求，监测内容要全面；如：土钉墙顶水平位移和垂直位移，维护结构深层土体位移和沉降，周围建（构）筑物，地下管线等市政设施的沉降和位移、倾斜，基坑周围地表沉降等）；5、在基坑监测任务中，要找出重点观测对象和薄弱环境，以便合理的分配技术服务。
6、在观测前，必须对基坑周围的环境进行调查（例如，对建筑物沉降、裂缝等异常情况的调查，并做好拍照、录像，建立好测前档案，以便后用。
二、在埋设基点、观测点应注意的几方面问题1、要选择合适的位置埋放基点。
2、基点的埋设应尽量按照规范或方案标注的方法埋设（有条件化），基点埋设不好会造成观测值的可意性或观测点的反弹等。
3、无论是沉降还是位移观测点的埋设，埋深不宜过浅，钢筋不宜太细，应在20~25φ为宜。
4、杜绝用膨胀螺丝和水泥钉。
5、沉降、位移、倾斜观测点埋设，钢筋也不宜过细，应在14~20φ为宜。
6、无论沉降、位移、倾斜观测点埋设都应准确选择反映变形明显的位置埋设，并固定好其位置。
7、埋设观测点应根据现场实际情况，选择通视良好并利于观测的位置埋设。
三、在沉降观测中应注意的几个问题1、单一水准线路分：单支水准线路、复合水准线路和闭合水准线路三种。
2、无论在进行哪种线路的观测，必须按照规范严格操作，特别是观测员要固定，前后距离尽量保持相等。
3、工程负责人和记录员必须要熟悉各限差的规定，特别要熟悉各等级的闭合差和中误差的规定。
4、在水准网观测中，主水准线路设有满足相应等级、规范所规定的限差时，不应进行符合水准或次等级水准线路的水准观测（记录员应现场计算、评估闭合差和中误差的精度。
建筑物变形监测五项技术要点
建筑物变形监测五项技术要点导言为保证建筑物在施工、使用和运行中的安全，以及为建筑物的设计、施工、管理及科学研究提供可靠的资料，在建筑物施工和运行期间，需要对建筑物的稳定性进行观测。
工程变形监测技术1.常规大地测量方法常规大地测量方法的完善与发展，其显著进步是全站型仪器的广泛使用，尤其是全自动跟踪全站仪，有时也叫测量机器人，为局部工程变形的自动监测或室内监测提高了一种良好的技术手段，它可以进行一定范围内无人值守、全天候、全方位的自动监测。
实际工程试验表明，测量机器人监测精度可达亚mm级。
最大的缺陷是受测程限制，测站点一般都在变形区域的范围之内。
2.地面摄影测量地面摄影测量技术在变形监测中的应用虽然起步较早，但是由于摄影距离不能过远，加上绝对精度较低，使得其应用受到局限，过去仅大量应用于高塔、烟筒、古建筑、船闸、边坡体等的变形监测。
近几年发展起来的数字摄影测量和实时摄影测量为地面摄影测量技术在变形监测中的深入应用开拓了非常广泛的前景。
3.特殊的测量手段光、机、电技术的发展，研制了一些特殊和专用的仪器可用于变形的自动监测，它包括应变测量、准直测量和倾斜测量。
例如，遥测垂线坐标仪，采用自动读数设备，其分辨率可达0.01mm；采用光纤传感器测量系统将信号测量与信号传输合二为一，具有很强的抗雷击、抗电磁干扰和抗恶劣环境的能力，便于组成遥测系统，实现在线分布式监测。
4.GPS空间定位技术GPS用于变形监测的作业方式可划分为周期性和连续性（EpisodicandContinuousMode）两种模式。
5.3D激光扫描技术三维激光扫描技术是20世纪90年代中期开始出现的一项高新技术，是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。
它通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。
可以快速、大量、高精度地获取空间点位及其变化信息。
基坑变形监测1.基坑施工监测方法施工前，应对周围建筑物和有关设施的现状、裂缝开展情况等进行调查，拍照、摄像作为施工前的档案资料并作详细记录；对于同一工程，监测工作应固定观测人员和仪器，采用相同的观测方法和观测线路，在基本相同的情况下施测。
桥梁变形监测技术要点_secret
桥梁变形监测技术要点1监测目的（1）通过对桥梁结构长时间的定期观测，掌握桥梁在混凝土收缩和徐变、营运荷载、温度变化、风雨、水流、地震及其它偶然荷载长期作用下，结构性能和工作状态的变化，以便及时发现桥梁病害；（2）了解和掌握桥梁结构实际工作状况，监视其变化规律和发展趋势，确保桥梁安全运营，为正确分析、评价、预测及治理工程等提供可靠资料和科学依据。
；（3）为桥梁建立健康档案，指导桥梁养护及维修，保证结构安全。
2监测依据《工程测量规范》（GB50026-2007）《建筑变形测量规范》（JGJ 8-2007）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）《公路勘测规范》（JTJ061-99）《公路桥位勘测设计规范》（JTJ062-91）《公路斜拉桥设计细则》（JTG/T D65-01-2007）施工监控报告、竣工图等其它技术文件用以指导工作的相关规范3监测技术要点3.1 监测内容变形监测中主要进行的工作包括：（1）桥梁平面控制网的建立及初值的测量；（2）主梁高程控制点的建立及初值的测量；（3）桥梁的桥面线形（挠度、平面）观测；（4）桥梁墩、台身、索塔、锚锭高程（沉降）观测；（5）桥梁墩、台身、索塔、锚锭的倾斜（沉降）和位移观测；（6）主拱三维坐标测量；（7）大型支座位移变形测量；（8）桥梁桥面伸缩缝间距量测；（9）拉索、主缆、吊杆内力测试（10）气温及结构温度、湿度测量。
3.2 技术指标（1）按照二等水准测量方法进行观测，精度不低于1毫米，角度不低于1″，频率不低于0.01Hz，温度不低于0.1℃。
（2）观测时，前后视距尽量相等，以消除i角的影响。
同时，视距不得超过100m。
（3）视线中要特别注意水准尺的垂直，即复合水准气泡的居中。
（4）水准点与沉降点之间一般直接观测，最多可转一次，转点时必须用尺垫。
变形监测与分析重点
1变形监测就是利用测量与专用仪器和方法对变形体的变形现象进行监视观测的工作。
其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小及位置变化的空间状态和时间特征。
2变形监测研究对象划分为①全球性变形研究②区域性变形研究③工程和局部性变形研究3变形监测工作意义重点：首先是实用上的意义，主要是掌握各种建筑物和地质构造的稳定性，为安全性诊断提供必要的信息，以便及时发现问题并采取措施；其次是科学上的意义，包括更好地理解变形的机理，验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说，进行反馈设计以及建立有效的变形预报模型。
4变形分析研究内容涉及变形数据处理与分析、变形物理解释和变形预报的各个方面，通常可将其分为变形的几何分析和变形的物理分析两部分。
5变形物理解释方法可分为统计分析法、确定函数法和混合模型法。
6常用地面监测方法主要有：两方向（或三方向）前方交会法、双边距离交会法、极坐标法、自由设站法、视准线法、小角法、测距法及几何水准测量法，以及精密三角高程测量法等。
7测量机器人（测地机器人）是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪。
利用测量机器人进行工程建筑物的自动化变形监测，一般可根据实际情况采用两种方式①固定式全自动持续监测②移动式半自动变形监测8GPS 变形监测特点①测站间无须通视②可同时提供监测点的三维位移信息③全天候检测④监测精度高⑤操作简便易于实现监测自动化⑥GPS 大地高用于垂直位移测量9变形监测方案制定主要内容①监测内容的确定②监测方法、仪器和监测精度的确定③施测部位和测点布置的确定④监测周期（频率）的确定10控制网4类质量指标①精度，描述误差分布离散程度的一种度量②可靠性，发现和抵抗模型误差的能力大小的一种度量③灵敏度，监测网发现某一变形的能力大小的一种度量④经济，建网费用11原始实测值的逻辑分析（根据监测点的内在物理意义来分析原始实测值的可靠性，主要用于工程建筑物变形的原始实测值），一般进行两种分析：①一致性分析。
《变形监测与数据处理》复习资料整理总结
《变形监测与数据处理》复习资料整理总结变形监测：对被监测的对象或物体（简称变形体）进行测量以确定其空间位置及内部形态随时间的变化特征。
隧道施工过程中，使用各种类型的仪表和工具，对围岩、支护和衬砌的力学行为以及它们之间的力学关系进行量测和观察，并对其稳定性进行评价，称为监控量测变形监测的时间间隔称为观测周期变形监测又称变形测量或变形观测。
在水平方向所产生的位移叫做建筑物的水平位移，向上的垂直位移叫做上升，而向下的垂直位移叫做建筑物的沉降。
由于建筑物基础的不均匀沉降而使建筑物垂直轴线偏离其设计位置时，叫做建筑物的倾斜。
由基准点、工作基点组成的平面控制网叫做平面监测网也叫水平位移监测网由基准点、工作基点组成的高程控制网叫做高程监测网也叫垂直位移监测网为观测建筑物、构筑物的变形而建立的专用测量控制网叫变形监测网变形监测的目的与意义1分析和评价建筑物的安全状态、2验证设计参数3反馈设计施工质量 4研究正常的变形规律和预报变形的方法变形监测的特点1周期性重复观测2精度要求高3多种观测技术的综合应用4监测网着重于研究点位的变化变形监测系统设计原则针对性、完整性、先进性、可靠性、经济性变形监测方案设计内容变形监测方案有哪些内容：1监测内容2监测方法和仪器3监测精度施测部位和测点布置4监测期限和频度5预警值及报警制度等实施计划6仪器设备及检定要求7观测与数据处理方法提交成果内容。
变形监测系统设计主要内容1技术设计书2有关建筑物自然条件和工艺生产过程的概述3观测的原则方案4控制点及监测点的布置方案5测量的必要精度论证6测量的方法及仪器7成果的整理方法及其它要求或建议。
8观测进度计划表9观测人员的编制及预算资料分析的常用方法：作图分析、统计分析、对比分析、建模分析。
沉降产生的原因1与地基的土力学性质和地基的处理方式有关；2与建筑物基础的设计有关；3与建筑物的上部结构有关，即与建筑物基础的荷载有关；4施工中地下水的升降对建筑物沉降也有较大的影响。
第七章 工程的变形监测与数据处理ppt课件
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➢•工程和局部形变--测定工程建筑物的沉陷、水 平位移、挠度和倾斜，滑坡体的滑动，以及采矿、 采油和抽取地下水等人为因素造成的沉陷。
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1.5 变形监测的目的和意义
实用意义： 保障工程安全。
科学意义： ✓解释变形的机理， ✓验证变形的假说， ✓检验设计是否合理， ✓为修改设计、制定规范提供依据。
b.关闭内门，打开外门，等过渡室 温与外界温度一致后，将高程传递到 洞外。
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•深埋双金属标：避免温度变化对标志高程的影 响。 a.组成：由膨胀系数不同的两根金属管（钢和铝） 组成，在两根管顶部装有读数设备。 b.工作时，在读数设备上，可以得出由于温度变 化引起的两根管长度变化差数Δ，由Δ值可算出 金属管本身长度的变化。
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•目标点的选择原则： a) 能反映整个变形体的情况（每个坡段至少一 个观测点）； b) 变形变化大的地方多埋； c) 工程的重点地段，地质条件差的地段； d) 其他原因专门提出； e) 有利的观测条件。
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三、垂直位移基准点的布置
为解决基准点选择的矛盾，对于水准基准点一 般采用一级或两级水准点方式布置。 •水准基点：远处稳定的水准点，对工作基点进 行定期观测，以求得工作基点的垂直位移值。 •工作基点：离变形体较近的点，定期对各观测 点进行精密水准测量，以求得各点在某一时间段 内的相对垂直位移值。 •观测点：变形体上的点，反映了变形体的变化 情况。（葛洲坝坝面503个观测点，廊道270个 点。）
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➢• 区域性形变--测定地壳板块内变形状态和板 块交界处地壳相对速度
GPS已成为主要的技术手段。近10年发展起 来的空间对地观测遥感新技术——合成孔径雷 达干涉测量(InSAR),在监测地震、火山地表移动、 冰川漂移、地面沉降、山体滑坡等方面，其试 验成果的精度可达cm或mm级，表现出了很强 的技术优势。
变形监测考点总结
变形观测概念1、变形指变形体（根据变形监测区域大小，可将变形监测对象分为三大类：全球性的、区域性的、工程与局部性的，本文统称其为变形体）在各种致变因素的作用下，其形状、大小及位置在时间域和空间域中的变化。
本质：是变形体渐变性位移变形到突然发生宏观移动的非线性过程。
2、变形观测指为了解变形量大小，通过定期测量观测点相对于基准点的变化量，从历次观测结果比较了解变形随时间与空间的发展情况。
这个过程即是变形观测。
变形观测的对象、目的和内容1、变形观测的研究对象全球性变形研究：板块运动、地极运动区域性变形研究：城市地面沉降工程和局部变形研究：建筑物变形、滑坡、开采沉陷精密工测中的变形研究：桥梁、坝体、地铁、护堤2、变形观测的目的确保工程安全运营分析评价安全状态验证设计参数，为改正设计和科学研究提供资料反馈设计施工质量进行变形分析，研究变形规律，建立预报变形的理论和方法3、内容：对监测体的形态、位移、倾斜、扰度、裂缝、振动、相关影响因素进行监测。
变形监测系统设计的主要内容：（1）技术设计书。
测量所遵照的规范及其相应规定；合同主要条款及双方职责等。
（2）有关建筑物自然条件和工艺生产过程的概述。
主要是说明各部分观测的重要性及可能出现的现象的解释。
（3）观测的原则方案。
包括监测工作的重要性、目的、要求等的总体说明。
（4）控制点及监测点的布置方案。
包括监测系统布置图、测量精度要求及说明。
（5）测量的必要精度论证。
对主要监测方法的精度论证，并说明观测中的注意事项。
（6）测量的方法及仪器。
包括仪器的种类、数量、精度等，对于特殊仪器应给出加工图、施工图，以及观测规程。
（7）成果的整理方法及其它要求或建议。
成果的整理一般按照规范的要求执行，对于规范中没有明确规定的内容，应进行详细说明。
（8）观测进度计划表。
主要说明观测所需要的时间及其安排。
（9）观测人员的编制及预算。
监测测精度及监测周期的合理确定监测精度与监测周期和位移速度之间存在一定的相互制约的关系：①当位移速度一定时, 监测周期越短对监测精度的要求越高；②当复测周期一定时, 位移速度越快对监测精度的要求越低；③当位移速度很小时, 要求有很高的监测精度和较长的复测周期；④随着位移速度的增大, 可以相应地缩短复测周期和降低监测精度。
变形监测网应考虑的几个指标
1．变形监测网应考虑的几个指标变形监测网属于专用平面控制网测量，当控制网用于变形监测时称谓变形监测网，变形监测网分为四级，专一级、专二级、专三级、专四级。
变形监测网设计应着重考虑四个指标，（1）经济指标，以最小的投入，取得最大的经济效益。
也就是说，根据形变体的变形量大小，来确定实测等级，施测等级越高，仪器设备要求精度越高，施测难度越大，投入越大，施测等级以能够正确监测形变体形变量为原则。
（2）精度指标，监测网的施测等级确定以后，对网型、施测方法进行优化设计，估算监测网精度达到所确定等级的精度要求。
（3）可靠性指标，对网的可靠性进行检验，使的可靠性因子λ大于0.2。
（4）灵敏度，应使对于预计方向的变形量小于优化设计给定的限值，一般说最弱点误差椭圆短半径设计在要求测定精度较高方向上，也就是说，最弱点误差椭圆的短半径平行于预计变形量大的方向。
2．GPS测量中提高精度的措施全球定位系统（Global Position System，GPS）是本世纪70年代美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。
其主要目的是：为陆、海、空三大领域，提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，到1994年3月，已经布设24颗GPS卫星星座。
84年系统开放，应用于民用，gps测量仅是其极其微小的一个应用方面， GPS 测量具有精度高，选点灵活、不需要造标、费用低，全天侯作业，观测时间短等优点，使得测绘技术发生了质的改变。
提高GPS测量精度有以下几个方面：（1）GPS网图形设计，包括图形的总体可靠性，重复测量基线数，每条基线所在的异步环数，环线边数几个指标。
（2）点位选择，点位应离开高压线大于100m，避免强磁场干扰，避免多路经干扰，高度角15度范围内没有障碍物。
（3）测量时应在观测时段、观测段时间、跟踪卫星个数、卫星分布的象限数、天线安置等几个方面考虑。
（4）数据处理，尽可能削弱对流层、电力层影响，采用精密星历，求解基线向量，然后进行无约束平差和约束平差。
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控制网优化设计的方法：解析设计法和机助设计 法。 ①解析法是通过建立优化设计问题的数学模型， 求出问题的严格最优解； ②机助法将电子计算机的计算能力和判别能力同 设计者的知识和经验结合起来，通过对一个凭经 验拟定的初始设计方案，进行分析、计算，求出 各项质量指标，并对设计方案进行不断的修改， 直到设计者满意的一种设计方法。
1）整体标准——用于评价网的总体质量。 精度矩阵 是一非负定阵，其特征值 也必非负，设按大小排列为： 常用的标准有： A最优 D最优 E最优 S最优
7.2.2 控制网优化的质量标准
2）局部精度——衡量某一元素的精度（如一条边，某一方向， 某一点位的精度） 局部精度均可以看成是未知参数的某个线性函数（即权 当 函数式）
未知参数的方差阵或协因数阵在控制网的精度评定中起着 非常重要的作用，所需的各种指标都可以由它导出来，也就是 说或包含了控制网的全部精度，称其为控制网的精度矩阵。但 是实际应用中，我们总是抽取一部分信息，定义一些数值指标 以此来作为比较精度高低的标准。就像下面要介绍的的整体精 度和局部精度
7.2.2 控制网优化的质量标准
7.2.1 控制网优化设计问题的分类及解法
机助法的优点：
1） 适应性广，可用于除零阶段设计问题外的任何一 阶 段设计，特别是Ⅰ类、Ⅱ类和各种混合设计问题。 2） 设计结果的合理性和切实可行性。由于设计过程中 融入了设计者的知识和经验，使最终结果一定是实 际的，切实可行的 3）设计模型简单，可直接利用平差模型和分析模型， 一般毋需建立优化设计的数学模型，有利于一般人 员掌握和在生产单位的推广使用。
（3-6） 来描述。式中L是n 维观测向量，X为t 维未知参数向量 （通常选择控制网中待定点的高程或坐标作为未知参 数），A为系数矩阵或设计矩阵， 为权阵， 为 单位权方差， D(L) 和 E(L) 分别为的方差和数学期望。
7.2.2 控制网优化的质量标准
根据最小二乘原理，（3-6）的平差结果为：
7.1 GPS变形监测及自动化系统
GPS变形监测步骤： 1）数据采集：分为基准点和监测点两部分，由7台 Ashtech Z-12GPS接收机组成。为提 高大坝监测的精度和可靠性，选两个 大坝监测基准点，并分别位于大坝的 两岸。点位地质条件要好，点位要稳 定且能满足GPS观测条件。
7.1 GPS变形监测及自动化系统
7.2.2 控制网优化的质量标准
描述控制网质量的4类质量指标： （1）精度——描述误差分布离散程度的一种度量 （2）可靠性——发现和抵抗模型误差的能力大小 的一种度量 （3）灵敏度——监测网发现某一变形的能力的大 小的一种度量 （4）经济——建网费用
7.2.2 控制网优化的质量标准
1 精度指标 精度指标是描述误差分布离散程度的一种度量，常 用方差或均方根差来描述。对于一般控制网，均可以用 高斯-马尔柯夫模型
7.2.1 控制网优化设计问题的分类及解法
以上4类设计问题的已知量和设计变量列于下表中：
在大多数实际的优化设计问题中，往往表现为不同类设计 问题的综合，例如Ⅲ类设计问题可以看成是Ⅰ类和Ⅱ类设计 问题的混合；Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类设计问题的解又必须预先或 同时解零设计问题。
7.2.1 控制网优化设计问题的分类及解法
7.2.1 控制网优化设计问题的分类及解法
机助法缺点： 所需的计时一般较多，最终结果相对于最优解，但是这种差别在应用上并不太重要。
7.2.1 控制网优化设计问题的分类及解法 从数学的角度来看，对一个实际问题进行优化 设计，一般需要经过如下步骤： ①分析实际问题，结合各种设计要求，建立 优化设计问题的数学模型； ②选择适当的求解方法，编制电算程序，在 计算机上进行求解； ③分析解算结果的合理性，可行性，并对成 果作出评价。
2）数据传输：根据现场条件，GPS数据传输采用有线（坝 面监测点观测数据）和无线（基准点观测数 据）相结合的方法，网络结构如下图所示。
§7.2 变形监测网优化设计
测图控制网、施工控制网和变形监测网可统称为 测量控制网。 测量控制网的优化设计有两个方面的含义： ①在布设控制网时，希望在现有的人力、物力 和财产条件下，使控制网具备最高的精度、灵敏 度和可靠性； ②控制网在满足精度、灵敏度和可靠性要求的 前提下，使控制网的成本（费用）最低。
7.2.1 控制网优化设计问题的分类及解法
3）Ⅱ类设计问题（或称观测值权的分配问题）。即 已知设计矩阵A，确定观测值的权阵P，使某些 元素达到预定的精度或精度最高，或者使坐标的 协因数阵最佳逼近一个给定的矩阵Q’xx。 4）Ⅲ类设计问题（或称网的改造或加密方案的设计 问题）。通过增加新点和新的观测值，以改善原 网的质量。在给定的改善质量的前提下，使改造 测量工作量最小，或者在改造费用一定的条件下， 使改造方案的效果最佳。
7.2.1 控制网优化设计问题的分类及解法
控制网的优化设计问题分为四类： 1）零类设计问题（或称基准选择问题）：即对一 个已知图形结构和观测计划的自由网，为控制网点 的坐标及其方差阵选择一个最优的坐标系。这就是 在已知设计矩阵A和观测值的权阵P的条件下，确定 网点的坐标向量X和其协因数阵Q’xx，使X的某个目 标函数达到极值。因此，零类段设计问题也就是一 个平差问题。 2）Ⅰ类设计问题（或称结构图形设计问题）：即 在已知观测值的权阵P的条件下，确定设计矩阵A， 使网中某些元素的精度达到预定值或最高精度，或 者使坐标的协因数阵最佳逼近一个给定的矩阵Q’xx （准则矩阵）。
第七章 变形监测技术
西南石油大学建筑工程学院 测绘教研室 戴小军
7.1 GPS变形监测及自动化系统
GPS变形监测自动化系统：
GPS变形监测可分为周期性监测模式和连续性监测模式 GPS周期性变形监测与传统的变形监测网相类似；这里重点以隔 河岩大坝外观变形GPS自动化监测系统为例介绍GPS连续性监测 模式，该系统中GPS点位的分布情况见下图。