自动化监测系统及变形测量资料的整理
变形监测
变形监测探讨摘要：人类社会的进步，国民经济的发展，加快了工程建设的进程，并且对现代工程建筑物的规模、造型、难度提出了更高的要求。
与此同时，变形监测工作的意义更加重要。
众所周知，工程建筑物在施工和运营期间，由于受多种主客观因素的影响，会产生变形，变形如果超出了规定的限度，就会影响建筑物的正常使用，严重时还会危及建筑物的安全，给人民生命财产带来巨大损失。
尽管工程建筑物在设计时采用了一定的安全系数，使其能安全承受所考虑的多种外荷载影响，但是由于设计中不可能对工程的工作条件及承载能力做出完全准确的估计，施工质量也不可能完美无缺，工程在运行过程中还可能发生某些不利的变化因素，因此，国内外仍有一些工程出现事故。
根据变形体的研究范围，可以将变形监测研究队形分为三类：第一类：全球变形研究，如监测全球板块运动、地极移动、地球自转速率的变化、地潮等；第二类：区域性变形研究，如地壳形变监测、城市地面沉降等；第三类：工程和局部形变研究，如监测工程建筑物的三维变形、滑坡提的滑动、地下开采使引动的地表和下沉等。
变形是自然界的普遍现象，它是指变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时空域中的变化。
变形体的变形在一定范围内被认为是允许的，如果超出允许值，则可能引发灾害。
自然界的变形危害现象时刻都在我们周边发生着，如地震、滑坡、岩崩、地表沉陷、火山爆发、溃坝、桥梁与建筑物的倒塌等。
所谓变形监测，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。
变形监测工作是人们通过变形现象获得科学认识、检验理论和假设的必要手段。
变形监测的相关事例1984年长江三峡地区发生了一次大滑坡，由于该地区进行了广泛的变形测量，对可能发生的滑坡做了正确的预报，使滑坡体上1100多位居民在滑坡滑动前一种进行搬离，避免了一场灾难的发生。
利用地球物理大地测量反演理论，于1993年准确预测了1996年发生的丽江大地震；1985年6月12日长江三峡新滩滑坡的成功预报，使得灾害损失减少到最低程度，被誉为我国滑坡预报研究史上罕见的奇迹；隔河岩大坝外观变形GPS自动化监测系统在1998年长江流域抗洪错峰中所发挥的巨大作用，确保了安全渡汛，避免了荆江大堤灾难性的分洪。
变形测量数据采集自动化技术比较
作者简介 ：张冠宇（ ９ ９） 男 ， １７ 一 ， 上海市人 ， 讲师 ， 硕士研究生 ， 主要从 事精 密工程测量和测绘仪器研究 。
测 量 机 器 人 的 范 畴 。主 要 有 Ｌ ｉ ｅｃ ａ的 Ｔ Ａ ０ ３ Ｃ ２ｏ 、
Ｔｉ ｂｅ的 ｓ 、 ｏ ｋ 的 Ｓ Ｔ ２ Ｍ 以 及 Ｔ ｐ ｏ 的 ｒ ｌ ｍ ６ Ｓｋ ｉ ａ Ｅ３Ｄ ｏ ｃｎ
Ｇ Ｓ８０Ａ等全站 仪 。其 主要 技术参数见 表 １ Ｔ． １ ０ 。
主 要 测 量 机 器 人 技 术 参 数
．
５ ／ （ｏ ｍ处 ） ｍ ｓ１ １０ ｍ Ｏ０
＜１ｓ ０ ２０ｍ ２０
３— ｓ（＜ｌ ｍ） ６ ｏ ２— ０ ８ｍ
８—８ ０ ０ｍ
测量时问
０ １ｓ ． ５
０４ ．ｓ
０ ３ ．ｓ
０ ３ ．ｓ
收 稿 日期 ： ０ ７０ —４ 修 回 日期 ： ０ ７ ０ ．２ ２ ０ ．５１ ； ２ ０ －６０
测 量机 器人 是具 有 自动 目标 识 别功 能全 站仪 的
程需要 用 大量短 时 间 问 隔 的观 测 数 据描 述 ； 监测 环 境 恶劣 ， 噪声 、 压 、 热 、 磁 场或 人 员无 法 到 达 ； 高 高 高
监 测过 程 中不 能 影 响生 产 和 运 行 管理 等 原 因 ， 切 迫
仪器类型 测角精度
测 距 精 度 补 偿 范 围
Ｔ Ａ ０３ Ｃ ２ ０ ± ． ０５
３４ ７
ｍ ｌＳ ｂｅ ６ ±１０ ．
６０ ．
Ｓ ２ Ｍ ＥＩ Ｄ ３ ± ． ３０
３０ ．
Ｇ Ｓ８０ Ａ ｒ＿ １ ｒ ０ ±１０ ．”
±（ ｍ ＋ ｐ ｍ × ３ ｍ ２ ｐ Ｄ） ４０ ．
第四章 变形监测资料的检核与成果整理
目的 便于应用分析，方便对监测数据的分析、决策和 反馈 向需用单位提供资料或归档保存 整编基础 平时资料计算、分析的基础上，按规定对整编年
份的监测资料进行整编
监测资料的整编
监测资料整编
目的 便于应用分析，方便对监测数据的分析、决策和 反馈 向需用单位提供资料或归档保存 整编基础 平时资料计算、分析的基础上，按规定对整编年
监测资料的分析
监测资料检核的意义
监测资料存在误差 偶然误差用平差处理 粗差不允许存在 系统误差应消弱或消除
粗差或系统误差使变形分析、解释困难，甚至结论 错误
变形量小，与误差接近，需要区分
监测资料的分析
监测资料检核的方法
方法多，根据情况确定 观测数据根据相应限差，野外进行检核 检核原始记录，检查变形值计算是否有误 不同方法验算、不同人员重复计算，消除错误
表达方式 文字、表格、图形
多媒体、仿真技术、虚拟现实技术
要求 正确性、可靠性
逻辑性和艺术性
图形 观测点变形过程曲线、变形分布图
监测资料的整编
监测资料表达
观测点变形过程曲线 时间为横坐标
累计变形值为纵坐标
反应变形趋势、规律和幅度 初步判断变形体的状态
监测资料的整编
回归分析法，建立不同监测点间多项式数学模型
求回归中误差 异常测点分析
监测资料的分析
监测资料预处理
监测数据系统误差检查 影响监测质量和分析判断 原因 仪器老化、基准点移动等 检验方法
U检验法
均方连差检验法 t检验法
监测资料的分析
监测资料预处理
监测数据系统误差检查 U检验法
原始记录清楚，无涂改、转抄等
全站仪自动化监测系统RoboMos
珞琪全站仪形变监测系统RoboMos源自瑞士高端制造工艺，结合中国地理国情监测格局，珞琪软件RoboMos全站仪自动化监测系统为您提供全方位变形监测数据，可广泛应用于地质灾害，水库大坝，尾矿库，大型建筑，桥梁，地铁，高铁等形变监测项目。
一、系统框架RoboMos系统由数据采集现场、服务器和客户端三大部分组成。
各部分关系如图1所示。
图1RoboMos系统框架图数据采集现场主要有测量机器人，反射棱镜以及通讯供电组件构成。
服务器端分为数据采集服务器，数据库服务器和网络服务器。
采集服务器负责传感器的配置管理，周期测量的运行，以及形变监测数据的处理和分析。
数据库服务器负责将采集服务器处理后的监测数据存储到硬盘中，供以后历史查询等使用。
网络服务器负责在因特网上发布监测结果。
客户端可分为局域网客户端和因特网客户端。
他们都可以通过浏览器来访问网络服务器发布的实时监测数据，并可进行查询分析二、硬件组成三、软件架构RoboMos软件分为采集服务器和网络服务端软件两部分。
图2软件框架采集软件运行在传感器服务器上，负责管理传感器采集数据。
该软件用标准C++编写，可运行于Windows，Linux，MacOS等系统上。
图3软件主界面图4软件配置界面图5图形查看界面PC服务端软件提供了测站管理，棱镜管理，实时数据查看，以及历史数据查询几大功能。
该软件采用了多线程技术对传感器进行管理与监控，界面设计与数据传输，数据解算和数据存储相分离。
稳定可靠，界面友好。
软件可连接多台全站仪，每台全站仪对应多个监测点。
自动测量过程中，全站仪定向方式可以在后视定向和后方交会中自由选择。
数据查看提供了三维查看，二维查看，以及历史曲线几种方式，从不同的角度显示了监测物的位移变化情况。
网络服务端软件用JSP语言编写，维护了一个动态的网站，客户端通过因特网访问该网站，浏览网站数据。
与采集服务端软件一样，客户端可以查看实时数据，也可对历史数据进行统计分析，并形成报表，本地打印存储。
(完整word版)静力水准自动化监测系统
静力水准自动化监测系统垂直位移量是直接反应工程结构物及其基础的是否稳定的关键指标，垂直位移是大部分工程安全监控的重要内容。
在工程测量中,液体静力水准测量是一种精密的水准测量方法，静力水准仪是用于测量多点相对沉降的系统。
在使用中，一系列的传感器容器均采用液管联接,每一容器的液位由一精密振弦式力传感器测出，该传感器内有一个自由悬重，一旦液位发生变化，悬重的悬浮力即被传感器感应，精确测出小至0.025mm的垂直变化。
在多点系统中，所有传感器的垂直位移均是相对于其中的一点,该点的垂直位移是相对恒定的或者可用其它人工观测手段准确确定。
静力水准测量具有以下优点:（1）采用电感调频原理设计制造,具有高灵敏度、高精度、高稳定性、温度影响小的优点,适用于长期观测。
(2）静力水准仪内置存贮芯片，具有智能记忆功能，出厂时已将传感器型号、编号、标定系数等参数永久存贮在传感器内,并可保存600次您所需要的测量结果,如测量时间、测点温度(温度型）、绝对位移值、相对位移值、零点值等。
(3）静力水准仪是有多个精密液位计组成,通过连通管将所有液位计的液面连通，测量各液位计相对基点的垂直向变形情况。
内置智能检测电路，由485总线直接输出数字测值,可远距离传输，不失真，适应长时间观测和自动化测量。
（4)测试时间短,数据同时性佳,测量结果受人员影响很小。
静力水准自动监测系统的工作原理该系统主要有测量、数据发射和数据采集及分析三个部分组成.通过连通器的原理得出基准点及各监测点上静力水准仪的压力值，集成后通过光钎、gprs或无线电台发射出去，在能够接收的范围内通过数据采集装置采集测得的压力值,之后通过数据处理及分析软件得出监测点相对基准点的沉降变化量及变化速率，之后绘出累计变沉降量—时间曲线和变化速率-时间曲线,进而分析建筑物的变化情况.点位布置：静力水准仪的现场安装要求：(1)根据测点布置要求选定测试点及基准点,安装在测点柱距底板面300mm～500mm位置处，选用点作为基准点,安装时需在墙柱混凝土表面钻孔打锚栓或在钢结构表面焊接固定支架,然后在支架上安装底座和仪器,再在仪器外部装保护罩。
工程变形监测的趋势
工程变形监测的趋势
随着科技的不断发展，工程变形监测技术也在不断进步。
以下是工程变形监测的一些趋势：
1. 自动化：传统的工程变形监测通常需要人工操作和数据收集，但自动化监测技术的发展使得监测过程更加高效和准确。
自动化监测系统能够自动采集数据并实时传输，减少了人为因素的影响。
2. 实时监测：实时监测是当前工程变形监测的重要趋势。
传统的周期性监测只能提供离散的数据，而实时监测可以提供更加详细和准确的数据。
实时监测技术包括激光测距、监测仪器和传感器的实时传输等，能够及时发现并处理变形问题。
3. 遥感监测：随着无人机技术的快速发展，遥感监测在工程变形监测中起到了越来越重要的作用。
无人机可以搭载各种传感器和监测仪器，能够在三维空间中进行全面的监测和测量，为工程变形监测提供了更加全面和精确的数据。
4. 大数据分析：随着数据量的不断增加，大数据分析在工程变形监测中变得越来越重要。
通过对大量数据的收集和分析，可以有效地监测和预测工程变形的趋势和风险，并及时采取相应的措施。
5. 智能化监测系统：智能化监测系统集成了各种传感器、无线通信和云计算技术，能够实现实时监测和远程控制。
智能化监测系统可以自动识别变形特征并进
行分析，提高监测和预警的准确性和可靠性。
总的来说，工程变形监测的趋势是向自动化、实时监测、遥感监测、大数据分析和智能化监测系统发展，以提高监测效率和准确性，并能够及时发现和解决工程变形问题。
《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。
基于GNSS技术的自动化变形监测系统
关键问题的技术运用
在一个静止点上，采用双频GPS接收机和普通双频天 线进行实时RTK解算
RTK的定位精度平 面在2个厘米之 内，高程在4个厘 米之内
关键问题的技术运用
在一个静止点上，采用双频GPS接收机和普通双频天 线，然后采用GPSensor软件对其连续解算24个小时
谢谢大家
基于GNSS技术的自动化变形监测系统
上海华测导航技术有限公司 系统集成事业部 副总经理
邱匡成
目录
• GNSS变形监测系统介绍 • GNSS变形监测系统应用领域 • 系统组成 • 系统关键技术运用 • GNSS技术运用于变形监测优势
GNSS变形监测系统介绍
GNSS 即 全 球 卫 星 导 航 定 位 系 统 （ Global Navigation Satellite System ），目前GNSS泛指美国的 GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的GALILEO以及中国的 COMPASS（北斗），目前使用范围较多的是美国的 GPS系统。
平面精度在 10mm左右， 高程精度在 15mm左右
关键问题的技术运用
在一个静止的点上，分20分钟一个时段对其连续观测5 个小时的数据
平面后处理结果
平面精度在8mm左 右，高程精度在 12mm
高程后处理结果
关键问题的技术运用
在一个静止的点上，分10分钟一个时段对其连续观测5 个小时的数据，用华测GPSensor准动态Kalman算法对其 进行处理
GNSS系统监测原理
GNSS基准站设置在非形变区，GNSS监测站设置 在形变监测区（监测断面的布置和监测点的数量根据 监测项目的要求来设置）。
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测绘学院工测教研室
工程变形测量
1.自动化监测系统的设计
分布式监测系统：
分布式数据采集 系统通常由Leabharlann 测 计算机、测控单 元和传感器组成
• 根据不同监测任务需要而埋设的各类传感器通过一 定的通信介质（一般为屏蔽电缆）接入布置其附近 的测控单元； • 由测控单元按照采集程序的控制将监测数据转换、 存储并通过数据通信网络发送至远方的监测计算机 做深入分析和处理。
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工程变形测量
1.自动化监测系统的设计
设计原则： （3）准确性 系统的测量数据应准确，精度满足相关规范的 要求，在更换零部件时不影响数据的连续性。 （4）可靠性 监测设备选型应优先考虑选用技术先进、成熟、通 过多个现场环境长期考核、质量合格的产品，设备 的故障率低，具有在雷电、高温、高湿等恶劣环境 下正常工作的长期可靠性，有良好的防雷、防湿、 耐高温等抗干扰能力。发生故障时能及时判断、报 警，并迅速排除。为保证数据的连续可靠，系统应 具有备用的人工观测手段。
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工程变形测量
1.自动化监测系统的设计
分布式监测系统：
• 分布式系统是把数据采集工作分散到靠近较多传 感器的采集站(测控单元)来完成，然后将所测数 据传送到主机。这种系统要求每个观测现场的测 控单元应是多功能智能型仪器，能对各种类型的 传感器进行控制测量。 分布式监测系统传输的是数字量，传输距离长， 精度高，风险分散，可靠性高，技术简单，电缆 用量小，布置灵活，观测速度快，但系统重复部 件多，投资相对较大。
为保证系统的安全和正常运行，防止遭受雷击和 外界因素的干扰，系统应具备本功能。系统的防 雷一般应进行专门的设计。
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工程变形测量
1.自动化监测系统的设计
自动化监测系统的功能：
（6）数据管理功能。
对监测数据应采用数据库技术进行有效的管理，并编制相 应的管理系统软件，对监测数据实行查询、修改、统计等 操作，对数据异常及故障能进行显示和报警。另外，为保 证数据的安全，系统应具有数据备份功能。
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工程变形测量
1.自动化监测系统的设计
设计原则：
（5）开放性和通用性 系统应具有良好的开放性和兼容性。开放性是针对 用户开放系统总线标准、系统数据采集单元的程控 命令和数据格式，以及接入的任何种类标准信号传 感器。系统应易于操作，人机界面友好。 （6）统一性 数据采集系统和信息管理系统应相互兼容，即使采 用不同的数据采集子系统，也应能实现监测信息的 统一管理。
1.自动化监测系统的设计
集中式监测系统： 不同类型的传感器要用不同的采集器控制测量， 由一条总线连接，形成一个独立的子系统。系统 中有几种传感器，就有几个子系统和几条总线。
采集器
测绘学院工测教研室
工程变形测量
1.自动化监测系统的设计
集中式监测系统：
集中式监测系统的高技术部件均集中在机房，工作环境好， 便于管理，系统重复部件少，相对投资也较少，但系统传 输的是模拟量，易受外界干扰，系统风险集中，可靠性不 高，技术复杂，电缆用量大，维护不便。
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工程变形测量
1.自动化监测系统的设计
自动化监测系统的布置形式： 集中式监测系统 分布式监测系统
混合式监测系统
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工程变形测量
1.自动化监测系统的设计
集中式监测系统： 集中式系统是将传感器通过集线箱或直接连接 到采集器的一端进行集中观测。
采集器
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工程变形测量
（7）数据分析功能。
对监测数据进行及时的分析处理是自动化监测的一个重要 特征，是及时发现工程隐患的重要手段。一般的数据分析 主要是判断数据的正常或异常特征，并根据其异常特性作 进一步的分析。
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工程变形测量
1.自动化监测系统的设计
设计原则： （1）适应性 根据建筑物所处的环境条件、建筑结构和运行工 况的不同，在设计监测自动化系统时应有较强的 针对性。对于重点监测项目和重要测点应优先纳 入自动化监测系统中，技术成熟的项目优先实现 自动化。 （2）经济性 系统建设的造价应经济、合理，采用性价比高的 仪器设备；同时，应尽可能考虑整套系统采用同 一厂家的产品，以提高系统的兼容性、完整性， 便于管理、维护和节约经费。
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工程变形测量
1.自动化监测系统的设计
自动化监测系统的功能：
（1）数据采集功能。 能自动采集各类传感器的输出信号，并把模拟量转 换为数字量；数据采集能适应应答式和自报式两种 方式，能按设计的方式自动进行定时测量，能接收 命令进行选点、巡回检测和定时检测。 （2）掉电保护功能。 现场的数据采集装置应有储存器和掉电保护模块， 能暂存已经采集的数据，并在掉电情况下不丢失数 据。系统应设有备用电源，在断电情况下，系统应 能自动切换，并继续工作一段时间，具体持续工作 时间应根据工程的具体要求确定，一般应在3天以上。
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工程变形测量
1.自动化监测系统的设计
概述： 自动化监测技术是从20世纪60年代起，随着计算 机技术、网络通讯技术的发展而发展起来的。 自动化监测的三种形式：第一种是数据处理自动 化，俗称“后自动化”；第二种是实现数据采集 自动化，俗称“前自动化”；第三种是实现在线 自动采集数据，离线资料分析，俗称“全自动 化”。 自动化监测主要包括数据采集的自动化、数据传 输的自动化、数据管理的自动化和数据分析的自 动化等内容。
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工程变形测量
1.自动化监测系统的设计
自动化监测系统的功能： （3）自检、自诊断功能。 即对仪器自身的工作性态进行检查，对发生故 障的仪器应自动报警。
（4）现场网络数据通讯和远程通讯功能。 现场数据通讯一般采用电缆、光纤和无线传输等 形式，对于远程通讯一般采用因特网和微波方式。 （5）防雷和抗干扰功能。
上次课主要内容
概述 周期性重复观测 固定式连续观测 GPS一机多天线监测技术 多传感器组合变形测量系统
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工程变形测量
第6、7章 自动化监测技术与 监测资料的整编
测量工程与装备系
测绘学院工测教研室
工程变形测量
本次课主要内容
自动化监测系统设计 监测自动化系统设计示例 监测资料的整编 监测数据的预处理