变形监测

1.变形监测:是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。变形监测又称变形测量或变形观测。

2.变形监测目的与意义：分析和评价建筑物的安全状态；验证设计参数；反馈设计施工质量；研究正常的变形规律和预报变形的方法

3.变形的分类：1）全球性变形监测研究：地级移动监测，地级板块运动监测，地球旋转速率变化；2）区域性变形监测研究：地球形变监测，城市地面沉降变形监测；3）工程及局部变形监测研究：工程建筑物变形监测，滑坡体，地下开采，开挖引起的变形

4.测绘发展史：1）甚长基线干涉测量2）卫星激光测距3）GNSS 4）卫星重力探测技术（卫星测高，卫星跟踪，卫星重力梯度测量）5）合成空孔径雷达干涉测量6）摄影测量方法7）三维激光扫描仪8）专门测量方法：短距离测量，准直测量，铅直测量，静力液体测量，振动摆动测量，挠度测量，应变测量，倾斜测量；9）常规大地测量：经纬仪测距，全站仪测距，水准仪测量；测量四化：自动化，信息化，智能化，网络化

5.变形监测的主要内容：监测方法（技术），物理量（监测内容），现场巡视，环境量监测，位移监测（沉降监测，水平位移监测，挠度监测，裂缝监测），渗流监测，应力、应变监测（传感器），周边监测

变形监测的精度:根据规范，观测的中误差应小于允许变形值的1/10~1/20

6.变形监测数据处理及灾害预报的一般过程（主要内容）

（一）变形监测的工程设计;工程概况，目的，精度，周期，工程技术规范，选择监测方法和主要监测内容，监测的可行性和先进性，埋点（基准点，工作点，监测点）

（二）数据采集及预处理:监测仪器（传感器）――>物联网――>平差方法，小波分析――>（点的稳定性进行检验；剔除误差数据，去噪；差补，拟合；平滑）1几何分析（大小，形态，位置的分析）2物理解释（建模）(1)回归分析（一元线性回归）x-y；（多元线性回归）x1,x2,x3,->y；（逐步回归分析）（2）灰色系统的分析模型（系统论，信息论，控制论）：数据量少，信息安全情况（大数据）――规律（3）时间序列分析模型（时间+变形）（4）小波分析（小波+神经网络；小波+模糊数学；小波+建线算法）（5）HHT（振动信息）（四）变形分析的预报和预警，分析及提出防治措施（破坏及不稳定的允许值）

7.监测方案（监测系统）设计:A设计原则：（1）适地制宜地选择监测方案，人工监测与自动监测相结合；（2）监测仪器精度满足要求，可靠性强，牢固性好；（3）监测点不宜过多（监测点成线分布），布点充分考虑变形体结构重垂力方向或最大挠度方向（经验）；（4）监测方案要进行优化和比较验证工作，保证监测方案在技术上有保障，经济上可行，数据可靠，符合实际工程需求B变形监测五固定原则：三点固定（基准点，工作点，变形监测点）；观测路线和观测方法固定；仪器和设备固定；观测人员固定；观测条件和环境一致C监测内容:根据监测需要和目的来确定D仪器和方法选择：符合精度要求；适合周围的环境条件；有足够的量程；光学->机械->电子；静态观测和动态观测相结合（RTK）E精度确定：允许变形值0.1~0.05（1）典型精度1mm（2）特殊工程0.1mm（3）滑坡10――50mmF.变形监测点的分类及每类要求1）基准点：埋设再稳固的基岩上或变形区外，尽可能长期保存。每个工程一般应建立3个基准点，以便相互校核，确保坐标系统的一致。当确认基准点稳定可靠时，也可以少于3个，应进行定期观测。2）工作点：埋设再被研究对象附近，要求在观测期间保持点位的稳定，其点位由基准点定期监测。3）变形观测点：埋设再建筑物内部，0 变形呢监测点标石埋设后，应在其稳定后方可开始观测。稳定期一般不宜少于15天。G.变形监测网a依据变形体大小：参考网，绝对网和相对网，平面网和高程网；b经典（传统）大地测量：GPS网，导线网，边角网H.监测周期与频率I.监测的预警（预报）：临界值和允许变形量，单位时间内的允许变形量(规范，规程，工程类比)

8.变形网的设计（导线网，边角网（测边网），测角网，混合网，GPS网）（1）设计网的原则：a是独立控制网；b基准点在变形区外，处在变形网边缘；c网形与变形体形状相适应；d重点部位的精度应高些有一些侧重；e由于边长短，尽可能减少测站点和目标点对中误差；f观测部位上应有强制对中装置（2）与普遍工程测量网的区别:a布网的目的不同；b布网的原则不同；c网的多余观测不同；d网的边长短，精度高（几百米到1km，按国家一、二等精度观测）（3）变形监测网的优化:设计质量标准:精度，灵敏度，可靠性，经济性a精度指标：E（L）=AX,D（L）=σ

02Q=σ02P-1

平差结果:X=(A T PA)A T PL

D XX=σ02Q XX=σ03(A T PA)-1

Q XX 或D XX反映全部精度信息，可称为控制网的精度矩阵。

①整体精度

某些特征：行列式，迹，特征性，奇异值，范数；对非负定阵，用λ值判定（3）

A标准：DXX迹，反应点误差大小，迹最小，网优

D标准：

E标准：

S标准：

C标准：

②局部精度：

特征向量（误差椭圆长半轴）方向：

通过和可得到一些精度指标，单个坐标未知点的精度

③准则矩阵点位精度：

b.可靠性指标：

内可靠性：平差或统计检验发现粗差能力；

外可靠性：指未发现的粗差对平差结果的影响①多余观测分量②内部可靠性③外部可靠性

9.变形监测网优化指标：精度，可靠性，灵敏度指标，经济性指标（不同方案测绘的整周预算）

10.优化设计分类：零阶段设计（基准网设计）；一阶段设计（结构网设计）；二阶段设计（观测值权的分配）；三阶段设计（对监测网的优化权配置）

11.变形监测方案编制：（一）编制的原则：1针对不同的工程个项目来选择2监测对象的重要性3应采用先进的技术4观测能连续，可检较5尽量减少仪器数量和监测频率6永久和临时监测衔接性要好7监测不影响工程8根据工程及周围环境确定基准9根据国家行业规范来编制监测方法（二）监测项目的确定：工程地质和水文地质资料，工程规模及施工技术，工程的周围环境（三）监测方案编制：收集资料，踏勘，编制初稿，会同有关部门确定基准，完善方案，报批（四）监测方案应包括内容：工程概况，监测目的和意义，监测项目和测量数量，测点平面图，测点布设剖面图，监测周期与频率确定，仪器设备及选型（性能，技术指标），监测人员情况，监测项目的控制基准，监测资料的整理与分析，监测报告送达的对象及时限，监测中应注意的相关问题（五）编制方案的基础资料：工程设计图，地质勘察报告，地形平面图，管线平面图，建筑结构图，地下主体结构，维护及支持结构图，最新仪器信息，相似工程的经验资料，国家规范、规格及协议12大坝综合变形监测系统：在坝面上布设平面监测点；在廊道内布设激光准直系统；在廊道内布设引张线成测小角法；设正垂线，测挠度；沉降观测测沉降（坝顶）；基主物理量观测：渗透压，渗流量

13沉降观测方法：精密水准测量、精密三角高程测量、液体静力水准测量

14.精密水准测量的误差来源有哪些？如何减弱i角误差对沉降观测结果的影响？

误差来源:1）仪器误差：水准仪i角误差；水准尺长与名义尺长不符2）外界环境引起的误差：高压输电线和变电站等强磁场的影响；温度和大气折光影响3）人为引起的误差

方法：减小i角误差的影响，必须严格控制前后视距差和前后视距累计差，又由于i角误差会受温度等影响，减弱其影响的有效方法是减少仪器受辐射热的影响；若i角误差与时间成比例地均匀变化，则可以采用改变观测程序（奇数站—后前前后；偶数站—前后后前）的方法减小i角误差影响。

15.精密三角高程测量

（1）单向观测及精度（4）

（2）中间法及精度（3）对向观测及精度

16.液体静力水准测量误差来源：a.仪器的误差b.温度的影响c.气压差异的影响d.对容器的要求f.对传感器的要求

17.水平位移监测方法：（1）大地测量法：a.三角网的测量法(全站仪)b.精密导线测量法(精密边角导线，精密弦矢导线法)c.交会观测法（2-3个已知点，不易接触观测点）d.GPS（一机多天线监测技术）1）测角交会法

2）测边交会法3）后方交会法

（2）基准线法：a.视准线测量：小角法测量，活动觇牌法测量；b.引张线法测量：有浮托引张线，无浮托引张线；c.垂线测量：正垂线，倒垂线(水平位移，倾斜，挠度);d.激光准直测量（3）专门测量方法：a.测斜仪b.位移计c.裂缝观测计

18.交会法测量方式及注意问题：1）测角交会法：a.交会角最好接近90度（也可在60-120度）b.边长小于300m2）测边交会法：a.交会角60-120度，最好90度;b.测距仔细，以减小测边中误差ma,mb;c.交会边长度a和b力求相等，不宜大于600m3）后方交会法：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%

19.影响角高程测量精度因素：距离、角度、i角误差、折光系数

工业与民用建筑物的几种变形：变形：水平位移、沉降、倾斜。

20.建筑物沉降监测项目：1）基础沉降2）水平位移3）滑坡监测4）裂缝监测5)内部监测。方法：精密水准法、沉降仪量测法、三角高程。建筑物内部监测包括的内容：①内部位移监测②应力/应变监测：应变计（数据融合）③温度监测④地下水位及渗流监测⑤挠度监测⑥裂缝监测等

21.建筑物倾斜监测的方法有哪些？

纵横距投影法：当测定偏距e的精度要求不高时，可以采用纵横距投影法；角度前方交会法：当测定偏距e的精度要求较高时，可以采用角度交会法；任意点置镜方向交会法：当建筑物属于非刚体变形，建筑物在施工阶段其楼体上变形点无法置镜时采用；激光垂准法：当需要计算建筑物某轴线的倾斜度时采用。

22.内部监测：（1）监测的部位：分层的沉降观测；分层水平位移观测；界面的观测（2）测斜仪（3）分层沉降仪

23. 挠度观测：（1）定义:建筑物在应力的作用下产生弯曲和扭曲，弯曲变形时横截面形心沿与轴线垂直方向的线位移称为挠度。（2）观测方法:1）高层建筑—前方交会法2）内部有竖直通道的建筑物—垂直观测法3）电子传感设备

24.裂缝观测：1）裂缝的属性：位置，长度，宽度，深度，错距2）方法：测微器法，测缝计，超声波，探地雷达，勘探波

六光纤监测技术（物联网）

传感器--变形--量化；电流--光（光纤）--量力（传感）；设计--数据采集方法--数据预处理及分析

25.滤波：对数据中有用信号进行保留，对干扰信号进行压制或消除的作用，称为滤波。

26.变形监测数据处理：变形监测数据→检校→数据预处理→变形分析与预报

27.变形监测数据检校：限差检验，参考点稳定分析法，水准闭合差单测站检验，变形趋势一致性分析，变形与变量的关联性分析

28.数据预处理：观测异常值分析的取舍，监测数据平滑，监测数据滤波（连续）周期性变化，监测数据插值和拟合（剔除数据要补齐漏补数据），监测数据去噪，数据的平差处理（测量数据）

29.监测数据的预处理内容及为什么要进行预处理

内容：监测物理量的转换、监测数据的粗差检查、以及系统误差的检验等。

原因：1）监测数据可能不是我们想要的格式，必须将其转换成我们需要的数据格式2）对任何一个监测系统，其观测数据中或多或少会存在粗差，在变形分析的开始有必要先对观测数据进行预处理，将粗差剔除。

30.监测网数据平差：监测网经典平差（有基准起算数据的平差）；秩亏自由网平差（没有起算数据，没有基准点）；没有必要起算数据，绝对位置难以确定或难以构成一个完整的控制网，对这种控制网进行平差（秩不是满）

---->间接平差原理（5）

V=AX-L, XTPV=min

法方程：ATPAX=ATPL求未知数X=N-1ATPL,其余平差值