现代变形监测技术2-2PPT学习教案

1、会计学1第一章第一章 变形监测概述变形监测概述第二章第二章 垂直位移与水平位移观测垂直位移与水平位移观测第三章第三章 变形监测新技术与工程实例变形监测新技术与工程实例第四章第四章 变形监测数据处理基础变形监测数据处理基础本课程主要内容本课程主要内容现代变形监测技术现代变形监测技术第1页/共140页第第2 2章章 垂直位移与水平位移观测垂直位移与水平位移观测现代变形监测技术现代变形监测技术 2. 1 垂直位移监测网布设及观测标志垂直位移监测网布设及观测标志 2. 2 垂直位移观测垂直位移观测 2. 3 地面倾斜测量地面倾斜测量 2.4 2.4 水平位移观测网及观测标志水平位移观测网及观测标志 2

2、. 5 水平位移测量技术概述水平位移测量技术概述 2. 6 视准线法测量水平位移视准线法测量水平位移 2. 7 激光准直测量激光准直测量 2. 8 引张线法测量水平位移引张线法测量水平位移 2. 9 建筑物主体倾斜和挠度测量建筑物主体倾斜和挠度测量 2. 10 裂缝测量裂缝测量第2页/共140页 工程（构）建筑物的变形观测方法很久工程（构）建筑物的变形观测方法很久以来一直将其分为两大类，即以来一直将其分为两大类，即垂直位移观测垂直位移观测和水平位移观测和水平位移观测。但随着对变形观测理论和但随着对变形观测理论和方法的研究不断深入，越来越发现这种分类方法的研究不断深入，越来越发现这种分类方法很难

3、涵盖所有的变形测量工作。方法很难涵盖所有的变形测量工作。 现行现行建筑变形测量规程建筑变形测量规程根据工程建根据工程建筑物的主要变形性质、并顾及工程设计和施筑物的主要变形性质、并顾及工程设计和施工的习惯用语，将变形观测方法分成工的习惯用语，将变形观测方法分成沉降观沉降观测和位移观测测和位移观测 两大类。两大类。 2.4 2.4 水平位移观测网及观测标志水平位移观测网及观测标志 第3页/共140页 沉降观测在前面已作了介绍，主要包括沉降观测在前面已作了介绍，主要包括建筑物（基础）沉降观测、基坑回弹测量、建筑物（基础）沉降观测、基坑回弹测量、地基土分层沉降和建筑场地的沉降观测地基土分层沉降和建筑场

4、地的沉降观测 等等。 位移观测包括位移观测包括水平位移观测、建筑物主水平位移观测、建筑物主体倾斜观测、挠度和裂缝观测、日照变形、体倾斜观测、挠度和裂缝观测、日照变形、风振变形以及场地滑坡观测风振变形以及场地滑坡观测 等。等。 本节重点介绍本节重点介绍水平位移观测水平位移观测的相关内容的相关内容。 2.4 2.4 水平位移观测网及观测标志水平位移观测网及观测标志 第4页/共140页 与其它测量工作一样，变形测量工作亦应遵循与其它测量工作一样，变形测量工作亦应遵循“从整体到局部，先控制后碎部从整体到局部，先控制后碎部”的测量原则，水平位移观测也不例外。的测量原则，水平位移观测也不例外。 根据工作现

5、场的实际情况和观测条件，选定控制测量方法，设计控制网布网方案，并按规范规定的精度等级精确测定变形观测的基准点和工作基点的坐标。根据工作现场的实际情况和观测条件，选定控制测量方法，设计控制网布网方案，并按规范规定的精度等级精确测定变形观测的基准点和工作基点的坐标。 再根据待测建（构）筑物的特征和测量仪器设备条件，确定具体水平位移观测方法和观测程序，定期观测（或自动监测）待测物体在规定平面上随时间变化的位移量和位移速度等。再根据待测建（构）筑物的特征和测量仪器设备条件，确定具体水平位移观测方法和观测程序，定期观测（或自动监测）待测物体在规定平面上随时间变化的位移量和位移速度等。 2.4 2.4 水

6、平位移观测网及观测标志水平位移观测网及观测标志 第5页/共140页1.1.按工作性质分类按工作性质分类 变形监测工作中的测量标志按其工作性质分类，可分为变形监测工作中的测量标志按其工作性质分类，可分为平面标志和高程标志平面标志和高程标志。2.2.按用途分类按用途分类 按不同的用途变形观测使用的测量标志可分为三类，即：按不同的用途变形观测使用的测量标志可分为三类，即：变形点、工作基点和基准点。变形点、工作基点和基准点。（1 1）变形点变形点又称变形观测点又称变形观测点（2 2）工作基点工作基点即测量控制点（包括联测或定向点）即测量控制点（包括联测或定向点）（3 3）基准点基准点变形监测控制网的基

7、础变形监测控制网的基础 建（构）筑物变形监测网的点位及其使用的测量标志，如何确定、应具备什么样的构造特点、如何布设等，是变形监测工作中的一个重要的环节。建（构）筑物变形监测网的点位及其使用的测量标志，如何确定、应具备什么样的构造特点、如何布设等，是变形监测工作中的一个重要的环节。 2.4 2.4 水平位移观测网及观测标志水平位移观测网及观测标志 第6页/共140页一、水平位移测量控制网一、水平位移测量控制网 1 1基准网基准网 由基准点形成的测量控制网称为基准网。需定期复测，目的是检核基准点本身的稳定性。由基准点形成的测量控制网称为基准网。需定期复测，目的是检核基准点本身的稳定性。 2 2变形

8、网变形网 由所有变形点组成的测量网称为变形网。由所有变形点组成的测量网称为变形网。 变形网可分为：相对网和绝对网两种。变形网可分为：相对网和绝对网两种。 3 3扩展网扩展网 由所有基准点、变形点、工作基点和联测点共同组成的测量网称为扩展网。由所有基准点、变形点、工作基点和联测点共同组成的测量网称为扩展网。水平位移观测网可采用测角网、测边网水平位移观测网可采用测角网、测边网、边角网和、边角网和GPS网等多种布网形式网等多种布网形式 2.4 2.4 水平位移观测网及观测标志水平位移观测网及观测标志 第7页/共140页一、水平位移测量控制网一、水平位移测量控制网二、强制对中装置二、强制对中装置 由于

9、水平位移监测网精度高，长期重复观测，所以要求在测站点位上建立观测墩，实行强制对中保证每次仪器或照准标志的对中误差小于由于水平位移监测网精度高，长期重复观测，所以要求在测站点位上建立观测墩，实行强制对中保证每次仪器或照准标志的对中误差小于0.1mm0.1mm。常用对中装置有：常用对中装置有： 1 1点线面对中装置点线面对中装置 2 2三叉式对中装置三叉式对中装置 3 3球孔式对中装置球孔式对中装置 4 4柱椎式对中装置柱椎式对中装置 5 5螺旋式对中装置螺旋式对中装置2.4 2.4 水平位移观测网及观测标志水平位移观测网及观测标志 第8页/共140页一、水平位移测量控制网一、水平位移测量控制网二

10、、强制对中装置二、强制对中装置三、平面标志体三、平面标志体平面基准点、工作基点必须长期稳定：远离或深埋。平面基准点、工作基点必须长期稳定：远离或深埋。常用方法主要有：常用方法主要有： （一）建立观测墩（一）建立观测墩 1 1岩层点观测墩岩层点观测墩 2 2土层点观测墩土层点观测墩（二）倒锤（二）倒锤 1 1有水倒锤有水倒锤 2 2无水倒锤无水倒锤（三）光线传递式标志（三）光线传递式标志2.4 2.4 水平位移观测网及观测标志水平位移观测网及观测标志 第9页/共140页建立观测墩建立观测墩 1 1岩层点观测墩岩层点观测墩 2 2土层点观测墩土层点观测墩第10页/共140页（1 1）有水倒锤）有水

11、倒锤（2 2）无水倒锤）无水倒锤第11页/共140页无水倒锤无水倒锤光线传递式标志光线传递式标志第12页/共140页一、水平位移测量控制网一、水平位移测量控制网二、强制对中装置二、强制对中装置三、平面标志体三、平面标志体四、平面点照准标志四、平面点照准标志平面点照准标志基本要求：平面点照准标志基本要求：1 1便于对中、安置和瞄准；便于对中、安置和瞄准；2 2固定式或移动式觇标一固定式或移动式觇标一 般要求强制对中；般要求强制对中；3 3颜色对比度强、醒目；颜色对比度强、醒目；4 4线条粗细适当、边缘清晰。线条粗细适当、边缘清晰。2.4 2.4 水平位移观测网及观测标志水平位移观测网及观测标志

12、第13页/共140页各类照准标牌标志各类照准标牌标志第14页/共140页各类照准标牌标志各类照准标牌标志第15页/共140页标牌标志角形标志或悬臂标志第16页/共140页 事实上，针对工业与民用建筑的单纯水平位移观测，开展的并不多见。但对于大型桥梁和水电大坝，因其建筑主体（桥墩、坝体）及其基础长期受到水流的冲击和上下游水位落差的影响，定期地（或自动化连续观测）对其进行水平位移观测显得尤其重要。事实上，针对工业与民用建筑的单纯水平位移观测，开展的并不多见。但对于大型桥梁和水电大坝，因其建筑主体（桥墩、坝体）及其基础长期受到水流的冲击和上下游水位落差的影响，定期地（或自动化连续观测）对其进行水平位

13、移观测显得尤其重要。 工程建（构）筑物水平位移观测的内容主要包括工程建（构）筑物水平位移观测的内容主要包括结构物主体水平位移观测、位于特殊性土地区的建筑物地基基础水平位移观测、受高层建筑基础施工影响的建筑物及工程设施水平位移观测以及挡土墙、大面积堆载等工程中所需的地基土深层侧向位移观测等结构物主体水平位移观测、位于特殊性土地区的建筑物地基基础水平位移观测、受高层建筑基础施工影响的建筑物及工程设施水平位移观测以及挡土墙、大面积堆载等工程中所需的地基土深层侧向位移观测等。2.5 2.5 水平位移测量技术概述水平位移测量技术概述 第17页/共140页 水平位移测量技术主要有：水平位移测量技术主要有：

14、 1 1地面监测技术；地面监测技术； 2 2摄影测量方法；摄影测量方法； 3 3空间测量技术；空间测量技术； 4 4专用测量方法。专用测量方法。 本节主要概述本节主要概述: : 2.5 2.5 水平位移测量技术概述水平位移测量技术概述 第18页/共140页一、地面监测方法一、地面监测方法 利用常规精密测量仪器（如精密经纬仪、全站仪等）测量变形点的角度或边长的变化，求算水平位移。利用常规精密测量仪器（如精密经纬仪、全站仪等）测量变形点的角度或边长的变化，求算水平位移。优点是：优点是：简便、灵活、精度高、便于检核简便、灵活、精度高、便于检核等。等。 主要方法有：主要方法有： 1 1交会法交会法（角

15、度交会、距离交会等）；（角度交会、距离交会等）； 2 2极坐标法；极坐标法； 3 3自由设站法自由设站法( (后方交会法）后方交会法）； 4 4边角网法；边角网法； 5 5基准线法基准线法( (包括测小角法、准直法、引张线法等包括测小角法、准直法、引张线法等) ) 2.5 2.5 水平位移测量技术概述水平位移测量技术概述 第19页/共140页一、地面监测方法一、地面监测方法（一）固定式全自动持续监测（一）固定式全自动持续监测 利用全自动全站仪（测量机器人）强制对中安置在观测墩上，由计算机控制按拟定的观测顺序遥测各变形点，自动观测、记录、计算。利用全自动全站仪（测量机器人）强制对中安置在观测墩上

16、，由计算机控制按拟定的观测顺序遥测各变形点，自动观测、记录、计算。 全自动变形监测系统应包括：全自动变形监测系统应包括： 1 1基准站；基准站； 2 2基准点基准点（或工作基点）；（或工作基点）； 3 3变形点变形点（一般在待测物体上固定安置反光镜）（一般在待测物体上固定安置反光镜） 4 4控制中心控制中心（包括计算机软硬件、通讯设备等）（包括计算机软硬件、通讯设备等）2.5 2.5 水平位移测量技术概述水平位移测量技术概述 第20页/共140页一、地面监测方法一、地面监测方法（一）固定式全自动持续监测（一）固定式全自动持续监测2.5 2.5 水平位移测量技术概述水平位移测量技术概述 第21页

17、/共140页数据通讯控制室全站仪监测站基准点观测点港口湾大坝全自动变形监测系统第22页/共140页一、地面监测方法一、地面监测方法（一）固定式全自动持续监测（一）固定式全自动持续监测（二）移动式半自动变形监测（二）移动式半自动变形监测 每次观测时，将全自动全站仪（测量每次观测时，将全自动全站仪（测量机器人）强制对中安置在观测墩上，由全机器人）强制对中安置在观测墩上，由全自动全站仪按拟定的观测顺序自动照准各自动全站仪按拟定的观测顺序自动照准各变形点，自动观测、记录、计算。变形点，自动观测、记录、计算。 2.5 2.5 水平位移测量技术概述水平位移测量技术概述 第23页/共140页一、地面监测方法

18、一、地面监测方法二、专用测量方法二、专用测量方法 主要包括应变测量、倾斜仪测量和深部主要包括应变测量、倾斜仪测量和深部测斜仪测量等。测斜仪测量等。 基准线基准线法一般法一般归入地归入地面监测面监测方法。方法。自动遥测应变测量仪自动遥测应变测量仪2.5 2.5 水平位移测量技术概述水平位移测量技术概述 第24页/共140页自动遥测应变测量系统结构图自动遥测应变测量系统结构图第25页/共140页一、视准线法测量原理一、视准线法测量原理 视准线法又称基准线法，测量的原理是以通过建筑物轴线或平行于建筑轴线的固定不变的铅直平面为基准面，并以此为根据测定建筑物的水平位移。视准线法又称基准线法，测量的原理是

19、以通过建筑物轴线或平行于建筑轴线的固定不变的铅直平面为基准面，并以此为根据测定建筑物的水平位移。 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移第26页/共140页一、视准线法测量原理一、视准线法测量原理 1. 1. 保证基准面稳定保证基准面稳定 (1) (1) 端点强制对中端点强制对中, ,对中误差对中误差0.1mm0.1mm (2) (2) 检核端点变化检核端点变化, ,并施加改正并施加改正 视准线法进行水平位移观测的主要问题：视准线法进行水平位移观测的主要问题： 2. 2. 提高观测精度提高观测精度 (1) (1) 精密设计测量标志点的照准觇牌精密设计测量标志点的照准觇牌 (2

20、) (2) 选择良好的观测时段选择良好的观测时段, ,优化观测程序优化观测程序2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移第27页/共140页 活动觇牌法又称移动觇牌法，是利用直接安置在观测点上的移动觇牌来测量偏离值。活动觇牌法又称移动觇牌法，是利用直接安置在观测点上的移动觇牌来测量偏离值。 移动觇牌读数尺上最小分划为，利用游标可以读到移动觇牌读数尺上最小分划为，利用游标可以读到0.010.01。 二、观测方法与要求二、观测方法与要求 1. 1. 活动觇牌法活动觇牌法 Pi iA B Si一、视准线法测量原理一、视准线法测量原理 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平

21、位移第28页/共140页 Pi iA B Si二、观测方法与要求二、观测方法与要求 1. 1. 活动觇牌法活动觇牌法 一、视准线法测量原理一、视准线法测量原理 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移第29页/共140页 Pi iA B Si 具体测量时，将视准仪或具体测量时，将视准仪或 精密经纬仪安置在精密经纬仪安置在A A点上；点上； 瞄准瞄准B B点并指挥点并指挥PiPi点上的活动觇牌标志移动至十字丝上，记录游标读数，反方向移动觇牌重新对准十字丝并读数；上述重复点上的活动觇牌标志移动至十字丝上，记录游标读数，反方向移动觇牌重新对准十字丝并读数；上述重复4 4次为一测回。共

22、观测次为一测回。共观测2424测回。测回。 以上是往测，仪器移至以上是往测，仪器移至B B点同法返测点同法返测P Pii点，按距离长短加权平均作为最后结果。点，按距离长短加权平均作为最后结果。二、观测方法与要求二、观测方法与要求 1. 1. 活动觇牌法活动觇牌法 一、视准线法测量原理一、视准线法测量原理 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移第30页/共140页一、视准线法测量原理一、视准线法测量原理 测量小角度法是利用精密经纬仪（如测量小角度法是利用精密经纬仪（如DJ2DJ2型以上的经纬仪）精确地测出基准线与置镜点到观测点视线之间所夹的微小角度，并按下式计算偏离值。型以上的

23、经纬仪）精确地测出基准线与置镜点到观测点视线之间所夹的微小角度，并按下式计算偏离值。 2 2. .测小角法测小角法 二、观测方法与要求二、观测方法与要求 iiistan 基本公式基本公式: : iiis Pi iA B Si2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移第31页/共140页一、视准线法测量原理一、视准线法测量原理 激光准直法是由激光束建立基准线的方法，根据其测定偏离值的原理不同，又可分为激光经纬仪准直与波带板激光准直。激光准直法是由激光束建立基准线的方法，根据其测定偏离值的原理不同，又可分为激光经纬仪准直与波带板激光准直。 (1)(1)激光经纬仪准直激光经纬仪准直 (

24、 (与活动觇牌法类似与活动觇牌法类似) ) 2 2. . 测小角法测小角法 二、观测方法与要求二、观测方法与要求 Pi iA B Si1. 1. 活动觇牌法活动觇牌法 3. 3. 激光准直法激光准直法 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移第32页/共140页(2)(2)波带板激光准直波带板激光准直 ( (三点法激光准直三点法激光准直) ) Pi Bi i iA Si B SAB 在基准线两端安置激光器点光源和探测器，在观测点上安置波带板。当激光束照满波带板时产生干涉，就会在光源和波带板连线的延长线上的在基准线两端安置激光器点光源和探测器，在观测点上安置波带板。当激光束照满波

25、带板时产生干涉，就会在光源和波带板连线的延长线上的B Bii位置形成一个亮点，被位置形成一个亮点，被B B点探测器测定。点探测器测定。 iABiiSS一、视准线法测量原理一、视准线法测量原理 二、观测方法与要求二、观测方法与要求 3. 3. 激光准直法激光准直法 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移第33页/共140页 激光准直仪激光准直仪第34页/共140页(2)(2)波带板激光准直波带板激光准直 ( (三点法激光准直三点法激光准直) )波带板的种类波带板的种类3. 3. 激光准直法激光准直法 第35页/共140页 在两端工作基点在两端工作基点A A、B B上用重锤拉紧一

26、直径约上用重锤拉紧一直径约0.6mm0.6mm1.2mm1.2mm的不锈钢丝建立基准线，测定中间各观测点的偏离值。的不锈钢丝建立基准线，测定中间各观测点的偏离值。 三测回观测平均值的精度可达三测回观测平均值的精度可达0.03mm0.03mm。 Pi iA B Si4. 4. 引张线法引张线法 一、视准线法测量原理一、视准线法测量原理 2 2. . 测小角法测小角法 二、观测方法与要求二、观测方法与要求 1. 1. 活动觇牌法活动觇牌法 3. 3. 激光准直法激光准直法 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移第36页/共140页引张线法的基本原理引张线法的基本原理 第37页/共

27、140页引张线法的基本原理引张线法的基本原理 第38页/共140页 1.1.对距离的测量精度要求对距离的测量精度要求 测小角法测小角法 基本公式：基本公式： 中误差：中误差： 三、测小角法的精度要求三、测小角法的精度要求 iiis222222211iiiSiimmSm 因测距精度明显高于测角精度，通常取因测距精度明显高于测角精度，通常取 iiSiimmS31iSiimm16. 32.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移 Pi iA B Si第39页/共140页 假设假设i=0.5，i i40 ，则，则iSiimm16. 3iiSsmmii16. 3iiSiimSm16. 325

28、31iSSmKi 假设假设i=0.5，i i100 ，则，则6321iSSmKi 规定测小角法对距离的测量精度要求为：规定测小角法对距离的测量精度要求为：20001K 1.1.对距离的测量精度要求对距离的测量精度要求 三、测小角法的精度要求三、测小角法的精度要求 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移第40页/共140页 因实际工作中的测距误差非常小，故略去中误差公式右边第二项后，即可得：因实际工作中的测距误差非常小，故略去中误差公式右边第二项后，即可得： 222222211iiiSiimmSm 观测小角度时主要误差来源为照准误差，由误差传播定律可求得：观测小角度时主要误差来

29、源为照准误差，由误差传播定律可求得： 2.2.对角度的测量精度要求对角度的测量精度要求 iSmmiivmmv06 vSmSmivii06 1.1.对距离的测量精度要求对距离的测量精度要求 三、测小角法的精度要求三、测小角法的精度要求 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移第41页/共140页 设测站至观测点的水平距离设测站至观测点的水平距离S S=200m=200m，测定偏离值的精度为，测定偏离值的精度为mm =0.5mm=0.5mm。现用望远镜放大倍数为。现用望远镜放大倍数为4040倍的倍的DJ1DJ1级经纬仪进行观测，那么小角度应观测几个测回？级经纬仪进行观测，那么小角度

30、应观测几个测回？ 测量小角度必须满足的精度测量小角度必须满足的精度 3. 3. 角度测回数角度测回数n的确定的确定 25 . 05 . 01000200520626 mSMsSmm三、测小角法的精度要求三、测小角法的精度要求 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移第42页/共140页 小角度观测一测回的中误差小角度观测一测回的中误差 所以要使小角度达到规定的精度，则小角度观测的测回数所以要使小角度达到规定的精度，则小角度观测的测回数n应满足应满足 25 . 05 . 01000200520626 mSM5 . 14006 vmmnmM3 . 852. 05 . 12222Mm

31、n取取测回9n3. 3. 角度测回数角度测回数n的确定的确定 三、测小角法的精度要求三、测小角法的精度要求 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移第43页/共140页一、视准线法测量原理一、视准线法测量原理 1.1.三角测量法三角测量法 二、观测方法与要求二、观测方法与要求 2 2. . 后方交会法后方交会法 3. 3. 检核基准线检核基准线法法 四、基准线端点的检核四、基准线端点的检核 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移三、三、测小角法的精度要求测小角法的精度要求 第44页/共140页 1.1.三角测量法三角测量法 建立一短边的三角网，起算点建立一短边

32、的三角网，起算点MM、N N选择在变形区域以外选择在变形区域以外; ; 基准线的端点基准线的端点A A、B B包括在此三角网中包括在此三角网中; ; 定期的对此三角网进行观测定期的对此三角网进行观测, , 求出端点的位移值。求出端点的位移值。 四、基准线端点的检核四、基准线端点的检核 M N A B2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移第45页/共140页 2.2.后方交会法后方交会法 在基准线端点在基准线端点A A、B B的两端，分别埋置两组稳定的已知点的两端，分别埋置两组稳定的已知点1 1、2 2、3 3和和4 4、5 5、6 6； 利用后方交会的原理求出端点利用后方交会

33、的原理求出端点A A、B B的位移值。的位移值。 四、基准线端点的检核四、基准线端点的检核 1 4 2 5 A B 3 6 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移第46页/共140页 假定假定X X轴方向，及轴方向，及A2A2边方位角边方位角A2A2 ； 实测实测、角，解下列方程组，求得角，解下列方程组，求得A A点坐标。点坐标。 X 2 3 1 A )360tan()()tan()(tan)(233211222AAAAAAAAAxXyYxXyYxXyY 2.2.后方交会法后方交会法 四、基准线端点的检核四、基准线端点的检核 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水

34、平位移第47页/共140页 3.3.延长基准线法延长基准线法 在基准线在基准线ABAB的延长线上，选择地基稳定处设置观测点的延长线上，选择地基稳定处设置观测点CC和和D D，以形成检核基准线。用此线来检核端点在垂直于轴线方向上的位移，对观测值进行修正。，以形成检核基准线。用此线来检核端点在垂直于轴线方向上的位移，对观测值进行修正。 C D A B 四、基准线端点的检核四、基准线端点的检核 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移第48页/共140页 在水平位移观测中同样存在基准点和工作基在水平位移观测中同样存在基准点和工作基点本身的稳定性问题。点本身的稳定性问题。 如何检验基准

35、点和工作基点本身的稳定性？如何检验基准点和工作基点本身的稳定性？ 当这些点确实存在位移时，它对观测成果产当这些点确实存在位移时，它对观测成果产生多大的影响？因工作基点的位移，对观测点生多大的影响？因工作基点的位移，对观测点的位移观测值必须施加改正数，其改正数如何的位移观测值必须施加改正数，其改正数如何计算？计算？ 五、五、基准线端点位移对变形值的影响基准线端点位移对变形值的影响 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移第49页/共140页 对于基准线观测，如图所示，当端点、由于本身位移而变动到了对于基准线观测，如图所示，当端点、由于本身位移而变动到了 、时，则对时，则对P P点

36、进行观测所得到的偏离值不再是点进行观测所得到的偏离值不再是Li，而变成了，而变成了Li 。 （一）（一）基准线端点位移时，观测点偏离值的计算基准线端点位移时，观测点偏离值的计算 A Pi Li a B Li b A B五、五、基准线端点位移对变形值的影响基准线端点位移对变形值的影响 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移第50页/共140页由图不难看出，端点位移对偏离值的影响为由图不难看出，端点位移对偏离值的影响为: : （一）（一）基准线端点位移时，观测点偏离值的计算基准线端点位移时，观测点偏离值的计算 A Pi Li a B Li b i A SiB B SABbbaSS

37、LLABiBiii五、五、基准线端点位移对变形值的影响基准线端点位移对变形值的影响 第51页/共140页P P点实际偏离点实际偏离ABAB基准线的偏离值为基准线的偏离值为: : A Pi Li a B Li b i A SiB B SABiBABiiiiSSbabLLL（一）（一）基准线端点位移时，观测点偏离值的计算基准线端点位移时，观测点偏离值的计算 五、五、基准线端点位移对变形值的影响基准线端点位移对变形值的影响 第52页/共140页 假设假设P Pii点首次观测时，偏离基准线的偏离值为点首次观测时，偏离基准线的偏离值为LL0i0i ，则所求该点的实际位移值为，则所求该点的实际位移值为 :

38、 :（二）（二）观测点位移值的计算观测点位移值的计算 A Pi Li a B Li b i A SiB B SABiiBABiiiiiLSSbabLLLd00五、五、基准线端点位移对变形值的影响基准线端点位移对变形值的影响 第53页/共140页 假设假设P Pii点首次观测时，偏离基准线的偏离值为点首次观测时，偏离基准线的偏离值为L0i ，则所求该点的实际位移值为，则所求该点的实际位移值为 : :iiBABiiiiiLSSbabLLLd00因观测点至基准线端点距离为一常数，令因观测点至基准线端点距离为一常数，令 ABiBiSSK 故上式写成：故上式写成： iiiiiLbKaKLd01（二）（二

39、）观测点位移值的计算观测点位移值的计算 五、五、基准线端点位移对变形值的影响基准线端点位移对变形值的影响 第54页/共140页得得Pi 点位移值的精度计算公式点位移值的精度计算公式 : :( (三三) )观测点位移值的精度观测点位移值的精度 利用误差传播定律，对上式取全微分，写成中误差：利用误差传播定律，对上式取全微分，写成中误差： 22221222端测mKKmmiidiiiiiiLbKaKLd01222222201iiLbiaiLidmmKmKmm假设假设 : :端测mmmmmmbaLLii,0（二）（二）观测点位移值的计算观测点位移值的计算 五、五、基准线端点位移对变形值的影响基准线端点位

40、移对变形值的影响 第55页/共140页P Pi i点位移值的精度计算公式点位移值的精度计算公式 : :( (三三) )观测点位移值的精度观测点位移值的精度 对上述中误差计算公式进行分析：对上述中误差计算公式进行分析：（1 1）当观测点在基准线中点时，取）当观测点在基准线中点时，取（2 2）当观测点靠近任一端点时，取近似值）当观测点靠近任一端点时，取近似值 ： 22221222端测mKKmmiidi222212端测mmmid21ABiBiSSK10iiKK或2222端测mmmid五、五、基准线端点位移对变形值的影响基准线端点位移对变形值的影响 第56页/共140页( (三三) )观测点位移值的精

41、度观测点位移值的精度 对基准线法的精度进行分析：对基准线法的精度进行分析：（1 1）当观测点在基准线中点时：）当观测点在基准线中点时：（2 2）当观测点靠近任一端点时：）当观测点靠近任一端点时： 222212端测mmmid2222端测mmmid 由此可见，观测点越靠近基准线端点，则端点位移对变形观测的影响越大。由此可见，观测点越靠近基准线端点，则端点位移对变形观测的影响越大。 但此时，实际测定观测点偏离值的精度较高，因此，在实际变形观测工作中，仍认为在整条基准线上测定观测点位移值的精度均匀一致，即整条测线上任意点位移值的精度比较接近。但此时，实际测定观测点偏离值的精度较高，因此，在实际变形观测

42、工作中，仍认为在整条基准线上测定观测点位移值的精度均匀一致，即整条测线上任意点位移值的精度比较接近。 五、五、基准线端点位移对变形值的影响基准线端点位移对变形值的影响 第57页/共140页需要说明的问题：需要说明的问题： 以上分析计算的基准线端点位移对变形观以上分析计算的基准线端点位移对变形观测值的影响，主要针对基准线法而言；测值的影响，主要针对基准线法而言； 前方交会的测站点（即前方交会的测站点（即: : 工作基点）产生工作基点）产生位移时，可以将测站点的位移值看作是仪器位移时，可以将测站点的位移值看作是仪器的偏心误差，而对各交会方向施加仪器的归的偏心误差，而对各交会方向施加仪器的归心该正，

43、然后利用改正后的方向值来计算观心该正，然后利用改正后的方向值来计算观测点的实际位移量。测点的实际位移量。 五、五、基准线端点位移对变形值的影响基准线端点位移对变形值的影响 2.6 2.6 视准线法视准线法测量水平位移测量水平位移第58页/共140页 在基准线端点在基准线端点A A安置激光器，瞄准安置激光器，瞄准B B点发射激光束，得到一条红色可见光基准线；点发射激光束，得到一条红色可见光基准线； 在变形观测点上安置活动觇牌，将觇牌移至激光基准线，直接读取游标读数，得到在变形观测点上安置活动觇牌，将觇牌移至激光基准线，直接读取游标读数，得到P Pii点偏离值。点偏离值。 Pi iA B Si一、

44、一、激光准直测量的基本原理激光准直测量的基本原理 2.7 2.7 激光准直测量激光准直测量1 1激光经纬仪准直测量激光经纬仪准直测量 (与活动觇牌法类似与活动觇牌法类似) 第59页/共140页一、一、激光准直测量的基本原理激光准直测量的基本原理 2.7 2.7 激光准直测量激光准直测量1 1激光经纬仪准直测量激光经纬仪准直测量(与活动觇牌法类似与活动觇牌法类似) 在基准线两端安置激光器点光源和探测器，在观测点上安置波带板。当激光束照满波带板时产生干涉，就会在光源和波带板连线的延长线上在基准线两端安置激光器点光源和探测器，在观测点上安置波带板。当激光束照满波带板时产生干涉，就会在光源和波带板连线

45、的延长线上Bi 点位置，形成一个亮点，并被点位置，形成一个亮点，并被B点探测器测定。点探测器测定。 iABiiSS Pi Bi i iA Si B SAB2 2波带板激光准直测量波带板激光准直测量(三点法激光准直三点法激光准直) 第60页/共140页 实际工作中每个观测点的波带板都必须计算其通光半径，专门定制。在基准线上每次只能放置一个波带板观测一个点。可采用自动起落装置，由计算机控制。实际工作中每个观测点的波带板都必须计算其通光半径，专门定制。在基准线上每次只能放置一个波带板观测一个点。可采用自动起落装置，由计算机控制。一、一、激光准直测量的基本原理激光准直测量的基本原理 2.7 2.7 激

46、光准直测量激光准直测量1 1激光经纬仪准直测量激光经纬仪准直测量(与活动觇牌法类似与活动觇牌法类似) 2 2波带板激光准直测量波带板激光准直测量(三点法激光准直三点法激光准直) 第61页/共140页二、激光二、激光基准线的基准线的不同布设方法不同布设方法 2.7 2.7 激光准直测量激光准直测量 实际工作中，由于场地条件的限制，可采用不同的基准线布设方法。例如：基线端点实际工作中，由于场地条件的限制，可采用不同的基准线布设方法。例如：基线端点A A和和B B往往不能安置仪器，或点位本身也可能产生移动，此时为测定往往不能安置仪器，或点位本身也可能产生移动，此时为测定i i点偏离直线点偏离直线AB

47、AB的偏离值的偏离值i，可在可在ABAB的延长线上安置激光器和自动跟踪探测器。的延长线上安置激光器和自动跟踪探测器。 在在MM点安置激光器（点安置激光器（M偏离偏离AB线线m），），N N点为自动探测器的零点点为自动探测器的零点( (N偏离偏离AB线线n) )。分别在。分别在A、B和和 i上上逐次安置相应焦距的波带板，探测器将会在逐次安置相应焦距的波带板，探测器将会在ABAB的垂直方向上自动寻找光束通过波带板后形成的亮点，而显示出亮点中心到的垂直方向上自动寻找光束通过波带板后形成的亮点，而显示出亮点中心到N N点的距离点的距离A、B和和i。第62页/共140页 A B m M i A SA i

48、 B Si n SB i N L1 1偏离值的计算偏离值的计算 二、激光二、激光基准线的基准线的不同布设方法不同布设方法 2.7 2.7 激光准直测量激光准直测量第63页/共140页1 1偏离值的计算偏离值的计算 A B m M i A SA i B Si n SB i N LBAABBAiAABABABBiiSSLSSSSSSSSLS)(二、激光二、激光基准线的基准线的不同布设方法不同布设方法 第64页/共140页若令若令m=0，n=B，就得到第二种布设形式，即把激光器放在基点，就得到第二种布设形式，即把激光器放在基点A上，上， iABiiSS Pi Bi i iA Si B SAB2 2不

49、同布设方法偏离值计算的转换关系不同布设方法偏离值计算的转换关系 BAABBAiAABABABBiiSSLSSSSSSSSLS)()(iBiiLS若若激光器在基点激光器在基点A上，上，B点放置探测器，即得到：点放置探测器，即得到： 二、激光二、激光基准线的基准线的不同布设方法不同布设方法 第65页/共140页 自从二十世纪六十年代末，波带板激光准直成功地应用于美国斯坦福加速器之后，作为自从二十世纪六十年代末，波带板激光准直成功地应用于美国斯坦福加速器之后，作为“精密定线精密定线”的一种行之有效的方法已受到了普遍的重视。的一种行之有效的方法已受到了普遍的重视。 据有关资料报道，波带板激光准直的精度

50、能够满足现代精密工程测量的要求，可达据有关资料报道，波带板激光准直的精度能够满足现代精密工程测量的要求，可达1010-6-6的直线度。的直线度。 但在露天条件下实施，例如在水电大坝的坝顶、大型桥梁的桥面或桥墩上进行水平位移观测，由于受到外界多方面因素的影响，容易导致激光束产生偏折、漂移、抖动等长短周期的系统误差和偶然误差，从而降低观测的精度。但在露天条件下实施，例如在水电大坝的坝顶、大型桥梁的桥面或桥墩上进行水平位移观测，由于受到外界多方面因素的影响，容易导致激光束产生偏折、漂移、抖动等长短周期的系统误差和偶然误差，从而降低观测的精度。2.7 2.7 激光准直测量激光准直测量三、波带板激光准直

51、三、波带板激光准直精度分析精度分析 第66页/共140页 波带板激光准直系统不但在制造和安装时，不可避免地产生种种误差，而且在实地施测时，还要受到外界条件的影响。波带板激光准直系统不但在制造和安装时，不可避免地产生种种误差，而且在实地施测时，还要受到外界条件的影响。 2.7 2.7 激光准直测量激光准直测量三、波带板激光准直三、波带板激光准直精度分析精度分析 1 1误差来源和精度分析误差来源和精度分析（1）波带板调零和置中误差 波带板几何中心位于插杆的中心线上的检验校正。使用DS1级以上的经纬仪（或全站仪）的竖丝严格与波带板中心重合的方法进行检校。 若设经纬仪照准误差为60”/40，校正距离s

52、=6米，则校正后的精度为：5206261 . 04006 mmsm第67页/共140页（1）波带板调零和置中误差 波带板是利用强制对中杆安置在测点上的。插杆和插座的连接部分，可以是圆柱形或圆锥形。尽管采用膨胀系数相同的金属精密制成，但仍存在加工误差，造成波带板中心与测点中心不一致，给测量成果带来误差。 根据机械加工精度分析，这种误差一般可限制在0.10.2mm范围内。（2）波带板强制对中误差2.7 2.7 激光准直测量激光准直测量三、波带板激光准直三、波带板激光准直精度分析精度分析 1 1误差来源和精度分析误差来源和精度分析第68页/共140页三、波带板激光准直三、波带板激光准直精度分析精度分

53、析 1 1误差来源和精度分析误差来源和精度分析 激光在大气中传输，由于受到大气湍流（温度、湿度和气压的变化）的影响，将产生抖动、漂移，给光斑的接收带来困难，引起读数误差。 据中国科学院安徽光机所的实验表明：在一般大气条件下，激光的漂移量统计分布服从正态随机分布（短周期误差）。 武汉大学（原武汉测绘科技大学）利用自行设计带有自动跟踪装置的波带板激光准直仪进行实验，表明在500m测线上取十次读数平均值，计算的探测器读数引起的测点中误差为0.1mm。 （3）大气湍流影响和接收器读数误差第69页/共140页2.7 2.7 激光准直测量激光准直测量三、波带板激光准直三、波带板激光准直精度分析精度分析 1

54、 1误差来源和精度分析误差来源和精度分析（4）激光束漂移和光束照准误差 点光源通过发射器的处理，形成足够发散的高斯光束。此光束在波带板上形成光斑，其中心应与波带板中心重合。 但由于各测点设置时不可能严格在一条直线上，以及激光漂移、点位的移动等原因，必然会造成光束的照准误差。 为了使这种误差的影响最小，必须使光束足够发散。但发散过大，能量损失就大，造成光强太弱也会影响接收器的探测灵敏度，增大读数误差。第70页/共140页2.7 2.7 激光准直测量激光准直测量三、波带板激光准直三、波带板激光准直精度分析精度分析 1 1误差来源和精度分析误差来源和精度分析（4）激光束漂移和光束照准误差 建议：选择

55、的光束发散度使得光束在最近一块波带板上光斑的直径为该板最大通光孔径的3倍为宜。 实验证明：在离光源最近的观测点安置配有类似于活动觇牌装置的波带板，在较短的时间内，测出当波带板偏移时的准直数据，归算到测点上进行比较后，得到最大误差是0.3mm。 若在该项误差中，除去接收器读数误差和移动觇牌的误差，可认为由光束照准和漂移造成的测量误差应小于0.1mm，能满足准直精度的要求。 第71页/共140页三、波带板激光准直三、波带板激光准直精度分析精度分析 1 1误差来源和精度分析误差来源和精度分析（5）场地布设形式不同时准直精度分析 根据上面的分析可知，在不考虑温度梯度的影响时，用波带板激光准直的方法，测

56、定测点偏离值的中误差约为：m=0.32mm。由公式：BAABBAiAABABABBiiSSLSSSSSSSSLS)(222222)()()()(iABimLSmSSLSSSmSSLSSSmiABiBAABAiB得到激光准直法测量点位偏离值的中误差公式：第72页/共140页1 1误差来源和精度分析误差来源和精度分析（5）场地布设形式不同时准直精度分析 因为：m=0.32mm，将下面三式代入上面公式：222222)()()()(iABimLSmSSLSSSmSSLSSSmiABiBAABAiBmSLmAAmSLmBBmSLmii1)()()(222ABiAiBSSSSSSmmi得到：激光准直法测量

57、点位偏离值的中误差公式：第73页/共140页1 1误差来源和精度分析误差来源和精度分析（5）场地布设形式不同时准直精度分析 由此可见，这种布设方法，测线中间点精度最高；而靠近两基点附近时精度最低。 对上式求极值，得当 时有极小值。此时：2)(BAiSSSmmmmi39. 05 . 132. 023mmmmi45. 0232. 02当i点在A或B点上时：1)()()(222ABiAiBSSSSSSmmi第74页/共140页1 1误差来源和精度分析误差来源和精度分析（5）场地布设形式不同时准直精度分析 A B m M i A SA i B Si n SB i N L 前面所介绍的是波带板激光准直点

58、位布设的一般方案，如下图所示。第75页/共140页 A B i i B Si SB L i N 1 1误差来源和精度分析误差来源和精度分析（5）场地布设形式不同时准直精度分析若把点光源移至基点A上，计算偏离值的公式为：用上面同样的分析方法可得出：当i在A点时： mmmmi32. 0当i在中间点时： mmmmi36. 045当i在B点时： mmmmi45. 02)(iBiiLS第76页/共140页2.7 2.7 激光准直测量激光准直测量三、波带板激光准直三、波带板激光准直精度分析精度分析 1 1误差来源和精度分析误差来源和精度分析2大气折光的影响及温度梯度改正大气折光的影响及温度梯度改正 由费马

59、最短光程原理得到，光束在大气中传输，在水平方向上将形成一条曲线。该曲线上任一点的曲率为：YX折12OS式中：P为气压，T为温度，n0为标准折射率。 dt/dy为温度梯度的水平分量/m。dydtTPn20) 1(36. 01第77页/共140页三、波带板激光准直三、波带板激光准直精度分析精度分析 1 1误差来源和精度分析误差来源和精度分析2大气折光的影响及温度梯度改正大气折光的影响及温度梯度改正 YX折12OSSSdxxSdxxSS020111tan1)(1tan由此可得出激光束受水平方向大气折光影响而产生得偏离折为：SdxxSS011)(tan折dydtTPn20) 1(36. 01第78页/

60、共140页 y 1 2 i B A 2 x vi i Si B1 L B22大气折光的影响及温度梯度改正大气折光的影响及温度梯度改正 如下图所示，A点发出的光束通过i点波带板时，已有一个偏角2，其在接收器B点的影响为：iSiiidxxSSLSLBB0211tan)(总的折光影响为：LSSiiiiidxxLdxxSSLBBBBBB1)(102112第79页/共140页 y 1 2 i B A 2 x vi i Si B1 L B22大气折光的影响及温度梯度改正大气折光的影响及温度梯度改正 归算到观测点i上，此时i点的实际偏移量为：此时大气折光改正数vi 为 ：LSSiiiiidxxLdxxSSL