第七章-變形監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理(三)課件

1、47.1 工程變形監(jiān)測的基礎(chǔ)知識1237.2 變形監(jiān)測方案設(shè)計（重點） 7.3 變形監(jiān)測方法和自動化（重點） 7.4 變形觀測數(shù)據(jù)處理 第七章 工程的變形監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理7.5 變形監(jiān)測資料整理、成果表達和解釋（重點+難點）5教學(xué)重點 ： 1、變形監(jiān)測網(wǎng)和變形監(jiān)測方案設(shè)計， 2、變形觀測數(shù)據(jù)處理，成果表達和解釋77.3 變形監(jiān)測方法和自動化 變形監(jiān)測的基本方法 1）在全球變形監(jiān)測方面：空間大地測量技術(shù)（全球定位系統(tǒng)（GPS）、甚長基線干涉測量（VLBI）、衛(wèi)星激光測距（SLR)、激光測月技術(shù)（LLR）、衛(wèi)星重力探測技術(shù)等技術(shù)手段）。 2）在區(qū)域性變形監(jiān)測方面：全球定位系統(tǒng)（GPS）、空間對地觀測

2、遙感新技術(shù)-合成孔徑雷達干涉測量（SnSAR）。 3）在工程和局部性變形監(jiān)測方面： 地面常規(guī)測量技術(shù)、地面攝影測量技術(shù)、特殊和專用的測量手段全球定位系統(tǒng)（GPS）、甚。7.3 變形監(jiān)測方法和自動化 變形監(jiān)測的基本方法 1）、利用常規(guī)的大地測量方法：水準(zhǔn)、三角高程、三角、導(dǎo)線、交會等測量。 2）、攝影測量方法：航空攝影測量、近景攝影測量、遙感。 3）、物理原理的方法：激光準(zhǔn)直、液體靜力水準(zhǔn)量。 4）、空間測量技術(shù)方法：全球定位系統(tǒng)（GPS）、甚長基線干涉測量、衛(wèi)星激光測距。監(jiān)測方法和儀器的選擇 變形監(jiān)測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)測內(nèi)容的不同可以選擇不同的

3、方法和儀器。比如對于局部性的外部變形監(jiān)測，高精度水準(zhǔn)測量，高精度三角、三邊、邊角以及測量機器人監(jiān)測系統(tǒng)是工程建筑物外部變形監(jiān)測的良好手段和方法。而鉆孔傾斜儀、多點位移儀則非常適合于工程建筑物內(nèi)部的變形觀測。 靜態(tài)監(jiān)測與動態(tài)監(jiān)測的關(guān)系 1.由于觀測條件的影響，靜態(tài)監(jiān)測一般應(yīng)避開陽光太強或暴風(fēng)雨的惡劣天氣，而這時候才是變形體變形和振動幅度最明顯的時候；動態(tài)監(jiān)測是全天候的，可以監(jiān)測任何時候的變形。 2.靜態(tài)監(jiān)測可以不同精度監(jiān)測建筑物的不同部位，而動態(tài)監(jiān)測特別是GPS只能監(jiān)測變形較大的位移等。3.靜態(tài)監(jiān)測體現(xiàn)的是相對于建筑物竣工狀態(tài)的變化情況；而動態(tài)監(jiān)測則是在建筑物正常運營的狀態(tài)下進行的實時監(jiān)控，體現(xiàn)

4、了在各種荷載（特別是動荷載）情況下的瞬時狀態(tài)。4.由于兩者以上不同的特點，故靜態(tài)監(jiān)測與動態(tài)監(jiān)測可以相輔相成，全面監(jiān)測建筑物的運營狀態(tài)，以達到共同監(jiān)測建筑物安全的目的。常用監(jiān)測儀器比較 方法儀器精度適用性評價常規(guī)大地測量方法全站儀、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、測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。缺點是受地形通視和氣候條件影響，難以實現(xiàn)自動化監(jiān)測。特殊測量手段機械位移計百分表的精度0.01mm，千分表的精度0.001mm精度較高，測量過程簡單，容易實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測和自動化觀測，能夠提供局部的觀測信息。但不如常規(guī)測量儀器靈活。位移傳感器可以達到0.01毫米測角儀精度與距離有關(guān)，最高可

5、達1mm可以測量建筑物的撓度、高層建筑物的傾斜、基礎(chǔ)的沉降。準(zhǔn)直測量一般精度10-510-6可以測量建筑物的橫向位移。精度較高，且易實現(xiàn)自動化，但不如常規(guī)測量儀器靈活。攝影測量方法攝影經(jīng)緯儀精度可達毫米級觀測精度低，有時不能滿足要求，各監(jiān)測點不同步，精度與建筑物的形狀、大小有關(guān)，受自然地理條件限制。數(shù)碼像機TCA測量機器人1mm1ppm能夠觀測建筑物的沉降、位移、傾斜量等，易于實現(xiàn)自動化。但測點不同步，且受氣候條件影響，不能全天候監(jiān)測。GPS RTK方式平面精度101ppm,垂直精度可達201ppm全天侯監(jiān)測、操作簡單、自動化程度高、定位速度快；缺點是平面精度高、高程精度低。選擇儀器時一般要注

6、意1.選擇觀測儀器必須從監(jiān)測實際情況出發(fā)，選用的儀器應(yīng)能滿足監(jiān)測精度的要求。2.在選用儀器時，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)測的要求。4.一般說來，電測儀器的適應(yīng)性不如機械儀器儀表，而機械儀器儀表的適應(yīng)性又不如光學(xué)儀器。7.3 變形監(jiān)測方法和自動化 1、常規(guī)的大地測量方法 指用常規(guī)的大地測量儀器測量方向、角度、邊長和高差等量所采用方法的總稱。常規(guī)的大地測量儀器： 光學(xué)經(jīng)緯儀、光學(xué)水準(zhǔn)儀、電磁波測距儀、 電子經(jīng)緯儀、電子水準(zhǔn)儀、電子全站儀、 GPS接收機等常規(guī)大地測量方法： 變形監(jiān)測網(wǎng)（GPS網(wǎng)、邊角網(wǎng)），幾何水準(zhǔn)、 電磁波測距三角高程測量等。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)測方法具有以下優(yōu)點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位移量；2. 觀測量組成網(wǎng)的形式可以進行測量結(jié)果的處理和精度評定；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。而缺點是外業(yè)工作量大，作業(yè)時間長，難于實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測及測量過程的自動化。Leica全站儀 測量機器人（Measurement Robot,或稱測地機器人，Georobt）是一種能代替人進行自動搜索、跟蹤、辨識和精確照準(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)上集成步進馬達、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。測量機器人測量機器人進行自動化變形監(jiān)測一般可采用兩種方式 (1).固定式全自動持續(xù)監(jiān)測(2).移動式半自動變形監(jiān)測(1).固定式全自動持續(xù)監(jiān)測固定式全自動持續(xù)監(jiān)測方式是基于一臺測量機器人的有合作目標(biāo)（照準(zhǔn)棱鏡）的變形監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)全天候的無人值守監(jiān)測，其實質(zhì)為自動化坐標(biāo)測量系統(tǒng)。(2).移動式半自動變形監(jiān)測 移動式半自動變形監(jiān)測系統(tǒng)的作業(yè)與傳統(tǒng)的觀測方法一樣，在各觀測墩上安置儀器，輸入測站點號，進行必要的測站設(shè)置，后視之后測量機器人會按照預(yù)置在機內(nèi)的觀測點順序、測回數(shù)，全自動地尋找目標(biāo)。

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

10、降、撓度、傾斜等變形監(jiān)測內(nèi)容。6）是一套相對投資省（包括設(shè)備投資和運行中的投資）、自動化程度高、可靠性強、匯報率大的現(xiàn)代化的監(jiān)測方法。 缺點是：沒有多余的觀測量，測量的精度隨著距離的增長而顯著地降低，且不易發(fā)現(xiàn)粗差；各測點不同步；大變形比較難以測量；實時性較差；在惡劣的天氣，如大霧、暴風(fēng)雨中不能進行工作等。測量機器人具有以下缺點7.3 變形監(jiān)測方法和自動化 2、 攝影測量方法 特點： (1) 不接觸被監(jiān)測的變形體。 (2) 外業(yè)工作量小，觀測時間短，快速，在具有同步裝置的條件下可同時對動態(tài)目標(biāo)進行多點測量 (3) 信息量大，顯示能力客觀,能提供完全和瞬時的三維空間信息；利用率高，利用種類多；

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

12、可采用機械法。如研制的金屬絲測長儀，將很細的金屬絲（受溫度影響?。┰诠潭ɡο吕@在銦瓦測鼓上，精度優(yōu)于1mm。兩點間在i和i+1周期之間的距離變化l：伸縮測微銦瓦線尺：由伸縮測量和拉力測量兩部分組成，其測微分辨率為0.01mm，如果傳遞元素(銦瓦線、石英棒等)的長度a、b保持不變，則只需測微小量 。l的精度可達0.02mm。7.3 變形監(jiān)測方法和自動化 3、特殊的大地測量方法 （1）短距離和距離變化測量方法 下圖伸縮測微儀原理 7.3 變形監(jiān)測方法和自動化 3、特殊的大地測量方法 （2）偏離水平基準(zhǔn)線的微距離測量準(zhǔn)直法 1.水平基準(zhǔn)線通常平行于被監(jiān)測物體（如大壩、機器設(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.測量偏距的方法稱準(zhǔn)直（測量）法。 4.基準(zhǔn)線（或基準(zhǔn)面）可用光學(xué)法、光電法和機械法產(chǎn)生。7.3 變形監(jiān)測方法和自動化 3、特殊的大地測量方法 （2）偏離水平基準(zhǔn)線的微距離測量準(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（包括測小角法、活動覘牌法）。若在望遠鏡目鏡端加一個激光發(fā)生器，則基準(zhǔn)線是一條可見的激光束二、光電法：光電法是通過光電轉(zhuǎn)換原理測量偏距，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、機械法： 在基準(zhǔn)點上吊掛鋼絲或尼龍絲構(gòu)成基準(zhǔn)線，用測尺游標(biāo)、投影儀或傳感器測

14、量中間目標(biāo)點相對于基準(zhǔn)線的偏距。 引張線法：是一種典型的進行偏距測量的機械法。準(zhǔn)直測量 準(zhǔn)直測量是提供一條基準(zhǔn)線，測量觀測點相對于基準(zhǔn)線的單向位移，可以是水平方向，也可以是垂直方向。準(zhǔn)直測量方法由很多，有測小角法、活動覘牌法、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（包括測小角法、活動覘牌法）。若在望遠鏡目鏡端加一個激光發(fā)生器，則基準(zhǔn)線是一條可見的激光束。測小角法按下式計算偏距及精度：一、 光 學(xué) 法采用測回法觀測時，一測回所測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，可計算出小角的測量精度，再由望遠鏡的放大倍數(shù)計算小角觀測的測回數(shù)?；顒右椗品ǎ海ㄖ饕紤]站牌的圖案形狀、顏色）引張線法7.3 變形監(jiān)測方法和自動化 3、特殊的大地測量方法 （2）偏離垂直基準(zhǔn)線的微距離測量 鉛直法 定義： 以過基準(zhǔn)點的鉛垂線為垂直基準(zhǔn)線，測量沿鉛垂基準(zhǔn)線上的目標(biāo)點相對于基準(zhǔn)線的水平距離(亦稱偏距)的方法。鉛垂線可以用光學(xué)法、光電法或機械法產(chǎn)生。偏距可用垂線坐標(biāo)儀、測尺或傳感器測得。例如，兩臺經(jīng)緯儀過同一基準(zhǔn)點的兩個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)生過底部基準(zhǔn)點(底向垂準(zhǔn)儀)或頂部基準(zhǔn)點(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)緯儀作鉛直測量 機械法（ 正、倒垂線法）： 1）正垂線法：用正垂線裝置測量偏距的一種方法。正垂線裝置由懸線、固定與活動夾線裝置、觀測墩、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（可與工作基點相聯(lián)系），活動夾線裝置由多點夾線法的觀測支點構(gòu)成，支點設(shè)在不同的高程面上，垂線是一種高強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，保持重錘穩(wěn)定。圖7-14為正垂線裝置圖。機械法（ 正、倒垂線法）：2）倒垂線法：用倒垂線裝置測量偏距的一種方法。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，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、倒垂線常常成對布設(shè)，且與工作基點相對應(yīng)，利用安置在工作基點觀測墩上的垂線坐標(biāo)儀（圖7-16）可測定工作基點相對于倒垂線的兩個坐標(biāo)值（x、y），求得工作基點的位移值。垂線觀測多采用自動讀數(shù)設(shè)備，如遙測垂線坐標(biāo)儀，分辨率達0.01mm。另外，還有自動視覺系統(tǒng)AVS（Automated Vision System），它通過CCD自動拍攝垂線的影像確定垂線位置的變化，分辨率可達3m。機械法

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，是在高處的某點，如墻角、建筑物的幾何中心處懸掛垂球，垂球線的長度應(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在底部的理論投影位置的距離，即為高處該點的水平位移值。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激光器，則形成一條鉛垂的可見光束，稱為激光鉛垂線。觀測時，在低部安置儀器，而在頂部量取相應(yīng)點的偏移距離。液體靜力水準(zhǔn)測量 幾何水準(zhǔn)測量是依據(jù)水平視線來測定兩點間高差的，而水平視線是靠水準(zhǔn)器調(diào)平來實現(xiàn)的。若直接依據(jù)靜止的液體表面(水平面)來測定兩

19、點(或多點)之間的高差，則稱為液體靜力水準(zhǔn)測量。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，而且可實現(xiàn)測量的自動化。優(yōu)點： 1）連通管方法原理簡單,測量變形在人工讀數(shù)情況下精度可達到1mm，而用超聲波液位計測量精度則遠遠超過人工讀數(shù)的精度； 2）該方法簡便易行且有很高的可靠性。缺點： 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，對測點動態(tài)位移的靈敏性較差。液體靜力水準(zhǔn)優(yōu)缺點水平位移觀測 測角前方交會后方交會極坐標(biāo)法導(dǎo)線法視準(zhǔn)線法引張線法測角前方交會在變形點上

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

21、即可。如圖所示，A、B為基準(zhǔn)點，其坐標(biāo)已知，p為變形點，當(dāng)測出及d以后，即可據(jù)以求出p點的坐標(biāo)，由于計算方法簡單，不再進行說明。點位中誤差的估算公式為： 導(dǎo)線法 當(dāng)相鄰的變形點間可以通視，且在變形點上可以安置儀器進行測角、測距時，可采用這種方法。通過各次觀測所得的坐標(biāo)值進行比較，便可得出點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，如對弧形拱壩和曲線橋的水平位移觀測。 視準(zhǔn)線法 適用于變形方向為已知的線形建(構(gòu))筑物，是水壩、橋梁等常用的方法。如圖所示，視準(zhǔn)線的兩個端點A、B為基準(zhǔn)點，變形點1、2、3等布設(shè)在AB的連線上，其偏差不宜超過2cm。變形點相對于視準(zhǔn)線偏移量的變化

22、，即是建(構(gòu))筑物在垂直于視準(zhǔn)點方向上的位移。量測偏移量的設(shè)備為活動覘牌，其構(gòu)造如圖158所示。覘牌圖案可以左右移動，移動量可在刻劃上讀出。當(dāng)圖案中心與豎軸中心重合時，其讀數(shù)應(yīng)為零，這一位置稱為零位。 觀測時在視準(zhǔn)線的一端架設(shè)經(jīng)緯儀，照準(zhǔn)另一端的觀測標(biāo)志，這時的視線稱為視準(zhǔn)線。將活動覘牌安置在變形點上，左右移動覘牌的圖案，直至圖案中心位于視準(zhǔn)線上，這時的讀數(shù)即為變形點相對視準(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，但要求在無風(fēng)及沒有干擾的條件下工作，所以在大壩廊道里進行水平位移

23、觀測采用較多。所不同的，是在兩個端點間引張一根直徑為0.8mm至lmm的鋼絲，以代替視準(zhǔn)線。采用這種方法的兩個端點應(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。中間各變形點與端點基本等高，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)。不同周期觀測時尺上讀數(shù)的變化，即為變形點與引張線垂直方向上的位移值。 傾斜觀測 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 一般傾斜度用測定的K及h求算，如果確信建筑物是剛性的，也可以通過測定基礎(chǔ)不同部位的高程變化來間接求算。高度h可用懸吊鋼尺測

24、出，也可用三角高程法測出。頂部點的水平位移值，可用前方交會及建立垂準(zhǔn)線的方法測出。傾斜觀測（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，測量精度差別很大。一般來講，“短基線”傾斜儀的精度范圍是0.5“-10”，（2）“長基線”傾斜儀：一般根據(jù)靜力水準(zhǔn)的原理做成?！伴L基線”傾斜儀精度很高，用水作為液體的傾斜儀，每10m長可達0.01mm的精度。用水銀作為液體，測量精度可達0.001。在實際工作中，應(yīng)根據(jù)需要選擇傾斜儀。傾斜儀連通管法傾斜儀測量示意圖前方交會法 采用前方交會法時，例如對高層樓房的墻角觀測，則高處觀測點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法像煙囪等圓錐形中空構(gòu)筑物，應(yīng)測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行。A、B為兩觀測站，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點觀測煙囪底部和頂部相切兩方向的值，取平均值得a、a即為通過煙囪底部和頂部中心的方向值。同樣再在B點觀測，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，則可按下式計算出垂直于Ap、Bp方向的偏移量eA、eB： 前方交會法式中R為煙囪底部的半徑，可量出底部的

26、周長后求得。煙囪總的偏移量e為： 根據(jù)a、b的正負號，還可以按下式計算出偏移的方向： 為以Ap為0按順時針方向計量的方位角。塔式建筑物的傾斜測量-測定頂部中心相對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，是在高處的某點，如墻角、建筑物的幾何中心處懸掛垂球，垂球線的長度應(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在底部的理論投影位置的距離，即為高處該點的水平位移值。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激光器，則形成一條鉛垂的可見光束，稱為激光鉛垂線。觀測時，在低部安置儀

27、器，而在頂部量取相應(yīng)點的偏移距離。撓度測量定義： 相對于水平或鉛垂基準(zhǔn)線的彎曲線稱撓度曲線。曲線上某點到基準(zhǔn)線的距離稱為撓度。撓度曲線及其隨時間的變化可通過傾斜測量或正、倒垂線法獲得。例如，確定建筑物在垂直平面內(nèi)不同高程面上的點相對于底點的水平位移稱撓度曲線測量。對于高層建筑物，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觀測不同高度處的傾斜值換算得到。兩點之間的傾斜也可采用測量高差（或水平位移）和兩點間距離，通過計算間接獲得。撓度觀測 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產(chǎn)生向下彎曲，高聳建筑物會產(chǎn)生側(cè)向彎曲。下圖是對梁進行撓度觀測的

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

29、曲方向的鉛垂面上的投影繪成曲線，就是撓度曲線。水平位移的觀測方法，可采用測角前方交會法、極坐標(biāo)法或垂線法。 傾斜儀測撓度傾斜儀測撓度裂縫觀測當(dāng)撓度過大建筑物會由于剪切破壞產(chǎn)生裂縫，這時除增加沉降觀測次數(shù)，還應(yīng)進行裂縫觀測?；炷链髩魏屯翂蔚牧芽p觀測十分重要。對于重要的裂縫，確定裂縫位置、走向、長度、寬度等。裂縫觀測3、一般用游標(biāo)卡尺定期地測定兩個標(biāo)志頭之間距離的變化，確定裂縫的發(fā)展情況。觀測次數(shù)與裂縫的部位、長度、寬度、形狀和變化情況有關(guān)，應(yīng)與溫度、水位和其他監(jiān)測結(jié)合進行。4、對于建筑預(yù)留縫和巖石裂縫，一般預(yù)埋內(nèi)部測微計和外部測微計。測微計由金屬絲或銦瓦絲與測表構(gòu)成，其精度可優(yōu)于0.01mm

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

31、建筑物上部由于向陽面與背陰面溫差引起的偏移及其變形規(guī)律。 日照變形測量的時間，宜選在夏季的高溫天進行。一般觀測項目，可在白天時間段進行，每隔約1小時觀測一次；對于有科研要求的重要建筑物，可在全體24h內(nèi)每隔約1小時觀測一次。每次觀測的同時，應(yīng)測出建筑物向陽面與背面的溫度，并測定風(fēng)速與風(fēng)向。一、日照變形觀測風(fēng)振變形測量風(fēng)振觀測應(yīng)在高層、超高層建筑物受強風(fēng)作用的 時間階段同步測定建筑物的頂部風(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自動測記法長周期拾振測記法加速計法GPS差分載波相位法經(jīng)緯儀測角前方交會法或方向差交會法。三維激光掃描測量1、三

32、維激光掃瞄儀本質(zhì)上也是一種測距測角儀器，通過極坐標(biāo)和交會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）可提供水平角、垂直角和距離三個觀測值。經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和建模，可輸出被測對象的各種數(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)的測量儀器的缺點：1 不能滿足高密度三維坐標(biāo)采集和“逆向工程（實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量方式，因此測量速度不可能很快。激光掃描儀21世紀(jì)初，美國Cyra公司推出三維測量的激光掃描儀Cyrax，有點類似于

33、無合作目標(biāo)全站儀的測量模式，但速度更快。激光掃描儀都帶有豐富的后處理軟件，通過測得的三維“點云”數(shù)據(jù)，可以直接生成物體表面的三維CAD模型，實現(xiàn)了大型目標(biāo)實體及實景、建筑物和地形測量實時三維仿真模型建立和可視化。但Cyrax的坐標(biāo)測量精度為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)頻相干激光雷達掃描儀或激光雷達。該儀器應(yīng)用于測量中，但其測量精度與激光跟蹤儀相當(dāng)。圖為LR200激光雷達。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：一級激光，安

34、全無害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)參考價格：25萬美元生產(chǎn)產(chǎn)地：日本ILRIS-3D操作過程 回到辦公室后將記錄數(shù)據(jù)的CF卡從儀器中取出，插入計算機中讀取，將從不同角度掃描的數(shù)據(jù)找出重合的特征點，將三維點云數(shù)據(jù)拼接在一起，并可疊加上數(shù)碼照片，方便判讀，再找出三個特征點，賦予其三維坐標(biāo)值，即確定整個掃描數(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，不需接觸即可作業(yè)3、三維數(shù)據(jù)和彩色數(shù)碼圖片相對應(yīng)，量大且明細，形象、全面、直觀4、掃描速度快，對收集動態(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)用大型工程竣工測量ILRIS-3D應(yīng)用大型構(gòu)筑物變形監(jiān)測 不同時期掃描的點云數(shù)據(jù)拼接重疊后，很方便地計算出每一個細部點的變形情況，以助判斷是否安全運行，并確診故障部位