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第3章水平位移监测 位移测量的概念 测定变形体的水平位置和形状随时间而产生的变化特征 解释原因 并提供变形趋势及稳定预报而进行的测量工作 通过重复的平面测量来实现 专用位移测量技术 水平位移测量概述 常规位移测量技术 下次课讲 平面测量技术 位移测量中的平面测量技术分为 常规测量技术 空间测量技术 摄影测量技术 专用测量方法 基准线测量方法5类 常规测量技术 指在由经纬仪测角 or尺或测距仪测距构成适当网形确定平面点坐标的方法 如 距离 or角度交会法 导线法 边 or角网法等 特点 精度高 可靠性好 灵活 适用面宽 测角精度 0 5 测距精度 0 01mm 10 7 以数字化测角 测距为基础发展起来的全站仪 超站仪 测量机器人等 代表着常规测量技术自动化程度的不断提高 从而 以全站仪为基础的变形测量系统得到了广泛的应用 水平位移测量 平面测量技术 空间测量技术 GPS在变形测量中的应用越来越广泛 应用实践已经证明 GPS相对定位精度在50km以内可达10 6 100 500km可达10 8 1000km以上可达10 9 在300 1500m精密定位中 1小时以上观测的解其平面位置误差小于1mm 导航卫星的组合应用 GPS GLONASS 北斗 GALILEO等 可接受多种卫星信号并能进行综合处理的接收机 特点 高精度 全天候 高效率 多功能 操作简便 应用广泛 水平位移测量 空间测量技术 参考站网络RTK技术 水平位移测量 平面测量技术 空间测量技术 一机多天线技术 水平位移测量 平面测量技术 空间测量技术 一机多天线技术 水平位移测量 平面测量技术 摄影测量技术 摄影 计算机 特点 无接触 高效 瞬时信息 信息量大等 水平位移测量 平面测量技术 专用测量技术 包括 应变测量 倾斜测量 正 倒锤准直法 引张线法等 特点 测量过程简单 精度高 容易实现自动化 局部信息等 准直测量技术 测定特定方向位移的方法 既有常规技术 也有专用技术 如活动觇牌法 小角法 激光准直法 引张线法 导线法 激光铅直仪法 正 倒锤垂直准直法等 水平位移测量 平面测量技术 其他测量技术 工业测量技术 18m 36m多波束天线 世界同类最大天线利用GPS和全站仪建立控制网 点位精度 0 5mm三台经纬仪前方交会测量 测点精度优于 0 3mm面型精度优于 0 66mm 水平位移测量 平面测量技术 其他测量技术 激光跟踪仪 测距精度 0 01mm 5 10 6 D 坐标测量精度 0 01mm 10 10 6 D 快速动态测量 1000p s 跟踪速度 3m s 测量范围 0 1 40 m 水平位移测量 平面测量技术 其他测量技术 地面激光扫描系统LaserScanner 特点 测量速度快 测量自动化程度高 自动生成三维模型 扫描精度达毫米级 水平位移测量 平面测量技术 其他测量技术 室内GPS 采用室内激光发射器 角度交会的方法 测量速度 20Hz测量空间从几米到几百米10米范围 0 1mm 水平位移测量 平面测量技术 其他测量技术 D InSAR 通过卫星能够获取SAR影象 通过对SAR影象进行干涉处理能够获取 照片 地面变形 水平位移监测的基准线法 适用于直线型建筑物的水平位移监测 1 视准线法 视准线法 利用经纬仪或视准仪的视准轴构成基准线 通过该基准线的铅垂面作为基准面 并以此铅垂面为标准 测定其他观测点相对于该铅垂面的水平偏移量 1 视准线法 1 测小角法 1 视准线法 1 测小角法 1 视准线法 中间设站法 一端设站法 1 测小角法 1 视准线法 A B 2 活动觇牌法 视准线两端分别架设仪器和固定觇牌 定向 固定仪器 旋转活动觇牌微动螺旋 使觇牌中心与视准线重合 读数 反方向调整微动螺旋 再次照准读数 完成上半测回 经纬仪倒镜 重复操作 完成下半测回 测回间重新整平仪器 1 视准线法 活动觇牌法观测步骤 整条视准线应离各种障碍物一定距离 以减弱旁折光的影响 各观测墩面力求基本位于同一高程面内 以减弱仪器竖轴倾斜的影响 建筑变形测量规范 要求 小角法的偏角不应大于30 利用活动觇牌法时 变形观测点的偏离值不应超过活动觇牌的量程 活动觇牌的零位要精确测定 1 视准线法 视准线法的注意事项 2 引张线法 引张线法 在两个基准点间 以重锤和滑轮拉紧的金属丝作为基准线 测量变形观测点到基准线的距离 确定偏离值的方法 A B 2 引张线法 系统构造 端点装置 测点装置 测线及保护管 1 滑轮 2 线锤连接装置 3 重锤 4 混凝土墩座 5 测线 6 夹线装置 7 钢筋支架 8 保护管 2 引张线法 系统构造 端点装置 测点装置 测线及保护管 水箱水面应有足够的调节余地 寒冷地区水箱中应采用防冻液 读数尺的长度应大于位移量的变幅 尺面应保持水平 尺的分划线应平行于测线 2 引张线法 某建筑廊道内的引张线 某型号引张线设备外观 测线及保护管 系统构造 端点装置 测点装置 一般采用0 8 1 2mm的不锈钢丝 要求表面光滑 粗细均匀 抗拉强度大 为了防风及保护测线 测线套在PVC保护管内 设备简单 测量方便 速度快 精度高 成本低 特别适用于直线形建筑物水平位移监测 可采用自动观测设备 提高效率 降低劳动强度 浮液长期不进行更换 浮液被污染或变质 增加了对浮船的阻力 增大了测线的复位误差 2 引张线法 引张线法的特点 解决办法 采用密度小 抗拉强度大的特殊线材 取消浮托装置 垂线有两种形式 正垂线和倒垂线 正垂线一般用于建筑物各高程面处的水平位移监测 挠度观测和倾斜测量等 倒垂线大多用于岩层错动监测 挠度监测 或用作水平位移的基准点 3 垂线测量 3 垂线测量 1 正垂线 多点观测法 多点夹线法 图3 22正垂线装置 3 垂线测量 2 倒垂线 3 垂线测量 倒垂线浮托装置 激光准直测量按照其测量原理可分为直接测量和衍射法准直测量两种 按照其测量环境可分为大气激光准直和真空激光准直 在大气条件下 激光准直的精度一般为10 5 10 6 影响其精度的主要原因是大气折光的影响 在真空条件下 激光准直的精度可达10 7 10 8 其精度较大气激光准直有明显的提高 但其工程的造价和系统的维护费用也相应的提高 目前 在水利工程的变形监测中 主要采用衍射法激光准直测量 4 激光准直测量 波带板大气激光准直系统主要由激光器点光源 波带板和接收靶三部分组成 图3 25波带板大气激光准直系统 4 激光准直测量 波带板的形式有圆形和方形两种 其作用是把从激光器发出的一束单色相干光会聚成一个亮点 圆形波带板 或十字亮线 方形波带板 它相当于一个光学透镜 a 圆形波带板 b 方形波带板 4 激光准直测量 接收靶可采用普通活动觇牌按目视法接收 也可用光电接收靶进行自动跟踪接收 4 激光准直测量 采用波带板激光准直法观测水平位移 是将激光器和接收靶分别安置在两端固定工作基点上 波带板安置在位移标点上 并要求点光源 波带板中心和接收靶中心三点基本上同在一高度上 这在埋设工作基点和位移标点时应考虑满足此条件 当激光器发出的激光束照准波带板后 在接收靶上形成一个亮点或 字亮线 按照三点