變形監(jiān)測(cè)教學(xué)第一章引論ppt課件

1、變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理任課教師：王鳳艷任課教師：王鳳艷課程教學(xué)安排32學(xué)時(shí)）1 引論 （2）2 變形監(jiān)測(cè)技術(shù) （6） 3 觀測(cè)資料的檢核與數(shù)據(jù)篩選 （6）4 監(jiān)測(cè)網(wǎng)平差 （4）5 變形分析與預(yù)報(bào) （8） 6 變形監(jiān)測(cè)資料管理系統(tǒng) （4）1 引 論1.1 變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容、目的與意義1.2 變形監(jiān)測(cè)技術(shù)及其發(fā)展1.3 變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理1.4 與其他學(xué)科的關(guān)系1.1 變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容、目的與意義1.1.1變形監(jiān)測(cè)的基本概念變形監(jiān)測(cè)的基本概念1變形監(jiān)測(cè)：利用測(cè)量與專用儀器和方法對(duì)變形體的變變形監(jiān)測(cè)：利用測(cè)量與專用儀器和方法對(duì)變形體的變形現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)，形現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)， 以確定在各種荷載和外力作用

2、下，變形體以確定在各種荷載和外力作用下，變形體的形狀、大小及位置的形狀、大小及位置 變化的空間狀態(tài)和時(shí)間特征。變化的空間狀態(tài)和時(shí)間特征。2按監(jiān)測(cè)研究對(duì)象分為：按監(jiān)測(cè)研究對(duì)象分為：全球性變形研究全球板塊運(yùn)動(dòng)、地極移動(dòng)、地球自轉(zhuǎn)全球性變形研究全球板塊運(yùn)動(dòng)、地極移動(dòng)、地球自轉(zhuǎn)速率變化速率變化）區(qū)域性變形研究地殼形變監(jiān)測(cè)、城市或礦區(qū)地表沉降區(qū)域性變形研究地殼形變監(jiān)測(cè)、城市或礦區(qū)地表沉降監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)） 工程和局部性變形研究工程建筑物三維變形、滑坡體工程和局部性變形研究工程建筑物三維變形、滑坡體的滑動(dòng)的滑動(dòng)） 水利樞紐、橋梁、隧道、礦山、工業(yè)與民用建筑水利樞紐、橋梁、隧道、礦山、工業(yè)與民用建筑物物精密工程測(cè)量

3、技術(shù)精密工程測(cè)量技術(shù)精密工程測(cè)量技術(shù)精密工程測(cè)量技術(shù)精密工程測(cè)量技術(shù)精密工程測(cè)量技術(shù)發(fā)展方向精密工程測(cè)量技術(shù)精密工程測(cè)量技術(shù)發(fā)展方向精密工程測(cè)量技術(shù)精密工程測(cè)量技術(shù)發(fā)展方向精密工程測(cè)量技術(shù)精密工程測(cè)量技術(shù)發(fā)展方向精密工程測(cè)量技術(shù)精密工程測(cè)量技術(shù)發(fā)展方向（二工業(yè)三維坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的分類（二工業(yè)三維坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的分類電子經(jīng)緯儀三維坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)全站型電子速測(cè)儀三維工作站三維攝影測(cè)量系統(tǒng)激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)（三電子經(jīng)緯儀三維坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)（三電子經(jīng)緯儀三維坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng) 系統(tǒng)構(gòu)成 基本原理 定向測(cè)量 物點(diǎn)測(cè)定 觀測(cè)數(shù)據(jù)處理及軟件 應(yīng)用測(cè)量成果的數(shù)據(jù)處理方法坐標(biāo)系及變換1、地心地固坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系地心地固坐標(biāo)系

4、（ XE、 YE、ZE） 坐標(biāo)原點(diǎn)：地球質(zhì)心 XE：平格林尼治子午面與赤道面的交線 YE：與XE ZE構(gòu)成右手系 ZE：指向國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)CIO19001905年平北極）大地坐標(biāo)系： 坐標(biāo)原點(diǎn)：參考橢球幾何中心 XG：指向起始大地子午圈與橢球赤道的交點(diǎn) YG：與XGZG構(gòu)成右手系 ZG：與橢球的短半軸重合測(cè)量成果的數(shù)據(jù)處理方法坐標(biāo)系及變換地面點(diǎn)在大地坐標(biāo)系中可用直角坐標(biāo)（ XG、 YG、ZG或曲線坐標(biāo)f l h)表示，兩者之間可以轉(zhuǎn)換：正算公式：相應(yīng)有反算公式：反算需迭代進(jìn)行，因?yàn)镹是f的函數(shù)。22()cos cos()cos sin()sinGGGXNhYNhZaNhb222222(1sin(

5、)/Naeeaba測(cè)量成果的數(shù)據(jù)處理方法坐標(biāo)系及變換地心地固坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系的 轉(zhuǎn)換關(guān)系為：坐標(biāo)原點(diǎn)的平移量：坐標(biāo)軸之間的微小旋轉(zhuǎn)參數(shù)：000XYZ、XYZWWW、000111EZYGEZXGEYXGXXWWXYYWWYZZWWZ 測(cè)量成果的數(shù)據(jù)處理方法坐標(biāo)系及變換兩個(gè)不同大地坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換：兩個(gè)不同大地坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換：橢球參數(shù)不同：橢球參數(shù)不同：da=a1-a2; df=f1-f2坐標(biāo)系坐標(biāo)系2相對(duì)于坐標(biāo)系相對(duì)于坐標(biāo)系1的原點(diǎn)平移參數(shù)：的原點(diǎn)平移參數(shù)：坐標(biāo)系坐標(biāo)系2相對(duì)于坐標(biāo)系相對(duì)于坐標(biāo)系1坐標(biāo)軸不平行：坐標(biāo)軸不平行：式中，式中，A、B、C為轉(zhuǎn)換參數(shù)矩陣為轉(zhuǎn)換參數(shù)矩陣000XYZ、XY

6、ZWWW、120120120XYZXWdaAYBC WdfhhZW（ ）（ ）（ ）（ ）（ ）（ ）測(cè)量成果的數(shù)據(jù)處理方法坐標(biāo)系及變換2、我國(guó)大地坐標(biāo)系、我國(guó)大地坐標(biāo)系1954年北京坐標(biāo)系：年北京坐標(biāo)系：1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系：年國(guó)家大地坐標(biāo)系：新新1954年大地坐標(biāo)系年大地坐標(biāo)系:3、WGS-84坐標(biāo)系：是地心地固坐標(biāo)系坐標(biāo)系：是地心地固坐標(biāo)系 坐標(biāo)原點(diǎn)：地球質(zhì)心坐標(biāo)原點(diǎn)：地球質(zhì)心 X：指向：指向BIH1984.0的天文臺(tái)子午面和相應(yīng)于的天文臺(tái)子午面和相應(yīng)于CTP的赤道的赤道的交點(diǎn)的交點(diǎn) Y：與：與XE ZE構(gòu)成右手系構(gòu)成右手系 Z：指向：指向BIH1984.0地球極地球極CTP方向方向

7、 系統(tǒng)有自己的橢球參數(shù)和物理參數(shù)系統(tǒng)有自己的橢球參數(shù)和物理參數(shù)區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)黃蠟石滑坡野貓面滑坡1.1 變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容、目的與意義1.1.2 變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容總體劃分為：總體劃分為：1幾何量：沉降觀測(cè)、水平位移觀測(cè)、傾斜觀測(cè)、幾何量：沉降觀測(cè)、水平位移觀測(cè)、傾斜觀測(cè)、裂縫觀測(cè)、裂縫觀測(cè)、 撓度觀測(cè)等撓度觀測(cè)等2物理量：應(yīng)力大壩的滲水、揚(yáng)壓力、孔隙壓力物理量：應(yīng)力大壩的滲水、揚(yáng)壓力、孔隙壓力等等3原因量：溫度、風(fēng)力、水位、荷載等原因量：溫度、風(fēng)力、水位、荷載等1.1 變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容、目的與意義1.1.2 變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容根據(jù)變形體的性質(zhì)和地基情況來(lái)定：根據(jù)變形體的性

8、質(zhì)和地基情況來(lái)定：1工業(yè)與民用建筑物：工業(yè)與民用建筑物： 基礎(chǔ)沉陷觀測(cè)基礎(chǔ)沉陷觀測(cè) 建筑物本身變形觀測(cè)：傾斜觀測(cè)、裂縫觀建筑物本身變形觀測(cè)：傾斜觀測(cè)、裂縫觀測(cè)等測(cè)等2水工建筑物：水工建筑物： 土壩：水平位移、垂直位移、浸透、裂縫土壩：水平位移、垂直位移、浸透、裂縫等等 混凝土壩：垂直位移、水平位移、伸縮縫混凝土壩：垂直位移、水平位移、伸縮縫觀測(cè)觀測(cè)3地面沉降：地表沉降觀測(cè)地面沉降：地表沉降觀測(cè)1.1 變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容、目的與意義1.1.3 變形監(jiān)測(cè)的目的和意義變形監(jiān)測(cè)的目的和意義 1安全監(jiān)測(cè)安全監(jiān)測(cè) 法國(guó)法國(guó)67m高馬爾巴塞拱壩高馬爾巴塞拱壩1959年潰壩；年潰壩； 意大利意大利262m高瓦依昂

9、拱壩高瓦依昂拱壩1963年因庫(kù)岸大滑坡年因庫(kù)岸大滑坡導(dǎo)致涌浪翻壩且水庫(kù)淤滿失效；導(dǎo)致涌浪翻壩且水庫(kù)淤滿失效； 我國(guó)板橋和石漫灘兩座土壩我國(guó)板橋和石漫灘兩座土壩1975年洪水漫壩失事；年洪水漫壩失事； 2積累資料積累資料: 驗(yàn)證有關(guān)工程設(shè)計(jì)理論和地殼運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證有關(guān)工程設(shè)計(jì)理論和地殼運(yùn)動(dòng)的假說等的假說等 3科學(xué)試驗(yàn)：獲取某些材料或結(jié)構(gòu)的參數(shù)等科學(xué)試驗(yàn)：獲取某些材料或結(jié)構(gòu)的參數(shù)等 1.2變形監(jiān)測(cè)技術(shù)及其發(fā)展1.2.1 變形監(jiān)測(cè)方法的選擇變形監(jiān)測(cè)方法的選擇變形信息獲取方法的選擇取決于：變形信息獲取方法的選擇取決于： 變形體的特征變形體的特征 變形監(jiān)測(cè)的目的變形監(jiān)測(cè)的目的 變形大小變形大小 變形速率等因素

10、變形速率等因素1.2變形監(jiān)測(cè)技術(shù)及其發(fā)展以變形體的特征為例：以變形體的特征為例：1全球性變形監(jiān)測(cè)：全球性變形監(jiān)測(cè)： 空間大地測(cè)量技術(shù)空間大地測(cè)量技術(shù) 全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)GPS 甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量VLBI 衛(wèi)星激光測(cè)距衛(wèi)星激光測(cè)距SLR 激光測(cè)月技術(shù)激光測(cè)月技術(shù)LLR 衛(wèi)星重力探測(cè)技術(shù)衛(wèi)星重力探測(cè)技術(shù)2區(qū)域性變形監(jiān)測(cè)：區(qū)域性變形監(jiān)測(cè)： GPS、INSAR、精密水準(zhǔn)測(cè)量、精密水準(zhǔn)測(cè)量3工程和局部變形監(jiān)測(cè)：工程和局部變形監(jiān)測(cè)： 地面常規(guī)測(cè)量技術(shù)地面常規(guī)測(cè)量技術(shù) 地面攝影測(cè)量技術(shù)地面攝影測(cè)量技術(shù) 特殊和專用的測(cè)量手段特殊和專用的測(cè)量手段 以以GPS為主的空間定位技為主的空間定位技術(shù)

11、術(shù) 1.2變形監(jiān)測(cè)技術(shù)及其發(fā)展1.2.2 變形監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)變形監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)對(duì)于周期性變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)而言，其主要內(nèi)容包括：對(duì)于周期性變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)而言，其主要內(nèi)容包括：1確定監(jiān)測(cè)網(wǎng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)確定監(jiān)測(cè)網(wǎng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)2選擇觀測(cè)方法選擇觀測(cè)方法3點(diǎn)位的最佳布設(shè)點(diǎn)位的最佳布設(shè)4觀測(cè)方案的最優(yōu)選擇觀測(cè)方案的最優(yōu)選擇1.2變形監(jiān)測(cè)技術(shù)及其發(fā)展1.2.3 變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展1常規(guī)大地測(cè)量方法：測(cè)量機(jī)器人常規(guī)大地測(cè)量方法：測(cè)量機(jī)器人Georobot or RTS) 精度可達(dá)：亞精度可達(dá)：亞mm級(jí)級(jí) 缺缺 點(diǎn)：受測(cè)程限制點(diǎn)：受測(cè)程限制2地面攝影測(cè)量技術(shù)：數(shù)字近景攝影測(cè)量地面攝影測(cè)量技術(shù)：數(shù)字近

12、景攝影測(cè)量3光、機(jī)、電技術(shù)：遙測(cè)垂線坐標(biāo)儀、光纖傳感器測(cè)光、機(jī)、電技術(shù)：遙測(cè)垂線坐標(biāo)儀、光纖傳感器測(cè)量系統(tǒng)量系統(tǒng) 具有抗干擾、抗惡劣環(huán)境的能力具有抗干擾、抗惡劣環(huán)境的能力 實(shí)現(xiàn)在線分布式遙測(cè)實(shí)現(xiàn)在線分布式遙測(cè)4GPS: 高精度、實(shí)時(shí)、連續(xù)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)高精度、實(shí)時(shí)、連續(xù)、自動(dòng)監(jiān)測(cè) 如：大型橋梁安裝如：大型橋梁安裝GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 深圳帝王大廈的風(fēng)力震動(dòng)特性采用深圳帝王大廈的風(fēng)力震動(dòng)特性采用GPS測(cè)量測(cè)量1.2變形監(jiān)測(cè)技術(shù)及其發(fā)展1.2.3 變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展發(fā)展趨勢(shì)：發(fā)展趨勢(shì)：實(shí)時(shí)、連續(xù)、高效、自動(dòng)化、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展；實(shí)時(shí)、連續(xù)、高效、自動(dòng)化、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系

13、統(tǒng)的發(fā)展；變形監(jiān)測(cè)的時(shí)空采樣率將大大提高；變形監(jiān)測(cè)的時(shí)空采樣率將大大提高；高度可靠、實(shí)用的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展；高度可靠、實(shí)用的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展；遠(yuǎn)程在線實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。遠(yuǎn)程在線實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。1.3 變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理1.3.1 數(shù)據(jù)處理的目的數(shù)據(jù)處理的目的1整理變形觀測(cè)資料并將其繪制成便于實(shí)際應(yīng)用整理變形觀測(cè)資料并將其繪制成便于實(shí)際應(yīng)用的的 圖表；圖表；2探討變形原因，給出變形值與荷載引起變探討變形原因，給出變形值與荷載引起變 形形的的 有關(guān)因素之間的函數(shù)關(guān)系，從而對(duì)建筑物運(yùn)有關(guān)因素之間的函數(shù)關(guān)系，從而對(duì)建筑物運(yùn)營(yíng)營(yíng) 狀態(tài)作出正確判斷和進(jìn)行變形預(yù)報(bào)，并為修正狀態(tài)作出正確判斷和進(jìn)行

14、變形預(yù)報(bào)，并為修正經(jīng)經(jīng) 驗(yàn)參數(shù)提供依據(jù)。驗(yàn)參數(shù)提供依據(jù)。1.3 變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理1.3.2 數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容1監(jiān)測(cè)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理監(jiān)測(cè)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理 穩(wěn)定性檢驗(yàn)穩(wěn)定性檢驗(yàn) 監(jiān)測(cè)網(wǎng)平差監(jiān)測(cè)網(wǎng)平差2變形分析與預(yù)報(bào)變形分析與預(yù)報(bào) 1.3 變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理1.3 .3 變形分析的內(nèi)涵變形分析的內(nèi)涵 幾何分析和物理解釋幾何分析和物理解釋1幾何分析幾何分析 也即對(duì)建筑物也即對(duì)建筑物 的空間狀態(tài)變化給出幾何描述的空間狀態(tài)變化給出幾何描述 幾何分析的成果是判斷建筑物運(yùn)營(yíng)是否正常的基礎(chǔ)幾何分析的成果是判斷建筑物運(yùn)營(yíng)是否正常的基礎(chǔ).10203040時(shí)間月）沉陷量mm）1.3 變形分析的內(nèi)涵及其發(fā)展1.3 .

15、3 變形分析的內(nèi)涵變形分析的內(nèi)涵1幾何分析幾何分析 在進(jìn)行幾何分析中通常需對(duì)觀測(cè)資料做如下處理：在進(jìn)行幾何分析中通常需對(duì)觀測(cè)資料做如下處理： （1校核各項(xiàng)原始記錄校核各項(xiàng)原始記錄 （2對(duì)變形值進(jìn)行邏輯分析對(duì)變形值進(jìn)行邏輯分析 （3基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性檢驗(yàn)的觀測(cè)成果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性檢驗(yàn)的觀測(cè)成果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 （4最終變形值的計(jì)算與變形圖表的繪制最終變形值的計(jì)算與變形圖表的繪制 （5根據(jù)變形圖表，對(duì)建筑物的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)進(jìn)行描述。根據(jù)變形圖表，對(duì)建筑物的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)進(jìn)行描述。 1.3 變形分析的內(nèi)涵及其發(fā)展1.3 .3 變形分析的內(nèi)涵變形分析的內(nèi)涵2物理解釋物理解釋 方法方法1：統(tǒng)計(jì)的方法：統(tǒng)計(jì)的方法 方法

16、方法2：確定函數(shù)模型法：確定函數(shù)模型法 在實(shí)際工作中，兩種方法不應(yīng)截然分開。事實(shí)上，在實(shí)際工作中，兩種方法不應(yīng)截然分開。事實(shí)上，每種方法都包含有統(tǒng)計(jì)的和解析的成分。對(duì)變形體結(jié)構(gòu)每種方法都包含有統(tǒng)計(jì)的和解析的成分。對(duì)變形體結(jié)構(gòu)性能的一般了解，有助于在回歸分析法中建立荷載性能的一般了解，有助于在回歸分析法中建立荷載變變形的數(shù)學(xué)模型。形的數(shù)學(xué)模型。 而確定函數(shù)模型法所建立的模型還可以通過回歸分而確定函數(shù)模型法所建立的模型還可以通過回歸分析法來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)。如校正變形體材料的某些物理參數(shù)。析法來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)。如校正變形體材料的某些物理參數(shù)。1.3 變形觀測(cè)數(shù)據(jù)處理1.3 .4 變形分析的發(fā)展趨勢(shì)變形分析的發(fā)展趨勢(shì) 1數(shù)據(jù)處理將自動(dòng)化、智能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化；數(shù)據(jù)處理將自動(dòng)化、智能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化； 2各種方法和模型的實(shí)用化研究；各種方法和模型的實(shí)用化研究； 3系統(tǒng)科學(xué)和非線性變形分析新方法的研究；系統(tǒng)科學(xué)和非線性變形分析新方法的研究； 4安全監(jiān)測(cè)專家系統(tǒng)的建立安全監(jiān)測(cè)專家系統(tǒng)的建立 1.4 變形觀測(cè)數(shù)據(jù)處理與其它學(xué)科的關(guān)系變形觀測(cè)是研究變形體在空間和時(shí)間中的變化特性。 變形很?。喝缁炷林亓螇雾斔轿灰频哪曜兎话阍?10mm左右。 基礎(chǔ)廓道沉陷量年變幅23mm 地表活動(dòng)檢測(cè)地殼變化率10-6 需進(jìn)行很細(xì)致的精度分析和成果的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)原理數(shù)理統(tǒng)計(jì)回歸分析、頻譜