變形監(jiān)測的基本知識

1、測繪基礎(chǔ)知識-變形觀測變形觀測的概念：變形是指變形體在各種荷載作用下，其形狀、大小及位置在時間域或 空間域的變化。變形監(jiān)測又稱為變形測量或變形觀測，變形測量則是對設(shè)置在變形體 上的觀測點(diǎn)進(jìn)行周期性地重復(fù)觀測，求得觀測點(diǎn)各周期相對于首期的 點(diǎn)位或高程的變化量。變形體用一定數(shù)量的有代表性的位于變形體上的離散點(diǎn)稱監(jiān)測點(diǎn)或 目標(biāo)點(diǎn)）來代表，監(jiān)測點(diǎn)的變形可以描述變形體的變形。變形分類：1）變形體自身的形變。變形體自身的形變包括：伸縮、錯動、彎曲 和扭轉(zhuǎn)四種變形，2）變形體的剛體位移。剛體位移則含整體平移、整體升降、整體轉(zhuǎn) 動和整體傾斜。變形監(jiān)測分類：（1）靜態(tài)變形監(jiān)測，靜態(tài)變形是時間的函數(shù)，觀測結(jié)果只表

2、示在某 一期間內(nèi)的變形，靜態(tài)變形通過周期測量得到。（2）動態(tài)變形監(jiān)測，動態(tài)變形指在外力（如風(fēng)、陽光）作用下產(chǎn)生 的變形，它是以外力為函數(shù)表示的，動態(tài)變形需通過持續(xù)監(jiān)測得到。1）研究全球性變形，如監(jiān)測全球板塊運(yùn)動、地極運(yùn)動、地球自轉(zhuǎn)速 率變化、地潮等；2）區(qū)域性變形研究，如地殼形變監(jiān)測、城市地面沉降；3）工程和局部性變形研究，工程變形監(jiān)測一般包括工程（構(gòu)）建筑 物及其設(shè)備以及其他與工程建設(shè)有關(guān)的自然或人工對象，這是本課程 研究的主要內(nèi)容。工程變形的原因一、自然條件及其變化；二、與建筑物本身相聯(lián)系的原因；三、勘測設(shè)計、施工及運(yùn)營管理工作做的不合理，也會引起建筑物額 外的變形。變形監(jiān)測的內(nèi)容1）垂直

3、位移（沉降）監(jiān)測2）水平位移監(jiān)測3）傾斜監(jiān)測4）裂縫監(jiān)測5）撓度監(jiān)測6）日照和風(fēng)振監(jiān)測等變形觀測的意義首先是實(shí)用上的意義，主要是掌握各種工程建筑物的地質(zhì)構(gòu)造 的穩(wěn)定性，為安全診斷提供必要的信息，以便發(fā)現(xiàn)問題并采取措施;其次是科學(xué)上的意義，包括更好地理解變形的機(jī)理，驗(yàn)證有關(guān) 設(shè)計的理論和地殼運(yùn)動的假說，進(jìn)行反饋設(shè)計以及建立有效的預(yù)報模 型對于工程的安全來說：監(jiān)測是基礎(chǔ)，分析是手段，預(yù)報是目的。工程變形監(jiān)測技術(shù) 在工程和局部變形監(jiān)測方面，地面常規(guī)測量技術(shù)、地面攝影測量技術(shù)、 特殊和專業(yè)的測量手段、以及以GPS為主的空間定位技術(shù)等均得到了 較好的應(yīng)用。(1)常規(guī)大地測量方法常規(guī)大地測量方法的完善與發(fā)

4、展，其顯著進(jìn)步是全站型儀器的廣泛使 用，尤其是全自動跟蹤全站儀(RTS,Robotic Total Stations)，有 時也叫測量機(jī)器人(Georobot),為局部工程變形的自動監(jiān)測或室內(nèi) 監(jiān)測提高了一種良好的技術(shù)手段，它可以進(jìn)行一定范圍內(nèi)無人值守、 全天候、全方位的自動監(jiān)測。實(shí)際工程試驗(yàn)表明，測量機(jī)器人監(jiān)測精 度可達(dá)亞mm級。最大的缺陷是受測程限制，測站點(diǎn)一般都在變形區(qū) 域的范圍之內(nèi)。(2 )地面攝影測量Sfi地面攝影測量技術(shù)在變形監(jiān)測中的應(yīng)用雖然起步較早，但是由于攝影 距離不能過遠(yuǎn)，加上絕對精度較低，使得其應(yīng)用受到局限，過去僅大量應(yīng)用于高塔、煙筒、古建筑、船閘、邊坡體等的變形監(jiān)測。近幾

5、年 發(fā)展起來的數(shù)字?jǐn)z影測量和實(shí)時攝影測量為地面攝影測量技術(shù)在變 形監(jiān)測中的深入應(yīng)用開拓了非常廣泛的前景。（3）特殊的測量手段光、機(jī)、電技術(shù)的發(fā)展，研制了一些特殊和專用的儀器可用于變形的 自動監(jiān)測，它包括應(yīng)變測量、準(zhǔn)直測量和傾斜測量。例如，遙測垂線 坐標(biāo)儀，采用自動讀數(shù)設(shè)備，其分辨率可達(dá)0.01mm；采用光纖傳感 器測量系統(tǒng)將信號測量于信號傳輸合二為一，具有很強(qiáng)的抗雷擊、抗 電磁干擾和抗惡劣環(huán)境的能力，便于組成遙測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線分布式 監(jiān)測。（4）GPS空間定位技術(shù)。GPS用于變形監(jiān)測的作業(yè)方式可劃分為周期性和連續(xù)性（Episodic and Continuous Mode）兩種模式。（5）3D

6、激光掃描技術(shù)三維激光掃描技術(shù)是上世紀(jì)九十年代中期開始出現(xiàn)的一項高新技術(shù)， 是繼GPS空間定位系統(tǒng)之后又一項測繪技術(shù)新突破。它通過高速激光 掃描測量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測對象表面的三維坐 標(biāo)數(shù)據(jù)?？梢钥焖?、大量、高精度地獲取空間點(diǎn)位及其變化信息。2、動態(tài)（連續(xù)）監(jiān)測與靜態(tài)監(jiān)測連續(xù)性變形監(jiān)測指的是采用固定監(jiān)測儀器進(jìn)行長時間的數(shù)據(jù)采集獲 得變形數(shù)據(jù)序列。在動態(tài)監(jiān)測方面，過去一般采用加速度計、激光干 涉儀等測量設(shè)備測定建筑結(jié)構(gòu)的振動特性，GPS作為一種新方法，由 于其硬件和軟件的發(fā)展與完善，特別是高采樣率（目前有的已高達(dá) 20Hz）GPS接收機(jī)的出現(xiàn)，在大型結(jié)構(gòu)物動態(tài)特性和變形監(jiān)測方面已

7、 表現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)越性。靜態(tài)監(jiān)測是周期性的對建筑物進(jìn)行變形觀測。3.監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展趨勢（1）多種傳感器、數(shù)字近景攝影、全自動跟 蹤全站儀和GPS的應(yīng)用，將走向?qū)崟r、連續(xù)、高效率、自動化、動態(tài) 監(jiān)測系統(tǒng)的方向發(fā)展；（2）變形監(jiān)測的時空采樣率會得到大大提高，變形監(jiān)測自動化為變 形分析提供了極為豐富的數(shù)據(jù)信息；（3）高度可靠、實(shí)用、先進(jìn)的監(jiān)測儀器和自動化系統(tǒng)，要求在惡劣 環(huán)境下長期穩(wěn)定可靠地運(yùn)行；（4）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線實(shí)時監(jiān)控，在大壩、橋梁、邊坡體等工程中將發(fā) 揮巨大作用，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控是推動重大工程安全監(jiān)控管理的必由之路。變形分析的研究內(nèi)容.變形數(shù)據(jù)處理與分析;.變形物理解釋；.變形預(yù)報。變形分析分類通常可將其分為變形的幾何分析和變形的物理解釋兩部分。變形的幾何分析是對變形體的形狀和大小作幾何描述其任務(wù)是