浅析工程测量在建筑中的应用毕业论文.doc

西 安 科 技 大 学毕 业 设 计（论文）任 务 书站名姓名专业年级设计（或论文）题目： 年 月 日完成日期：具体要求：指导老师： 职称： 年 月 日继续教育学院 盖章西安科技大学继续教育学院毕 业 设 计 ( 论 文 ) 评 审 意 见 书评审意见：评审人： 职称： 年 月 日评审成绩： 毕业设计评审小组 签字论文题目：浅析工程测量在建筑中的应用专 业：测绘工程姓 名：汪兴俊 （签名）_指导教师：刘长星 （签名）_摘 要在房屋建筑测量的过程中，由于房屋层高等测量而引发的矛盾和纠纷时有发生。根据各地反映的意见，针对其中几个关键性的主要问题，即房屋层高与房屋净高的定义、房屋层高与房屋净高的测量参照面、测量结果的误差与限差、测算中应注意的问题进行了比较详细的论证与分析，并针对这些问题，提出了一些解决办法与应对措施的意见和建议。 关键词 面积量算 房产测量 层高测量目 录第一章前言11.1工程测量地位和研究领域应用11.1.1 工程测量的定义11.1.2 工程测量的地位11.1.3 研究应用领域21.2工程测量的内容31.2.1 工程测量的内容划分31.2.2 工程测量的内容41.3 工程测量的发展历史41.4工程测量仪器的发展5第二章 工程建筑的测量应用82.1 控制测量82.2 工程放样92.2.1 准备工作92.2.2 极坐标法放点92.2.3 误差处理92.2.4 复测工作102.3 建筑标高测量112.4 垂直度测量112.5变形监测测量112.5.1 工程变形监测的基础知识112.5.2 变形监测数据处理122.5.3变形分析与预报的系统论方法13第三章 工程测量应用案例分析153.1工程概况153.1.1 基坑及控制点图153.2 基础施工测量153.2.1 前期准备工作153.2.2基线测设163.2.3轴线测设163.2.4桩位的测放与复核163.3工程施工放样163.3.1全站仪放样使用说明163.3.2定点放样183.4 建筑标高测量193.5工程测量在主体结构施工阶段对工程质量的作用20第四章 工程测量的发展展望.21致谢.22参考文献23第一章 前言1.1工程测量地位和研究领域应用1.1.1工程测量的定义当代人对工程测量学的定义是：工程测量技术指在工程建设的勘测设计、施工和管理阶段中运用的各种测量理论、方法和技术的总称。传统工程测量技术的服务领域包括建筑、水利、交通、矿山等部门，其基本内容有测图和放样两部分。现代工程测量己经远远突破了仅仅为工程建设服务的概念，它不仅涉及工程的静态、动态几何与物理量测定，而且包括对测量结果的分析，甚至对物体发展变化的趋势预报。苏黎世高等工业大学马西斯教授指出：“一切不属于地球测量，不属于国家地图集的陆地测量，和不属于法定测量的应用测量都属于工程测量”。我国近代以来工程测量可追溯至  1932年，同济大学工学院高等测量系正式成立，成为当时国立大学中惟一的测量系，并成为我国民用测绘高等教育事业的发祥地。随着传统测绘技术向数字化测绘技术转化，我国工程测量的发展可以概括为“四化”和“十六字”，所谓“四化”是：工程测量内外业作业的一体化，数据获取及其处理的自动化，测量过程控制和系统行为的智能化，测量成果和产品的数字化。“十六字”是：连续、动态、遥测、实时、精确、可靠、快速、简便。1.1.2工程测量的地位测绘学是一门具有悠久历史和现代发展的一级学科。该学科无论怎样发展，服务领域无论怎样拓宽，与其他学科的交叉无论怎样增多或加强，学科无论出现怎样的综合和细分，学科名称无论怎样改变，学科的本质和特点都不会改变。总的来说，测绘学的二级学科仍应作如下划分：大地测量学工程测量学摄影测量学地图制图学不动产测绘值得说明的是，随着社会的发展、科技的进步，教育不断改革，目前我国测绘专科只有“测绘工程”一个专业，且有60余所高校设有此专业，这对宽口径培养人才无疑很有好处，但从就业角度来说，还需要将其二级学科作为专业方向进行培养。在这60余所高校中，大多数是以工程测量学这一学科方向为主。1.1.3研究应用领域目前国内把工程建设有关的工程测量按勘测设计、施工建设和运行管理三个阶段划分；也有按行业划分成：线路(铁路、公路等)工程测量、水利工程测量、桥隧工程测量、建筑工程测量、矿山测量、海洋工程测量、军事工程测量、三维工业测量等，几乎每一行业和工程测量都有相应的著书或教材。由Hennecke,Mueller,Werner 3个德国人所编著的工程测量学，主要按下述内容进行划分和编写：测量仪器和方法；线路、铁路、公路建设测量；高层建筑测量；地下建筑测量；安全监测；机器和设备测量。 由于工程测量的研究应用领域非常广泛，发展变化也很快，因此写书十分困难。目前国内外没有一本全面涉及工程测量学理论、技术、方法和实际应用的现代专著或教材。国际测量师联合会(FIG)的第六委员会称作工程测量委员会，过去它下设4个工作组：测量方法和限差；土石方计算；变形测量；地下工程测量。此外还设了一个特别组：变形分析与解释。现在，下设了6个工作组和2个专题组。6个工作组是：大型科学设备的高精度测量技术与方法；线路工程测量与优化；变形测量；工程测量信息系统；激光技术在工程测量中的应用；电子科技文献和网络。2个专题组是：工程和工业中的特殊测量仪器；工程测量标准。德国、瑞士、奥地利3个德语语系国家自50年代发起组织每34年举行一次的“工程测量国际学术讨论会”。过去把工程测量划分为以下几个专题：测量仪器和数据获取；数据解释、处理和应用；高层建筑和设备安装测量；地下和深层建筑测量；环境和工程建筑物变形监测。1992年第11届讨论会的专题是：测量理论与测量方案；测量技术和测量系统；信息系统和CAD；在建筑工程和工业中的应用。1996年的第12届讨论会的专题是：测量和数据处理系统；监测和控制；在工业和建筑工程中的质量问题；数据模型和信息系统；交叉学科的大型工程项目。 从以上可见，工程测量学的研究领域既有相对的固定性，又是不断发展变化的。笔者认为，工程测量学主要包括以工程建筑为对象的工程测量和以设备与机器安装为对象的工业测量两大部分。在学科上可划分为普通工程测量和精密工程测量。工程测量学的主要任务是为各种工程建设提供测绘保障，满足工程所提出的要求。精密工程测量代表着工程测量学的发展方向，大型特种精密工程建设是促进工程测量学科发展的动力。1.2工程测量的内容1.2.1工程测量的内容划分1.按阶段划分（1）工程建设规划设计阶段（2）工程建设施工阶段的测量（3）工程建设运营管理阶段的测量2.按照服务对象划分建筑、水利、线路、桥梁、地下、海洋、军事、工业、矿山等。1.2.2工程测量的内容（1）工程测量中的地形图测绘规划阶段用图比例尺一般较小，按照工程的规模可直接使用1：1万至1:10000的地形图。在施工阶段比例尺一般较大1：1000或1：500。（2）工程控制网布设和优化设计工程控制网包括测图控制网、施工控制网、变形监测网和安装控制网。目前除特高精度的工程专用网的和设备安装控制网外，绝大多数控制网都可采用GPS定位技术建立。（3）施工放样技术和方法将抽象的几何实体放样到实地上去，成为具体的几何实体所采用的测量方法和技术称为施工放样，机器和设备的安装也是一种放样。放样放样可分为点、线、面、体的放样。具体方法包括：极坐标、偏角法、偏距法、投点法、距离交会、方向交会。（4）工程的变形监测分析和预报工程建筑物的变形及与工程有关的灾害监测、分析和预报是工程测量研究的重要内容。变形监测技术几乎包括全部工程测量技术，除常规仪器外还包括各种传感器和专用设备。变形模型的建立。其主要针对目标点上的时间序列进行数据处理，包括多元线性回规分析、时间序列等。1.3工程测量的发展历史“测量”一词来源于希腊字“”，是“土地划分”的意思。古埃及尼罗河每年洪水泛滥，淹没了土地界限，水退后需要重新划界，从而开始了测量工作。我国是世界文明古国，测绘方法出现很早，最早可以追溯到四千年以前。在史记·夏本纪中叙述了夏禹治理洪水的情况：“左准绳，右规矩。载四时，以开九州，通九道，坡九泽，度九山”。这说明在公元前21世纪已经使用简单的测量工具进行了测量工作。春秋战国时期，测绘有了新的发展。从周髀算经、九章算术、管子·地图篇、孙子兵法等书的有关论述中都说明了我国的测量、计算技术和军事地形图的内容已经达到了相当高的水平。在长沙马王堆汉墓出土的公元前2世纪的地形图、驻军图和城邑图，是迄今发现的最古老最翔实的地图。魏晋时刘徽著海岛算经，阐述了测算海岛之间的距离和高度的方法。西晋的裴秀主持编制了反映晋十六州的郡国县邑、山川原泽和境界的大型地图集禹贡地域图十八篇，并总结出分率、准望、道里、高下、方斜、迂直的“制图六体”，从此地图制图有了标准和原则。在世界上，17世纪望远镜的发明和应用对测量技术的发展起到了很大的促进作用。1683年，法国进行了弧度测量，证明了地球是两极略扁的椭球体。1794年德国高斯提出了最小二乘法原理，以后又提出了横圆柱投影学说，对测量学的发展做出了很大贡献。1903年飞机的发明对航空摄影测量的发展起到了决定性作用，并大大减小了测量的劳动强度。二十世纪以来，电子计算机的出现，不仅加快了计算速度，并且改变了测绘仪器和方法。特别是1957年人造地球卫星的发射，促使测绘工作有了新的飞跃，开辟了卫星大地测量学这一新领域。多普勒定位是空间技术用于大地测量并得到普遍应用的一种先进技术。到了70年代，又出现了全球定位系统（GPS），用它进行精密控制测量能达到厘米级精度。人们利用遥感、遥测技术获得丰富的图像信息，编制大区域的小比例尺影像地图和专题地图。同时还出现了惯性测量系统和长基线干涉测量，前者是根据惯性原理设计的测定地面点大地元素的装置，后者是一种独立站射电干涉测量技术，用来测定相距很远地面点的相对位置。1.4工程测量仪器的发展工程测量仪器可分通用仪器和专用仪器。通用仪器中常规的光学经纬仪、光学水准仪和电磁波测距仪将逐渐被电子全测仪、电子水准仪所替代。电脑型全站仪配合丰富的软件，向全能型和智能化方向发展。带电动马达驱动和程序控制的全站仪结合激光、通讯及CCD技术，可实现测量的全自动化，被称作测量机器人。测量机器人可自动寻找并精确照准目标，在1 s内完成一目标点的观测，像机器人一样对成百上千个目标作持续和重复观测，可广泛用于变形监测和施工测量。GPS接收机已逐渐成为一种通用的定位仪器在工程测量中得到广泛应用。将GPS接收机与电子全站仪或测量机器人连接在一起，称超全站仪或超测量机器人。它将GPS的实时动态定位技术与全站仪灵活的3维极坐标测量技术完美结合，可实现无控制网的各种工程测量。 专用仪器是工程测量学仪器发展最活跃的，主要应用在精密工程测量领域。其中，包括机械式、光电式及光机电(子)结合式的仪器或测量系统。主要特点是：高精度、自动化、遥测和持续观测。 用于建立水平的或竖直的基准线或基准面，测量目标点相对于基准线(或基准面)的偏距(垂距)，称为基准线测量或准直测量。这方面的仪器有正、倒锤与垂线观测仪，金属丝引张线，各种激光准直仪、铅直仪(向下、向上)、自准直仪，以及尼龙丝或金属丝准直测量系统等。在距离测量方面，包括中长距离(数十米至数公里)、短距离(数米至数十米)和微距离(毫米至数米)及其变化量的精密测量。以ME5000为代表的精密激光测距仪和TERRAMETER LDM2双频激光测距仪，中长距离测量精度可达亚毫米级；可喜的是，许多短距离、微距离测量都实现了测量数据采集的自动化，其中最典型的代表是铟瓦线尺测距仪DISTINVAR，应变仪DISTERMETER ISETH，石英伸缩仪，各种光学应变计，位移与振动激光快速遥测仪等。采用多谱勒效应的双频激光干涉仪，能在数十米范围内达到0.01m的计量精度，成为重要的长度检校和精密测量设备；采用CCD线列传感器测量微距离可达到百分之几微米的精度，它们使距离测量精度从毫米、微米级进入到纳米级世界。 高程测量方面，最显著的发展应数液体静力水准测量系统。这种系统通过各种类型的传感器测量容器的液面高度，可同时获取数十乃至数百个监测点的高程，具有高精度、遥测、自动化、可移动和持续测量等特点。两容器间的距离可达数十公里，如用于跨河与跨海峡的水准测量；通过一种压力传感器，允许两容器之间的高差从过去的数厘米达到数米。 与高程测量有关的是倾斜测量(又称挠度曲线测量)，即确定被测对象(如桥、塔)在竖直平面内相对于水平或铅直基准线的挠度曲线。各种机械式测斜(倾)仪、电子测倾仪都向着数字显示、自动记录和灵活移动等方向发展，其精度达微米级。 具有多种功能的混合测量系统是工程测量专用仪器发展的显著特点，采用多传感器的高速铁路轨道测量系统，用测量机器人自动跟踪沿铁路轨道前进的测量车，测量车上装有棱镜、斜倾传感器、长度传感器和微机，可用于测量轨道的3维坐标、轨道的宽度和倾角。液体静力水准测量与金属丝准直集成的混合测量系统在数百米长的基准线上可精确测量测点的高程和偏距。 综上所述，工程测量专用仪器具有高精度(亚毫米、微米乃至纳米)、快速、遥测、无接触、可移动、连续、自动记录、微机控制等特点，可作精密定位和准直测量，可测量倾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度，还可测振动频率以及物体的动态行为。第二章 工程建筑的测量应用2.1控制测量控制测量是施工的基础，对建筑物的控制测量一般布设成方格网形式，为了便于施工，其坐标系采用建筑坐标系，坐标轴平行于建筑物的主轴线。工程控制网的布设，一般遵循从整体到局部、分级布网、逐级控制的原则。在工程开始施工前，首先通过测量把施工图纸上的建筑物在实地进行放样定位以及测定控制高程，为下一步的施工提供基准。这一步工作非常重要，测量精度要求非常高，关系整个工程质量的成败。假如在这一环节里面出现了差错，那将会造成重大质量事故，带来的经济损失是无法估量。在施工行业里也发生过类似工程质量事故：图纸上建筑物的正北方向变成了正南方向，事故的处理结果是：把已经建好的房子重新砸掉，再从零开始。可见建筑物的定位测量是多么的重要。在基础施工阶段，基础桩位的施工更加需要准确的工程测量技术保证。根据施工规范的要求，承台的桩位的允许偏差值很小。一旦桩位偏差超过规范要求，将会引起原承台设计的变化，从而增加了工程成本。严重的桩位偏差将会导致桩位作废，需要重新补桩等处理措施，一方面影响了施工的进度，另一方面，改变了原来的受力计算，对建筑物埋下了质量的隐患。在土方开挖及底板基础施工过程中，由于设计要求，底板、承台、底梁的土方开挖是要尽量避免挠动工作面以下的土层，因此周密、细致的测量工作能控制土方开挖的深度及部位，避免超挖及乱挖。从而能保证垫层及砖胎膜的施工质量，对与采用外防水的工程意义尤为重大。另外垫层及桩头标高控制测量的精度，是保证底板钢筋绑扎是否超高，底板混凝土施工平整度的最有效措施。工程测量在基础施工阶段的另外一个重点是基础墙柱钢筋的定位放线，在这一个环节里面，容不得有半点差错。否则将导致严重的质量事故发生。对于结构复杂，面积较大的工程，只有周密、细致的进行测量放线方能保证墙柱插筋质量，避免偏位、移位等情况的发生。2.2工程放样放样是测量工作者把设计的待建建筑物的位置和形状在实地标定出来，在建筑工程测量中也叫定位。如果设计人员已经给了各建筑物的主要角点坐标，或者给定了一些特征点坐标以及建筑物的形状和大小，测量人员找到与设计同一坐标系的控制点，进行控制测量，将坐标系统引到待建建筑物的场地附近，采用全站仪的放样功能，很容易测出待建建筑物的实地位置。测量放样负责人逐一将标注数据与记录结果对比，验证标注数据和所放样点位无误。2.2.1准备工作阅读设计图纸，校算建筑物轮廓控制点数据和标注尺寸，记录审图结果。选定测量放样方法并计算放样数据或编写测量放样计算程序、绘制放样草图并由第二者独立校核准备仪器和工具，使用的仪器必须在有效的检定周期内。给仪器充电，检查仪器常规设置：如单位、坐标方式、补偿方式、棱镜类型、棱镜常数、温度、气压等。使用有内存的全站仪时，可以提前将控制点（包括拟用的测站点、检查点）和放样点的坐标数据输入仪器内存并检查。2.2.2极坐标法放点在控制点上架设全站仪并对中整平，初始化后检查仪器设置：气温、气压、棱镜常数；输入（调入）测站点的三维坐标，量取并输入仪器高，输入（调入）后视点坐标，照准后视点进行后视。如果后视点上有棱镜，输入棱镜高，可以马上测量后视点的坐标和高程并与已知数据检核。瞄准另一控制点，检查方位角或坐标；在另一已知高程点上竖棱镜或尺子检查仪器的视线高。利用仪器自身计算功能进行计算时，记录员也应进行相应的对算以检核输入数据的正确性。在各待定测站点上架设脚架和棱镜，量取、记录并输入棱镜高，测量、记录待定点的坐标和高程。以上步骤为测站点的测量。在测站点上按步骤1安置全站仪，照准另一立镜测站点检查坐标和高程，记录员根据测站点和拟放样点坐标反算出测站点至放样点的距离和方位角。测量放样负责人逐一将标注数据与记录结果比对，同时检查点位间的几何尺寸关系及与有关结构边线的相对关系尺寸并记录，以验证标注数据和所放样点位无误。填写测量放样交样单。2.2.3误差处理施工放样的成果通常是即刻(或数小时后)交付使用，往往不能等待再去检查成果的正确性。这就要求放样作业人员在作业中处处要有自我校核条件，以便及时发现错误，及时纠正。尽量避免误差出现一般工程放样的平差工作都是在现场进行的，因此，常将这类在现场消除测量误差的方法统称为现场平差。如在测放一个方向线时，采用正、倒镜定点，而后在现场取两方向线的中点作为最后方向值等方法。在所有建筑领域中，对测量放样的精度要求具有严密性和松散性两个方面的特性。严密性指工程建筑物必须保持其构件严密的相互关系，即在放样中具有较大误差时，则会有损于工程质量。松散性指松散的建筑部位，彼此间联系松驰。这类工程部位，虽在设计图纸上有三维尺寸的规定，但在施工时，可予以不同程度的伸缩，因其放样后果对工程建设的影响远比严密性的部位要宽松得多。在放样工作中采取适当的措施，使严密区段保证严密性，以满足建筑标准要求，而将由于控制测量所带来的误差平摊于工程部位松散的区段中， 使它对工程质量不产生任何影响，从而达到现场平差的目的。它和一般平差任务不同之处是：误差并未消除，不过是将其挤放于一个对工程质量不产生影响的区段，而将其“吸收”罢了。可采用以下平差手段达到这一目的：第一，对严密部位，一般采用本身主轴线为基本控制去进行放样。即不论控制网布设的精度如何，一旦利用其测设主轴线后，该工程部位就以该轴线为基础了，这样就保证了建筑物的相对严密性;第二，所有轴线的测设，应在主轴线的基准上进行，以避免再由控制网测设，而将控制网本身的测设误差带入严密区段;第三，在施工过程中，所有轴线的测设定位，应具有一次性，切忌反复变更造成轴系的混乱。2.2.4复测工作测量复测(检查测量)是保证建筑工程质量必不可少的一项工作。复测的目的是检查建筑物(构筑物)平面位置和高程数据是否符合设计要求。以往发生的施工测量事故，大都是忽视复测工作所造成的。施工测量人员要对设计图纸上的尺寸进行全面的校核，校对总平面上的建筑物坐标和相关数据，检查平面图和基础图的轴线位置、标高尺寸和符号等是否相符，分段长度是否等于各段长度的总和。矩形建筑物的两对边尺寸是否一致，局部尺寸变更后，是否给其他尺寸带来影响。建筑物定位后，要根据定位控制桩或龙门桩，复测建筑物角点坐标、平面几何尺寸、标高与设计图纸上的数据是否吻合，是否满足工程精度要求，建筑物的方向是否正确，有无颠倒现象，有没有因现场运输车辆将桩碰动，造成位置偏移等现象，发现问题要及时纠正。施工现场引进水准点后，要进行复测并应往返观测两次。测设±0 水准点时，一定要校核好图纸上每个数据，防止用错高程而造成整栋建筑物高程降低或升高的严重后果。对外业实测记录，应换另外一名测量员进行全面复核。可用加法还原检查法，利用校对公式或采取其他方法查原始计算项目，发现错误及时解决。2.3建筑标高标高是建筑物竖向定位的依据。标高的测量常使用水准仪进行。对于任何一个待测点，需找到一个已知点才可以测量。对于两点距离较近的情况，将水准仪架设两点大概的中间，在已知点立好塔尺，水准仪进行读数记录a1，再将塔尺立到待测点上读数记录b1。假设已知点高程为X，那么待测点高程Y=X+a1-b1。如果距离远的话，不能一次测出来，刚说的这个程序为一个测站，Y=X+a1-b1这样算出来的只是转点的高程。同样的程序，同样的算法，直到塔尺立的不是转点，而是待测点的时候，工作就完成了。2.4垂直度测量垂直度测量是建筑工程测量的重要组成部分。垂直度测量是指利用仪器在一个测站上完成向上向下作垂直投影或提供一条垂直线，将平面上的坐标，经过竖向传递，标定在要求的位置上，保证建筑物的垂直度。线锤铅直投测法是交为常见也是使用最多的方法。2.5变形监测测量2.5.1工程变形监测的基础知识变形监测就是利用专用的仪器和方法对变形体的变形现象进行持续观测、对变形体变形性态进行分析和变形体变形的发展态势进行预测等的各项工作。其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小、及位置变化的空间状态和时间特征。在精密工程测量中，最具代表性的变形体有大坝、桥梁、高层建筑物、边坡、隧道和地铁等。变形监测的内容，应根据变形体的性质和地基情况决定。对水利工程建筑物主要观测水平位移、垂直位移、渗透及裂缝观测，这些内容称为外部观测。为了了解建筑物(如大坝)内部结构的情况，还应对混凝土应力、钢筋应力、温度等进行观测，这些内容常称为内部观测，在进行变形监测数据处理时，特别是对变形原因做物理解释时，必须将内、外观测资料结合起来进行分析。变形监测的首要目的是要掌握水工建筑物的实际性状，科学、准确、及时的分析和预报水利工程建筑物的变形状况，对水利工程建筑物的施工和运营管理极为重要。变形监测涉及工程测量、工程地质、水文、结构力学、地球物理、计算机科学等诸多学科的知识，它是一项跨学科的研究，并正向边缘学科的方向发展。变形监测工作的意义主要表现在两个方面：首先是掌握水利工程建筑物的稳定性，为安全运行诊断提供必要的信息，以便及时发现问题并采取措施；其次是科学上的意义，包括根本的理解变形的机理，提高工程设计的理论，进行反馈设计以及建立有效的变形预报模型。2.5.2变形监测数据处理根据变形观测数据绘制变形过程曲线是一种最简单而有效的数据处理方法，由过程曲线可作趋势分析。如果将变形观测数据与影响因子进行多元回归分析和逐步回归计算，可得到变形与显著性因子间的函数关系，除作物理解释外，也可用于变形预报。多元回归分析需要较长的一致性好的多组时间序列数据。 若仅对变形观测数据，可采用灰色系统理论或时间序列分析理论建模，前者可针对小数据量的时间序列，对原始数列采用累加生成法变为生成数列，因此有减弱随机性、增加规律性的作用。如果对一个变形观测量(如位移)的时间序列，通过建立一阶或二阶灰微分方程提取变形的趋势项，然后再采用时序分析中的自回归滑动平均模型ARMA，这种组合建模的方法，可分性好且具有以下显著优点：将非平稳相关时序转化为独立的平衡时序；具有同时进行平滑、滤波和推估的作用；模型参数聚集了系统输出的特征和状态；这种组合模型是基于输出的等价系统的理想动态模型。 把变形体视为一个动态系统，将一组观测值作为系统的输出，可以用卡尔曼滤波模型来描述系统的状态。动态系统由状态方程和观测方程描述，以监测点的位置、速率和加速率参数为状态向量，可构造一个典型的运动模型。状态方程中要加进系统的动态噪声。卡尔曼滤波的优点是勿需保留用过的观测值序列，按照一套递推算法，把参数估计和预报有机地结合起来。除观测值的随机模型外，动态噪声向量的协方差阵估计和初始周期状态向量及其协方差阵的确定值得注意。采用自适应卡尔曼滤波可较好地解决动态噪声协方差的实时估计问题。卡尔曼滤波特别适合滑坡监测数据的动态处理；也可用于静态点场、似静态点场在周期的观测中显著性变化点的检验识别。 对于具有周期性变化的变形观测时间序列，通过Fourier变换，可将时域内的信息转变到频域内分析，例如大坝的水平位移、桥梁的垂直位移都具有明显的周期性。在某一观测时刻的观测值数字信号可表示为许多个不同频率的谐波分量之和，通过计算各谐波频率的振幅，最大振幅以及所对应的主频率等，可揭示变形的周期变化规律。若将变形体视为动态系统，变形视为输出，各种影响因子视为输入，并假设系统是线性的，输入输出信号是平稳的，则通过频谱分析中的相干函数、频响函数和响应谱函数估计，可以分析输入输出信号之间的相干性，输入对系统的贡献(即影响变形的主要因素及其频谱特性)。2.5.3变形分析与预报的系统方法用现代系统论为指导进行变形分析与预报是目前研究的一个方向。变形体是一个复杂的系统，它具有多层次高维的灰箱或黑箱式结构，是非线性的，开放性(耗散)的，它还具有随机性，这种随机性除包括外界干扰的不确定性外，还表现在对初始状态的敏感性和系统长期行为的混沌性。此外，还具有自相似性、突变性、自组织性和动态性等特征。 按系统论方法，对变形体系统一般采用输入输出模型和动力学方程两种建模方法进行研究，前者系针对黑箱或灰箱系统建模，前述的时序分析、卡尔曼滤波、灰色系统建模、神经网络模型乃至多元回归分析法都可以视为输入输出建模法。采用动力学方程建模与变形物理解释中的确定函数法相似，系根据系统运动的物理规律建立确定的微分方程来描述系统的运动演化。但对动力学方程不是通过有限元法求解，而是在对系统受力和变形认识的基础上，用低阶的简化的在数学上可解和可分析的模型来模拟变形过程，模型解算的结果基本符合客观事实。例如用弹簧滑块模型模拟地震过程的混沌状态和高边坡的粘滑过程，用单滑块模型模拟大坝的变形过程，用尖点突变模型解释大坝失稳的机理。对动力学方程的解的研究是系统论分析方法的核心，为此引入了许多与动力系统有关的基本概念，这些概念与变形分析和预报密切相关，它们是：状态空间或相空间(称解空间)、相轨线、吸引子、相体积、李亚普诺夫指数和柯尔莫哥洛夫熵等。例如相轨线代表相点运动的迹线，每一个相点代表状态向量(变形、速率或影响因子)在某一时刻的解；吸引子代表系统的一种稳定的运动状态，它可以是一个稳定的相点位，环或环面，也可以是相空间的一个有限区域，对于局部不稳定的非线性系统，将出现分数维的奇怪吸引子，表示系统将出现混沌状态。李亚普诺夫指数描述系统对于初始条件的敏感特征，根据其符号可以判断吸引子的类型以及轨线是发散的还是吸引(收敛)的。柯尔莫哥洛夫熵则是系统不确定性的量度，由它可导出系统变形平均可预报的时间尺度。对变形观测的时间序列(如位移量)进行相空间重构，并按一定的算法计算吸引子的关联维数，柯尔莫哥洛夫熵和李亚普诺夫指数等，可在整体上定性地认识变形的规律。另外，也可根据监测资料，反演变形体系统的非线性动力学方程。系统论方法还涉及变形体运动稳定性研究，这种稳定性在数学上可转化为微分方程稳定性的研究，主要采用李亚普诺夫提出的判别方法。系统论方法涉及到许多非线性科学学科的知识，如系统论、控制论、信息论、突变论、协同论、分形、混沌理论、耗散结构等。上述理论远不是工程测量工作者所能掌握的，将系统论方法与变形分析与预报相结合的研究只是初步的，希望有更多的青年学者加入到这一研究领域来。第三章 工程测量应用案例分析3.1工程概况本工程地处深圳市福田区梅林梅坳一路九号，总建筑面积89003.09（m2），地下室面积30675.34（m2），地上面积58327.75（m2），地上16层、地下2层，建筑高度78.80（m），合理使用年限50年，结构类型采用钢筋混凝土框架剪力墙结构，抗震设防烈度7度，建筑耐火等级一级，人防工程等级常六，核六，防化丙级，基础类型冲孔灌注桩基础、墩基础、独立基础等。3.1.1基坑及控制点A点高程为36.903，工程标高为1.003.3.2基础施工测量3.2.1前期准备工作1.测量人员进场后认真阅图，熟悉整个设计图纸，全面了解设计意图，根据现场总体布置，施工进度安排制定放线方案。2.测量、复核甲方提供的平面控制点及高程控制点，检查无误后办理好交点手续。3.根据设计图纸和控制点坐标计算测设数据，绘制放样详图。4.根据现场情况，建立测量控制方格网，利用坐标转换计算测量坐标。5.根据现场布置，建立平面控制点和高程控制点，并按要求预埋控制基点。3.2.2基线测设根据甲方提供的控制点，利用全站仪测设“十字”型纵横基线，测量时，以复核符合测量要求的控制点作为测站，后视另外两控制点，选择其中距离较远的点作为起始方向，根据已计算的水平角度和测边长度分别施测点A、点B及点O三个点。水平角测量不少于二个测回。三点测量完成后以O点为测站，后视B点检查角度BOA，若角度误差超出10秒，必须对三点重新定位，角度误差在规范围内时，则采用反方向把误差平差到各点，再移动各点位并固定，然后以O点为测站，后视B点或A点，然后施测控制点C点，D点，A、B、C、D点必须引测到不受施工影响，土质较为坚硬，便于保护和以后测量方便的地方。控制点作法一般采用不小于20，长度不小于30cm的钢筋打入地面，四周用砼保护，外露长度约10-20mm，并刻画十字丝作为标志。3.2.3轴线测设本工程轴线测设主要是工程桩轴线测设。工程桩采用钻孔桩，施工前必须施测出主要的轴线，然后依照轴线测量出各承台的桩位。为了方便测量减少计算量，先按设计图纸各轴线间的尺寸把施工坐标转换为测量坐标。测量时以基线控制点为基点采用极坐标法分别测出纵横各轴线点，检查无误后引测到四周的龙门板上的小铁钉上，用红油漆作好标志并标明轴线编号。3.2.4桩位的测放与复核桩位的测放要根据己测放出的建筑物轴线，认真准确的在施工场地上测放出来，并用木桩或钢筋头固定，桩位测放后应进行认真复核，无误后请监理及业主进行复核，桩机就位后还要对桩位进行复核，无误后才能施工。3.3工程施工放样3.3.1全站仪放样使用说明放样点：只知道图纸上坐标，而不知道现场位置，需要把坐标所对应的位置在现场标定出来的点就是放样点。全站仪坐标表示跟图纸坐标对应关系：N(北坐标) X ， E（东坐标）-Y ， Z（天顶方向坐标）标高。测站点和后视点必须满足的条件：知道两个点的现场位置和坐标，两点之间必须相互看得见。全站仪的两个最基本的功能：放样和数据采集。放样：已知现场两个点的位置和坐标：把知道坐标而不知道现场位置的点在现场的位置标定出来的工作就是放样。放样的具体操作步骤：1.在测站点上安置仪器，对中、整平。2.按电源键开机。屏幕显示垂直角过零。3.动望远镜，屏幕显示V，HR，进入角度测量界面。4.按S.O键，进入放样程序，屏幕提示：选择一个文件。5.按F3选择跳过，屏幕进入坐标放样1/2菜单。6.按F1选择输入测站点，屏幕显示测站点。7.按F3选择坐标，屏幕进入测站点的N,E,Z坐标输入界面。8.按F1输入，进入集体坐标输入状态，在输入位置显示-，再按数字键输入具体坐标。每输完一个坐标后按F4回车确认输入。重复此项操作依次输入N,E,Z的坐标值。当输入完Z数据并回车后，屏幕显示输入仪器高。9.按F1输入，进入具体数据输入状态，在输入位置显示-，再按数字键输入具体仪高值。完成后按F4回车，仪器确认对点器所对坐标值，屏幕返回坐标放样1/2菜单。10.按F2输入后视点，屏幕显示后视点界面。11.按F3坐标，屏幕进入后视点的N,E坐标输入界面。12.按F1输入，分别输入后视点的N,E坐标（方法同第8步），然后按F4回车，屏幕显示照准后视点。此时，松开水平和垂直制动螺旋，转动仪器，精确瞄准后视点。（当测站点仪器望远镜与后视点棱镜杆尖满足互相通视，尽可能照准后视点棱镜杆尖位置，使测量结果更精确。）13.按F4是，仪器确认现场方位角，屏幕返回坐标放样1/2菜单。14.按F3输入放样点，屏幕显示放样点。15.按F3坐标，屏幕进入放样点的N,E,Z坐标输入界面。分别输入放样点的N,E,Z坐标（方法同第8步）。输入完毕后按F4回车,屏幕显示输入棱镜高度。16.按F1输入棱镜高，完成后按F4回车，屏幕显示放样参数计算。17.按F4继续，屏幕显示角度差调为零。松开仪器水平制动螺旋调整水平读数直到dHR值为0。指挥跑棱镜杆者，把棱镜杆放置到望远镜十字丝竖线的方向上。18.上下转动望远镜，知道瞄准棱镜中心，按F3距离，屏幕显示HD，dH,dZ,（HD为测站点到棱镜之间的水平距离,dH为棱镜到放样点间的水平距离19.指挥跑棱镜者在望远镜十字丝竖线的方向上前后移动，直到dH为0，此时棱镜杆尖所在位置即为放样点。20.按F4换点，屏幕返回14步，重复操作即可。3.2.2定点放样4月3日，地下室一层板面砼浇筑完成，待砼干固进行轴线放样，利用全站仪放样四个点。如下图示：轴线4个交点为1（23035.568 114665.594） 2（23046.354 114690.237） 3（23010.650 114676.499） 4（23021.436 114707.142）1准备工作使用仪器为徕卡TS06，已经控制点为A （23022.463 114630.677） B （22933.436 114735.974）2放样操作a)在A点架设仪器，打开仪器（激光对中）对中整平，由一人在B点竖立棱镜用于定向。b)进入操作界面，选择一个文件，选择放样功能，进入坐标放样，选择输入测站点，选择输入后视点，选择坐标，依次输入4