变形监测数据处理课件.ppt

1.2 变形监测技术及其发展,本节重点为：变形信息获取的手段 变形监测方案设计问题 地表变形监测方法 GPS周期性和连续性变形监测问题 GPS动态监测 变形监测技术的未来,1.2 变形监测技术及其发展,变形信息获取方法的选择取决于变形体的特征、变形监测的目的、变形大小和变形速度等因素。在全球性变形监测方面，空间大地测量是最基本最适用的技术，它主要包括全球定位系统（GPS）、甚长基线射电干涉测量（VLBI）、卫星激光测距（SLR）、激光测月技术（LLR）以及卫星重力探测技术（卫星测高、卫星跟踪卫星和卫星重力梯度测量）等技术手段；,1.2 变形监测技术及其发展,在区域性变形监测方面，GPS已成为主要的技术手段。近十年发展起来的空间对地观测遥感新技术合成孔径雷达干涉测量（InSAR,Interferometric Synthetic Aperture Radar），在监测地震变形、火山地表移动、冰川漂移、地面沉降、山体滑坡等方面，其试验成果的精度已可达厘米或毫米级，表现出很强的技术优势。但精密水准测量依然是高精度高程信息获取的方法。在工程和局部性变形监测方面，地面常规测量技术、地面摄影测量技术、特殊和专用的测量手段、以及以GPS为主的空间定位技术等均得到了较好的应用。,1.2 变形监测技术及其发展,本节重点为：变形信息获取的手段 变形监测方案设计问题 地表变形监测方法 GPS周期性和连续性变形监测问题 GPS动态监测 变形监测技术的未来,1.2 变形监测技术及其发展,合理设计变形监测方案是变形监测的首要工作，对于监测网设计而言，其主要内容包括：确定监测网的质量标准；选择观测方法；点位的最佳布设和观测方案的最优选择。在过去三十年里，变形监测方案设计和监测网优化设计的研究较为深入和全面，取得了丰富的理论研究成果和实用效益，这一点可从众多文献中得到体现。目前，在变形监测方案与监测系统设计方面，其主要发展是监测方案的综合设计和监测系统的数据管理与综合处理。例如，在大坝的变形监测中，要综合考虑外部观测和内部观测设计，大地测量与特殊测量的观测量（geodetic and geotechnical observations）要进行综合处理与分析。,1.2 变形监测技术及其发展,本节重点为：变形信息获取的手段 变形监测方案设计问题 地表变形监测方法 GPS周期性和连续性变形监测问题 GPS动态监测 变形监测技术的未来,数十年变形监测技术的发展，传统的地表变形监测方法主要采用的是大地测量法。1）常规地面测量方法的完善与发展，其显著进步是全站型仪器的广泛使用，尤其是全自动跟踪全站仪（RTS,Robotic Total Stations），也称测量机器人（Georobot），为局部工程变形的自动监测或室内监测提供了一种很好的技术手段，它可进行一定范围内无人值守、全天侯、全方位的自动监测。例如，在美国加州南部的一个新水库（Diamond Valley Lake已安装了由8个永久性 RTS 和218个棱镜组成的地面自动监测系统。但是，TPS（Terrestrial Positional System）的最大缺陷是受测程限制，测站点一般都处在变形区域范围之内。,1.2 变形监测技术及其发展,2）地面摄影测量技术在变形监测中的应用起步较早，但是由于摄影距离不能过远，绝对精度较低，使得其应用受到局限，仅大量应用于高塔、烟囱、古建筑、船闸、边坡体等的变形监测。后来发展起来的数字摄影测量和实时摄影测量为地面摄影测量技术在变形监测中的深入应用开拓了非常广泛的前景。地面三维激光扫描系统将是变形监测领域的一种重要技术。3）光、机、电技术的发展，研制了一些特殊和专用的监测仪器可用于变形的自动监测，它包括应变测量、准直测量和倾斜测量。采用光纤传感器测量系统将信号测量与信号传输合二为一，具有强的抗雷击、抗电磁场干扰和抗恶劣环境的能力，便于组成遥测系统，实现在线分布式监测。,1.2 变形监测技术及其发展,4）GNSS作为一种全新的现代空间定位技术，已逐渐在许多领域取代常规光学和电子测量仪器，在变形监测领域也不例外。自从上世纪80年代以来，尤其是进入90年代后，GPS卫星定位和导航技术与现代通信技术相结合，在空间定位技术方面引起了革命性的变化。用GPS同时测定三维坐标的方法将测绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间，从静态扩展到动态，从单点定位扩展到局部与广域差分，从事后处理扩展到实时（准实时）定位与导航，绝对和相对精度扩展到米级、厘米级乃至亚毫米级，从而大大拓宽了它的应用范围和在各行各业中的作用。,1.2 变形监测技术及其发展,1.2 变形监测技术及其发展,本节重点为：变形信息获取的手段 变形监测方案设计问题 地表变形监测方法 GPS周期性和连续性变形监测问题 GPS动态监测 变形监测技术的未来,数据通讯技术、计算机技术和以GPS为代表的空间定位技术的日益发展和完善，使得GPS法由原来的周期性观测走向高精度、实时、连续、自动监测成为可能。GPS用于变形监测的作业方式可划分为周期性和连续性两种模式（episodic and continuous mode）。1）周期性变形监测与传统的变形监测网没有多大区别，因为有的变形体的变形极为缓慢，在局部时间域内可以认为是稳定的，其监测频率可以是几个月，有的长达几年，此时，采用GPS静态相对定位法进行测量，数据处理与分析一般都是事后的。经过十多年的努力，GPS静态相对定位数据处理技术基本成熟，在周期性监测方面，其最大屏障还是变形基准的选择与确定，已成为近几年研究的关键。,1.2 变形监测技术及其发展,GPS在工程中的应用,清江隔河岩大坝GPS自动监测系统,清江隔河岩大坝,清江隔河岩大坝GPS自动监测系统,5.1.4 实际应用,清江隔河岩大坝GPS自动监测系统,清江隔河岩大坝GPS自动监测系统,隔河岩大坝GPS监测点位分布图,GPS用于桥梁的安全监测,GPS在工程中的应用,武汉长江二桥GPS变形监测网,2）连续性变形监测指的是采用固定监测仪器进行长时间的数据采集，获得变形数据序列。虽然连续性监测模式也是对测点进行重复性的观测，但其观测数据是连续的，具有较高的时间分辨率。根据变形体的不同特征，GPS连续性监测可采用静态相对定位和动态相对定位两种数据处理方法进行观测，一般要求变形响应的实时性，它为数据解算和分析提出了更高要求。比如，大坝在超水位蓄洪时就必须时刻监视其变形状况，要求监测系统具有实时的数据传输和数据处理与分析能力。当然，有的监测对象虽然要求较高的时间采样率，但是数据解算和分析可以是事后的。比如，桥梁的静动载试验和高层建筑物的振动测量，其监测的目的在于获取变形信息，数据处理与分析可以事后进行。,1.2 变形监测技术及其发展,1.2 变形监测技术及其发展,本节重点为：变形信息获取的手段 变形监测方案设计问题 地表变形监测方法 GPS周期性和连续性变形监测问题 GPS动态监测 变形监测技术的未来,GPS在工程中的应用,厦门的高层建筑,GPS在高层建筑动态监测中的应用,厦门建设银行大厦,GPS动态监测监测方案,GPS在高层建筑动态监测中的应用,结构振动频段信号的频谱分析及对比,GPS用于桥梁的安全监测,GPS在工程中的应用,GPS用于桥梁的安全监测,GPS在工程中的应用,武汉长江二桥GPS动态监测,GPS在工程中的应用,武汉长江二桥GPS动态监测,监测点(WH02)相对于基准站(WH01)在H方向的频谱图,GPS在工程中的应用,武汉长江二桥GPS动态监测,监测点(WH02)相对于参考点(WH03)在H方向的频谱图,GPS在工程中的应用,武汉长江二桥GPS动态监测,参考点(WH03)相对于基准站(WH01)在H方向的频谱图,在动态监测方面，过去一般采用加速度计、激光干涉仪等测量设备测定建筑结构的振动特性，但是，随着建筑物高度的增高，以及连续性、实时性和自动化监测程度的要求加强，常规测量技术已越来越受到局限。GPS作为一种新方法，由于其硬件和软件的发展与完善，特别是高采样率（目前有的已高达20Hz）GPS接收机的出现，在大型结构物动态特性和变形监测方面已表现出其独特的优越性。近几年来，一些学者已开展了卓有成效的GPS动态监测实验与测试工作。目前，GPS动态监测数据处理主要采用OTF方法，同时，GPS变形监测单历元求解算法及其相应软件开发的研究也在发展之中。令人鼓舞的是，正如Loves等（1995）所言，随着GPS动态变形监测能力的进一步证实，这一技术可望被采纳为测量结构振动的标准技术。,1.2 变形监测技术及其发展,1.2 变形监测技术及其发展,本节重点为：变形信息获取的手段 变形监测方案设计问题 地表变形监测方法 GPS周期性和连续性变形监测问题 GPS动态监测 变形监测技术的未来,展望变形监测技术的未来：多种传感器、数字近景摄影、全自动跟踪全站仪和GPS的应用，将向实时、连续、高效率、自动化、动态监测系统的方向发展；变形监测的时空采样率会得到大大提高，变形监测自动化可为变形分析提供极为丰富的数据信息；高度可靠、实用、先进的监测仪器和自动化系统，要求在恶劣环境下长期稳定可靠地运行；实现远程在线实时监控，在大坝、桥梁、边坡体等工程中将发挥巨大作用，网络监控是推进重大工程安全监控管理的必由之路。,1.2 变形监测技术及其发展,1.2 变形监测技术及其发展,本节重点为：变形信息获取的手段 变形监测方案设计问题 地表变形监测方法 GPS周期性和连续性变形监测问题 GPS动态监测 变形监测技术的未来,