变形监测教学第一章引论.ppt

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1、变形监测数据处理,任课教师：王凤艳,课程教学安排（32学时）,1 引论（2）2 变形监测技术（6）3 观测资料的检核与数据筛选（6）4 监测网平差（4）5 变形分析与预报（8）6 变形监测资料管理系统（4）,1 引 论,1.1 变形监测的内容、目的与意义1.2 变形监测技术及其发展1.3 变形监测数据处理1.4 与其他学科的关系,1.1 变形监测的内容、目的与意义,变形监测的基本概念1）变形监测：利用测量与专用仪器和方法对变形体的变形现象进行监测，以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。2）按监测研究对象分为：全球性变形研究（全球板块运动、地极移动、地

2、球自转速率变化）区域性变形研究（地壳形变监测、城市或矿区地表沉降监测）工程和局部性变形研究（工程建筑物三维变形、滑坡体的滑动）水利枢纽、桥梁、隧道、矿山、工业与民用建筑物,精密工程测量技术,精密工程测量技术,精密工程测量技术,发展方向,精密工程测量技术,发展方向,精密工程测量技术,发展方向,精密工程测量技术,发展方向,精密工程测量技术,发展方向,（二）工业三维坐标测量系统的分类,电子经纬仪三维坐标测量系统全站型电子速测仪三维工作站三维摄影测量系统激光跟踪测量系统,（三）电子经纬仪三维坐标测量系统,系统构成 基本原理 定向测量 物点测定 观测数据处理及软件 应用,测量成果的数据处理方法坐标系及变

3、换,1、地心地固坐标系和大地坐标系地心地固坐标系（XE、YE、ZE）坐标原点：地球质心 XE：平格林尼治子午面与赤道面的交线 YE：与XE ZE构成右手系 ZE：指向国际协议原点CIO（19001905年平北极）大地坐标系：坐标原点：参考椭球几何中心 XG：指向起始大地子午圈与椭球赤道的交点 YG：与XGZG构成右手系 ZG：与椭球的短半轴重合,测量成果的数据处理方法坐标系及变换,地面点在大地坐标系中可用直角坐标（XG、YG、ZG）或曲线坐标（f l h)表示，两者之间可以转换：正算公式：相应有反算公式：反算需迭代进行，因为N是f的函数。,测量成果的数据处理方法坐标系及变换,地心地固坐标系与大

4、地坐标系的 转换关系为：坐标原点的平移量：坐标轴之间的微小旋转参数：,测量成果的数据处理方法坐标系及变换,两个不同大地坐标系之间的转换：椭球参数不同：da=a1-a2;df=f1-f2坐标系2相对于坐标系1的原点平移参数：坐标系2相对于坐标系1坐标轴不平行：式中，A、B、C为转换参数矩阵,测量成果的数据处理方法坐标系及变换,2、我国大地坐标系1954年北京坐标系：1980年国家大地坐标系：新1954年大地坐标系:3、WGS-84坐标系：是地心地固坐标系 坐标原点：地球质心 X：指向BIH1984.0的天文台子午面和相应于CTP的赤道的交点 Y：与XE ZE构成右手系 Z：指向BIH1984.0

5、地球极（CTP）方向 系统有自己的椭球参数和物理参数,金坪子滑坡全貌图,黄蜡石滑坡,野猫面滑坡,1.1 变形监测的内容、目的与意义,1.1.2 变形监测的内容总体划分为：1）几何量：沉降观测、水平位移观测、倾斜观测、裂缝观测、挠度观测等2）物理量：应力大坝的渗水、扬压力、孔隙压力等3）原因量：温度、风力、水位、荷载等,1.1 变形监测的内容、目的与意义,1.1.2 变形监测的内容根据变形体的性质和地基情况来定：1）工业与民用建筑物：基础沉陷观测 建筑物本身变形观测：倾斜观测、裂缝观测等2）水工建筑物：土坝：水平位移、垂直位移、渗透、裂缝等 混凝土坝：垂直位移、水平位移、伸缩缝观测3）地面沉降：

6、地表沉降观测,1.1 变形监测的内容、目的与意义,1.1.3 变形监测的目的和意义 1）安全监测 法国67m高马尔巴塞拱坝1959年溃坝；意大利262m高瓦依昂拱坝1963年因库岸大滑坡导致涌浪翻坝且水库淤满失效；我国板桥和石漫滩两座土坝1975年洪水漫坝失事；2）积累资料:验证有关工程设计理论和地壳运动的假说等 3）科学试验：获取某些材料或结构的参数等,1.2变形监测技术及其发展,1.2.1 变形监测方法的选择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 变形速率等因素,1.2变形监测技术及其发展,以变形体的特征为例：1）全球性变形监测：空间大地测量技术 全球定位系统

7、GPS 甚长基线干涉测量VLBI 卫星激光测距SLR 激光测月技术LLR 卫星重力探测技术2）区域性变形监测：GPS、INSAR、精密水准测量3）工程和局部变形监测：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GPS为主的空间定位技术,1.2变形监测技术及其发展,1.2.2 变形监测方案的设计对于周期性变形监测网设计而言，其主要内容包括：1）确定监测网的质量标准2）选择观测方法3）点位的最佳布设4）观测方案的最优选择,1.2变形监测技术及其发展,1.2.3 变形监测技术的发展1）常规大地测量方法：测量机器人（Georobot or RTS)精度可达：亚mm级 缺 点：受测程限制

8、2）地面摄影测量技术：数字近景摄影测量3）光、机、电技术：遥测垂线坐标仪、光纤传感器测量系统 具有抗干扰、抗恶劣环境的能力 实现在线分布式遥测4）GPS:高精度、实时、连续、自动监测 如：大型桥梁安装GPS实时动态监测系统 深圳帝王大厦的风力震动特性采用GPS测量,1.2变形监测技术及其发展,1.2.3 变形监测技术的发展发展趋势：实时、连续、高效、自动化、动态监测系统的发展；变形监测的时空采样率将大大提高；高度可靠、实用的自动化监测系统的发展；远程在线实时监控系统的实现。,1.3 变形监测数据处理,1.3.1 数据处理的目的1）整理变形观测资料并将其绘制成便于实际应用的 图表；2）探讨变形原

9、因，给出变形值与荷载（引起变 形的 有关因素）之间的函数关系，从而对建筑物运营 状态作出正确判断和进行变形预报，并为修正经 验参数提供依据。,1.3 变形监测数据处理,1.3.2 数据处理的内容1）监测网的数据处理 稳定性检验 监测网平差2）变形分析与预报,1.3 变形监测数据处理,1.3.3 变形分析的内涵 几何分析和物理解释1）几何分析 也即对建筑物 的空间状态变化给出几何描述 几何分析的成果是判断建筑物运营是否正常的基础.,1.3 变形分析的内涵及其发展,1.3.3 变形分析的内涵1）几何分析 在进行几何分析中通常需对观测资料做如下处理：（1）校核各项原始记录（2）对变形值进行逻辑分析（

10、3）基准点稳定性检验的观测成果进行数据处理（4）最终变形值的计算与变形图表的绘制（5）根据变形图表，对建筑物的运营状态进行描述。,1.3 变形分析的内涵及其发展,1.3.3 变形分析的内涵2）物理解释 方法1：统计的方法 方法2：确定函数模型法 在实际工作中，两种方法不应截然分开。事实上，每种方法都包含有统计的和解析的成分。对变形体结构性能的一般了解，有助于在回归分析法中建立荷载变形的数学模型。而确定函数模型法所建立的模型还可以通过回归分析法来进一步改进。如校正变形体材料的某些物理参数。,1.3 变形观测数据处理,1.3.4 变形分析的发展趋势 1）数据处理将自动化、智能化、系统化、网络化；2

11、）各种方法和模型的实用化研究；3）系统科学和非线性变形分析新方法的研究；4）安全监测专家系统的建立,1.4 变形观测数据处理与其它学科的关系,变形观测是研究变形体在空间和时间中的变化特性。变形很小：如混凝土重力坝坝顶水平位移的年变幅一般在 10mm左右。基础廓道沉陷量年变幅23mm 地表活动检测地壳变化率10-6 需进行很细致的精度分析和成果的统计检验统计检验原理数理统计（回归分析、频谱分析、随机过程、时序分析）地基基础、材料力学、结构力学、弹性力学等力学知识光电技术、传感器技术计算机技术,学习要求,遵守上课时间；独立完成作业；独立完成程序编制；顺利通过课程考核,作 业,1、变形监测的任务是什么？2、查阅GPS、VLBI、SLR、LLR、INSAR、RTS 等测绘名词缩写的实际英文内容3、试述变形分析的内涵，你所了解的变形分析方法 有哪些？,