第三章 变形观测的基本方法-2015
工程测量建筑物变形观测
C、如果采用电子传感设备，可将观测点相对于垂线的微小位移 变换成电感输出，经放大后出电桥测定并显示各点的挠度值。
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2 、裂缝观测
对建筑物产生的裂缝要进行位置、长度、宽度、深度和错距等 的定期观测。 常可分为以下两类： （1）土工建筑物裂缝观测 对于表面裂缝．可对全部裂缝或若干主要裂缝区的裂缝进行观 测。 在观测范围内，以土坝、土堤等建筑物的轴线为基准线，可按 堤坝桩号和距轴线的距离，画出坐标方格，逐格量测缝的分布 位置和沿走向的长度，裂缝宽度可在两侧设带钉头的小木桩作 标点进行量测。裂缝错距可用刻度尺直接员测。裂缝深度，可 选定若干适当位置，进行坑探、槽探或井探。探测前，最好从 缝口灌入石灰水，以便观察缝迹。
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1、几何水准测量法
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水准测量作业应按照国家规范的具体要求严格执行。仪器校验； 应按照规范要求的观测程序和限差要求进行观测和检验。
在水难测量作业过程中，还应注意以下几个问题：
（1）三等以上水准测量应往返观测，其观测顺序为： 往测；奇数站，后一前一前一后；偶数站，前一后一后—前。 返测：奇数站，前一后一后一前；偶数站，后一前一前一后。
***其表现形第2式1页/共为42页 在不同时期平 面坐标或距离的变化。建筑物水
水平位移观测的方法常规的有: 地面控制测量方法，如导线测量、前方交会法等；也有各
专用方法，如基准线法，正、倒垂线法等。对于各种不同的 方法，其测点与工作基点及其标志布设都有专门的要求。通 常以测量规范为准.
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桥梁墩台的变形观测主要包括两方面： 各墩台的垂直位移观测：主要包括墩台特征位置的垂直位移和沿桥轴线 方向(或垂直于桥轴线方向)的倾斜观测； 各墩台的水平位移观测：其中各墩台在上、下游的水平位移观测称为横 向位移观测，各墩台沿桥轴线方向的水平位移观测称为纵向位移观测。 两者中，以横向位移观测更为重要。
第三章变形监测方案设计
c．测点的布设不宜过多，但要保证观测质量。一般情况下，主要测点的布 设应能控制结构的最大应力（应变）和最大挠度（或位移）。
d．各个不同的监测方案，需要进行方案的比较和验证工作，使监测工作做 到技术上有保证，经济上可行，实施时安全，数据上可靠，特别要强调 的是应避免“唯武器论”，单方面追求高精度、自动化、多参数，脱离工 程实际需要的监测方案。
15天。
第三章变形监测方案设计
土木工程与建筑学院
3.4 监测部位和测点布置的确定
变形部位和测点布置原则：
1．在满足监测目的前提下，测点数量和布置必须是充分的、足够的； 同时测点宜少不宜多，不能盲目设置测点。
2．测点的位置必须具有代表性，以便于分析和计算。主要测点的布设 应能反映结构的最大应力（应变）和最大挠度（或位移）。
3～5
-
3 邻近建（构）筑物 最大沉 10～60 -
-
-
降
差异沉 降
2/10 0.1H/10 00 00
注：1. H-为建（构）筑物承重结构高度。 2. 第3项累计值取最大沉降和差 异沉降两者的小值
第三章变形监测方案设计
土木工程与建筑学院
§3.7 变形网设计
变形监测控制网的原则:
1.变形监测网应为独立控制网。 2.变形监测控制点埋设的位置最好能选在沉降影响范围之外，
3.4 监测部位和测点布置的确定
2. 工作基点 • 现场设置可以直接观测变形点并且相对稳定的测量控制点即工作基点。 • 工作基点宜采用带有强制归心装置的观测墩，垂直位移监测工作基点可
采用钢管标。 • 对通视条件较好的小型工作，可不设工作基点。 • 在基准点上直接观测变形观测点。工作基点要求观测期间保持点位稳定，
变形观测 第1章3
GPS接收线路布置如图
变形观测点 信号放大器
基准点2
8个接收天线，接收天线通过 电缆与一机多天线控制开关 连接。两种数据数据传输方 式，基准站1因距离较远，布 线困难采用微波电台传送， 基准站2及多天线系统采用天 津609电缆公司生产的电缆， 并配合GPS专用低噪声信号放 大器，利用多极放大器，GPS 信号可以实现1000m的有效传 输。
(1)精密高程测量： 国家三等以上的高程测量都看作是精密高程测 量，主要用精密水准仪进行观测。精密水准测量也 一直是垂直位移观测的主要方法，具有精度高，稳 定可靠，技术成熟等优点，但劳动强度大，速度慢， 山区系统误差大。由于光电测距仪的发展，国内外 测量工作者大量实验光电测距三角高程，以求代替 精密水准，提高速度和减轻测量工作者的劳动强度。 一些实验表明，每公里偶然中误差可达到±1mm的 精度，这是很理想的结果。但它附有一些条件，具 有不稳定性。所以尚不能推广，仍在研究试验中， 所以一般情况下，还不能单独将光电测距三角高程 应用于需精密测量的垂直变形观测中。从目前情况 来看，用于四等及以下的高程测量较容易实现。
二、变形观测与相邻学科的关系
1. 工程地质学和水文地质学的关系
地质学是研究地球(特别是地壳)的组成、演变和发展的 一门科学，而工程地质学和水文地质学均是地质科学的一个 分支。工程地质学是研究与工程规划、设计、施工和运用有 关的地质问题的科学。水文地质学是研究地下水的形成、运 动和分布规律的科学。 变形的成因是由于岩体运动而形成的，因此，岩体的岩 石和矿物成分、形成环境、岩体的结构面特性、岩体的水文 地质和工程地质特征等必将对岩土体的移动和变形产生影响， 因此，需要应用地质学、工程地质学、水文地质学的有关理 论和方法分析岩石、岩相和岩层的特征，分析岩体的结构， 了解地质环境因素。
变形测量方法
一、变形测量的常规方法变形观测的常规方法主要指经纬仪或全站仪平面位移测量和水准仪沉降观测。
平面位移经纬仪（全站仪）测量方法：1、小角法在测站上测量位移点的距离及固定方向与位移点方向间的夹角，以确定位移大小、位移方向的方法。
2、视准线法以两固定点间经纬仪的视线作为基准线，测量变形观测点到基准线间的距离，确定偏离值的方法。
3、极坐标法根据一个已知点的坐标和一个已知方向，在已知点上观测已知方向与待定方向的水平角和已知点到待定点之间的距离，确定待定点坐标的方法。
4、交会法根据两个以上已知点用方向或距离交会确定待定点坐标和高程的方法。
✓前方交会根据两个以上已知点的坐标及观测角值确定待定点坐标的方法。
✓后方交会在待定点上向三个以上已知点进行水平角观测然后根据三个已知点的坐标及两个水平角观测值确定待定点坐标的方法。
✓侧方交会根据两个已知点的坐标和一个已知点及待定点上观测的水平角确定待定点坐标的方法。
沉降观测水准测量法：用水准仪和水准尺，按照水准测量的方法，测定观测点两次高程之差，以确定观测点的沉降量。
二、变形测量的其他方法与仪器设备1、液体静力水准测量用装有联通管的贮液容器，根据其液面等高原理制成的装置进行高差测量的方法。
2、激光准直法以激光发射系统发出的激光束作为基准线，在需要准直的点上放置激光束的接收装置，确定偏离值的方法。
3、引张线法在两固定点间，以重锤和滑轮拉紧的金属丝作为基准线，测量变形观测点到基准线的距离，确定偏离值的方法。
4、经纬仪投点法用经纬仪在两个正交的方向将建筑物、构筑物顶部的观测点投影到底部观测点的水平面上，以测定位移大小、位移方向及倾斜度的方法。
5、正锤线法在固定点下，以金属丝悬挂重锤作为竖向基准线，测量建筑物、构筑物不同高度处的观测点与基准线的距离，确定偏离值的方法。
6、倒锤线法以下端固定在变形体下的基岩内，上端联接在油箱内的自由浮体上，拉紧的金属丝作为竖向基准线，测量建筑物构筑物不同高度处的观测点与基准线间的距离，确定偏离值的方法。
变形观测的基本方法
变形观测的基本方法
变形观测是地球物理学中的一项重要技术，用于研究地球内部的构造和性质。
变形观测的基本方法包括GPS观测、地面变形观测和遥感测量等，下面我们就来详细介绍。
GPS观测是通过全球定位系统（GPS）测量地球表面的变形情况。
GPS技术的原理是通过卫星发射的电磁波信号，测量接收器和卫星之间的距离，从而确定接收器的位置。
利用GPS观测可以测量地球表面的水平和垂直方向的运动和变形，以及地壳运动的速度和方向等信息。
地面变形观测是通过在地面上设置变形仪或地震仪等设备，测量地面的变形情况。
地面变形观测可以通过测量地震引起的地面变形，来了解地球内部的结构和运动情况。
同时，地面变形观测还可以监测地球表面的沉降、隆起、坡度等信息，以及地下水位、水文气候等因素对地面变形的影响。
遥感测量是利用卫星、飞机等遥感技术，对地球表面的形态、地貌、温度、湿度等信息进行观测和测量。
遥感技术可以测量地球表面的形态、高程、地形、地貌等信息，并通过遥感图像的分析，了解地球表面的变形情况。
同时，遥感技术还可以监测气候变化、海洋环境、冰川变化等信息，从而更好地了解地球表面的变化和演化。
除了以上三种基本方法，变形观测还包括其他一些技术，如测量地震波传播速度、电磁场变化等。
这些技术可以用于研究地球内部的构造和运动，以及地球表面的变形和演化情况。
总的来说，变形观测是地球物理学中的一项重要技术，可以用于研究地球内部的结构和运动，以及地球表面的变化和演化情况。
不同的变形观测方法可以提供不同的信息，从而更好地了解地球的变化和演化。
《变形观测成果整》PPT课件_OK
回归分析
假设P有个自变量x1, x2 ,, xp ，n是观测值的个
数，因变量的观测值、观测值的均值及回归值分 别用符号 y、y、yˆ 表示。
总离差平方和，表示观测值与均值之差的平方
和，它反映了数据总的波动情况：
n
n
Lyy ( yi y)2 yi2 ny 2
i 1
i 1
18
回归分析
13
回归分析的基本原理
变量之间的关系分为两类，一类是变量之间存 在着完全确定的函数关系，称为函数相关；另一 类是变量之间存在统计上相关，称为统计相关， 即既存在一定的制约关系，又不能由一个（或几 个）变量精确地求出另一个变量的值来。使用统 计方法研究变量之间统计相关的规律就是回归分 析，它利用建立的经验公式处理连续型随机变量 之间的相关关系。
20
2 ．理论上，变行体的变形场是惟一的客观存在。 由于观测误差和模型误差的存在，无法获取客观存在 的变形场。因此，在外业数据采集过程中，在内业数 据处理和变形分析中，均应采用合适的方法和程序排 除误差干扰，以便获取客观变形场的最佳描述。
3
平差过程
(1)采取一定的物理方法或数学模型消除系统误差的 影响，获得仅包含偶然误差的观测值空间向量。如采 取一定的观测程序和方法消除仪器的误差，将系统误 差作为未知参数进行解算等。
对于第一个问题，主要运用专业的知识来确定，然后利用 统计检验的方法对因子的显著性进行检验，以使回归方程中只 保留影响显著的因子，剔除影响不显著的因子。
n
y b0 bi xi v
i 1
第二个问题：利用最小二乘法由观测资料计算回归系数的 估值，实际上就是测量中的间接平差问题。
16
回归分析
逐步回归的基本思想是在众多的自变量中，根 据这些自变量对回归方程影响程度的大小，逐次 地选入到回归方程中，在这个过程中，先前被选 入回归方程的变量，有些由于其后新引入的变量 而失去了重要性，这时就应从回归方程中将它们 淘汰掉。持续上述过程，直到回归方程中不在有 可淘汰的变量，也没有再可引入的变量为止，最 后所得的结果就是选定的回归方程。
变形测量的方法范文
变形测量的方法范文变形测量是工程领域中的一项重要技术，用于测量物体在外力作用下的变形情况。
变形测量的方法可以分为直接测量和间接测量两种。
直接测量是指直接对物体进行测量，包括精密仪器测量法、光学测量法和机械测量法等；间接测量是指通过测量物体的力学性质如应变、应力等间接得到其变形情况，包括应变测量法、电测变测量法和声波测量法等。
精密仪器测量法是变形测量中最常用的方法之一，它利用高精度的测量仪器对物体进行测量。
常用的精密仪器包括三维激光扫描仪、光学投影仪和测量臂等。
这些仪器能够精确测量物体的尺寸、形状和位置等参数，从而得到物体的变形情况。
精密仪器测量法可以广泛应用于工程结构、汽车制造、航空航天等领域。
光学测量法是一种利用光学原理进行变形测量的方法。
其中，干涉仪测量法和激光光栅测量法是光学测量的两种常见方法。
干涉仪测量法利用光的干涉原理测量物体表面的位移和变形，主要适用于微小变形的测量。
激光光栅测量法则通过对物体表面投射一束光束，并依据光的反射和折射原理来计算物体的变形情况。
机械测量法是另一种常用的直接测量方法。
它利用机械设备对物体进行变形测量。
常用的机械测量设备包括应变片、张力计和压力计等。
应变片是一种能够感受物体表面应变的传感器，它可以将物体的变形转化为电信号进行测量。
张力计和压力计则分别用于测量物体的张力和压力变化，通过测量力的大小和方向来间接得到物体的变形情况。
应变测量法是一种间接测量方法，它通过测量物体的应变来判断其变形情况。
常用的应变测量方法包括电阻应变计、光纤光栅研究法和应变规等。
电阻应变计是一种将电阻值与应变量相对应的传感器，通过测量电阻变化来计算物体的变形情况。
光纤光栅研究法则通过光纤光栅传感器对物体表面应变的测量来得到物体的变形情况。
应变规是一种通过测量物体的应变来判断其变形情况的方法，它通过测量应变规的长度变化来确定物体的变形情况。
电测变测量法通过测量物体表面的电位差变化来判断其变形情况。
变形监测
第一章变形、变形（Deformation）是指物体在外来因素作用下产生的形状、大小或者位置的改变。
引起变形的外来因素主要包括外加力和温度。
变形监测，也称为变形测量或变形观测，是指对物体的变形进行监视测量。
变形监测是一项用各种测量仪器（传感器）对所监测物体在荷载和环境变化作用下产生的变形，进行数据采集、数据计算处理、变形分析与预报的测量工作。
变形观测方法一般分为四类：1、地面测量方法2、空间测量技术3、摄影测量和地面激光扫瞄4、专门测量手段变形观测数据分析内容1、几何分析——是分析变形体在空间中和时域中的变形特性；2、物理解释——是分析变形与变形原因之间的关系，用于预报变形，理解变形的机理。
变形的物理解释方法1、统计分析法（或称回归分析法）——回归分析法是通过分析所观测的变形和变形成因之间的相关性来建立2、确定函数法——确定函数模型法是利用荷载、变形体的几何性质和物理性质，以及应力第二章建筑物垂直位移观测应该在基坑开挖之前进行，并且贯穿于整个施工过程中，而且延续到建成后若干年，直至沉降现象基本停止为止。
垂直位移测量通常采用水准测量方法为了减少系统误差的影响，一般考虑采取以下措施：（1）固定观测路线——设置固定的安置仪器点和立尺点（2）固定观测仪器和人员——监测工作中使用固定仪器和水准标尺，有条件时最好固定人员进行观测。
三固定：路线、仪器、人员保证水准基点稳定的措施远离——深埋——成组埋设——如果布设的水准基点与沉陷观测点之间的距离较远，需要在水准基点和沉陷观测点之间布置联系点，称为工作基点，垂直位移观测包括：①基坑回弹观测——②地基土分层沉降观测——③建（构）筑物基础——④建（构）筑物本身的沉降观测——⑤地表沉降观测——目前垂直位移观测最常用的是精密水准测量方法，有的情况下也有应用液体静力水准测量方法观测。
观测点布设有以下要求：（1）在基坑中央和距基坑底边缘约1/4坑底宽度处，以及其他变形特征位置设观测点。
《运营高速铁路基础变形监测管理办法》(2015)113
TG/GW260-2015运营高速铁路基础变形监测管理办法第一章总则第一条为规范高速铁路运营期基础变形监测管理工作，特制定本办法。
第二条本办法适用于200公里/小时及以上铁路和200公里/小时以下仅运行动车组列车的铁路。
第三条本办法所称基础变形监测系指路基、桥涵、隧道的沉降监测和水平位移监测。
第四条基础变形监测应严格执行《铁路营业线施工安全管理办法》及《高速铁路工务安全规则》等相关规定。
第二章职责分工第五条铁路局依据中国铁路总公司相关规定以及与合资铁路公司签订的委托运输管理协议负责或由合资铁路公司负责组织制定、审查基础变形监测方案，并按方案实施；根据变形监测情况调整变形监测方案及监测计划；组织监测成果验收。
作为产权单位的合资铁路公司或铁路局应保证运营期基础变形监测费用的及时投入。
第六条铁路局、铁路公司应做好建设期与运营期基础变形监测工作的衔接，保持变形监测及监测资料的连续性。
第七条铁路公司应组织施工、沉降评估单位及设备接管单位做好新建铁路基础变形观测标、测量及评估资料的验交。
对因工程质量问题造成的基础变形，应按规定督促相关责任单位负责进行整治。
第八条铁路局、铁路公司应及时相互通报运营期基础变形监测情况，并移交变形监测成果。
第三章技术要求第九条新建铁路基础变形测量的相关资料应在竣工交验时移交。
铁路局应做好以下资料的接收：（一）施测方案与技术设计书。
（二）控制点与观测点平面布置图。
（三）标石、标志规格及埋设图。
（四）仪器检验与校正资料。
（五）观测记录手簿。
（六）平差计算、成果质量评定资料及测量成果表。
（七）变形过程和变形分布图表。
（八）变形分析成果资料。
（九）变形测量技术报告。
第十条运营期基础变形监测方案主要包括以下内容：（一）普查监测的范围。
（二）重点监测地段及周期。
（三）基准点、工作基点和监测点布设及其监测网形。
（四）变形监测的仪器、方法、技术要求。
（五）施测组织方案、安全和质量控制措施。
第十一条基础变形监测单位应具备相应的工程测量资质，能够承担高速铁路的变形监测工作。
《变形观测技术》课件
变形观测数据处理与分析
数据处理的基本流程
数据采集
1
通过各种传感器和测量仪 器获取变形数据。
数据存储
4
将处理后的数据存储在数 据库或文件中，以便随时 调用和查询。
数据预处理
2
对原始数据进行校准、滤
波、去噪等处理，以确保
数据质量。
数据转换
3 将原始数据转换为统一格
式，便于后续分析和处理 。
数据分析的方法
预测模型
根据历史数据和实时监测数据，建立 变形预测模型，预测未来变形趋势。
预警阈值
根据工程经验和安全要求，设定预警 阈值，当变形量超过阈值时发出预警 。
预警系统
集成变形监测数据、预测模型和预警 阈值，构建预警系统，实现实时监测 和预警功能。
应急响应
在接收到预警信息后，及时采取相应 措施进行处置，确保工程安全。
2
它能够实现高精度、快速
的空间定位测量，广泛应
用于变形观测领域。
3 全站仪具有自动跟踪、智
能识别目标、自动补偿等
功能，提高了观测效率和
精度。
水准仪
水准仪是利用水平视线测定高程 的仪器，是变形观测中常用的测 量仪器之一。
水准仪在变形观测中具有重要的 应用价值，能够为工程安全提供 重要的数据支持。
它能够测量各种地形、地物的高 程变化，广泛应用于大地测量、 工程测量和沉降观测等领域。
变形观测的精度要求越高，对仪 器和方法的要求也越高，同时成 本也相应增加。
高精度变形观测需要采用高精度 的测量仪器和方法。
变形观测的精度要求通常以毫米 级或更小为标准。
Part
03
变形观测的常用仪器
全站仪
全站仪是一种集测距仪、
第三章 变形观测方法及变形观测网设计
第三章变形观测方法及变形观测网设计为什么要进行变形观测：利用测量仪器与专用仪器和方法对变形体进行测量以得到变形大小、范围、时空分布规律，研究变形发生的原因、变形特征及其随空间与时间的变化规律，以便预测、预报，以避免或尽可能减少损失变形观测的周期：变形观测的周期取决于变形量的大小、变形特征、观测精度要求、变形速度，而且与工程的规模、监测点数量、位置以及观测一次所需时间的长短有关，通常情况下以能反应出变形体变形规律、特征，又减少工作量和费用为原则。
变形观测的精度：变形观测的精度要求，取决于该工程建筑物预计的允许变形值的大小和进行观测的目的。
如果观测的目的是为了使变形值不超过某一允许的数值而确保建筑物的安全，则其观测的中误差应小于允许变形值的1/10~1/20变形观测根据测量仪器和方法的不同，可以分为以下四类：①常规大地测量方法用常规的大地测量仪器测量方向、角度、边长和高差等量所采用方法的总称。
主要优点：能够提供变形体的整体变形状态；观测量通过组成网的形式，便于进行测量结果的校核和精度的评定；灵活性大，能适用于不同的精度要求、不同形式的变形体和不同的外界条件。
主要缺点：外业工作量大、作业时间长不易实现连续监测和测量过程的自动化（与空间测量比）监测的范围相对小。
②空间测量方法包括甚长基线干涉测量、卫星激光测距等③特殊测量方法包括准直测量、倾斜仪、伸长仪、应变应力测量、静力水准测量④摄影及遥感方法包括航空、地面摄影测量和InSAR技术变形观测基准网：平面监测网和沉降监测网一、平面监测网平面监测基准网，可采用三角形网、导线网、GPS网和视准轴线等形式。
当采用视准轴线时，轴线上或轴线两端应设立检核点。
变形监测网通常由三类点（基准点、工作点、变形监测点）、两种等级（首级、次级）的网组成。
变形监测网设计原则：（1）变形观测网应为独立控制网，以避免起始数据误差的影响（2）变形观测控制点应埋设在沉降范围外，同时又不能将基准点布设在网的边缘（3）布网图形的选择变形监测网采用独立网：由于在变形监测网分级布设中，首级网的起始数据误差将引入次级网中，对于高精度变形监测网来说，含有起始数据误差的变形监测网，即使监测精度再高、采取额平差方法再严密，由于起始误差的影响，也不能达到预期的精度要求，因此变形监测网应是独立的控制网二、沉降监测网沉降监测网一般布设为附合网或闭合水准网，并按精密水准测量的方法进行重复观测布设原则：（1）布置成网状，以便检核；（2）至少有四个深埋的水准基点作为起算点，应布设在沉降影响范围之外；（3）水准点应设置在通视、安全的地方，便于进行联测；（4）水准点距离建筑物一般为20m～40m；（5）观测单独建筑物时，至少应布置3个水准点，对占地面积大于5000m2或者高层建筑物，应适当增加水准点的个数；（6）当设置水准点处有基岩出露，可用水泥砂浆直接将水准点浇灌在岩层中。
变形观测技术
第一章1、变形是指工程建筑物由于某种原因而产生的位置、形状和大小的变化，被观测的工程建筑物称为“变形体”。
而“变形观测”则是对变形体进行观测和分析的过程。
具体地说，变形观测就是定期对变形体的有关几何量进行测量，并对观测成果中整理、分析出变性规律的整个工程。
目的就是要获得变形体产生变形的空间状态和时间特征，确定变形值得大小及稳定程度，同时解释变形的原因。
2、变形观测的意义①、由于各种因素的影响，工程建筑物在施工运营过程中都会产生变形。
②、由于土（地基）组成成分复杂、土力学对试验数据的依赖性很大，有必要在各地对大量不同基础形式的建筑物进行观测，以便为以后的设计累计资料，作为验证设计方法和修改、完善设计方案的依据。
③、为了对某种新结构、新材料的性能做出科学的或客观的评价，需要在一个较短的时间内，在人工条件下让建筑物产生变形，以取得科学数据。
3、引起变形的原因（1）引起变形客观原因a、荷重影响b、地下水影响c、地震影响d、地下开采影响e、外界动力影响f、其他影响（2）引起变形的主观原因a、地质勘探不充分b、设计的错误c、施工质量差d、施工方法不当4、变形观测的特点①重复观测②精度要求高③综合应用了各种观测法发④要求用严密的数据处理方法⑤多学科的配合第二章1、变形观测的测量点一般分为基准点、工作点和观测点三类（1）基准点由于测点的位置是变化的，为了求出这种变化，从理论上讲，还必须有一定数量的位置固定或变化甚小的点，我们将这些点称为基准点或简称基点。
（2）工作点又称为工作基点。
由于实际工作中，直接利用基点观测路线较远时误差容易积累等，此时，我们就要利用一些介于观测点和基点之间的过渡点，即所谓的工作基点。
（3）观测点位于变形体上的具有代表性的点，称为观测点或简称为测点。
2、工程建筑物变形观测的内容主要包括垂直位移观测、水平位移观测、倾斜观测、挠度观测和裂缝观测。
3、工业与民用建筑物变形观测内容对于基础而言，主要观测内容是均匀沉陷与不均匀沉陷，从而测量绝对沉陷值、平均沉陷值、相对弯曲、相对倾斜、平均沉陷速度以及绘制沉陷分布图。
测绘技术的变形监测方法
测绘技术的变形监测方法概述测绘技术的变形监测方法是现代测绘技术与变形监测技术的结合，通过对目标地区进行形状、位置或高程等方面的测量，以监测地表、建筑物或工程等的变形情况。
本文将探讨几种常用的测绘技术的变形监测方法。
一、全站仪法全站仪法是测绘技术中常用的变形监测方法之一。
它利用全站仪进行高度、方位和位置等参数的测量，通过多次测量来评估目标地区的变形情况。
这种方法具有快速、高精度和灵活性等优点，能够适应不同地形条件和测量需求。
二、GNSS法GNSS（全球导航卫星系统）法是另一种常用的变形监测方法。
通过使用全球定位系统（GPS）或其他GNSS系统进行位置测量，可以实时获取目标地区的坐标信息。
这种方法可以实现高精度的位置监测，适用于大范围、远距离或不易到达的地区。
三、测量雷达法测量雷达法是一种利用雷达技术进行远程测量的变形监测方法。
它可以利用微波信号对目标地区进行非接触式的测量，通过分析信号的反射和散射特性，可以获取目标地区的形变信息。
这种方法具有快速、高精度和广泛适用性等特点，适用于大范围、高速或复杂地形的变形监测。
四、激光测距法激光测距法是一种利用激光测距仪进行远程测量的变形监测方法。
它可以通过发射激光束来获取目标地区的距离信息，通过多次测量来评估目标地区的变形情况。
这种方法具有高精度、快速和非接触式等特点，适用于建筑物、桥梁等结构的变形监测。
五、形变传感器法形变传感器法是一种利用形变传感器进行变形监测的技术方法。
形变传感器可以将结构的形变转化为电信号，通过测量电信号的变化来评估目标结构的变形情况。
这种方法具有高灵敏度、实时性和可重复性等特点，广泛应用于建筑物、地下管线等工程的变形监测。
总结测绘技术的变形监测方法包括全站仪法、GNSS法、测量雷达法、激光测距法和形变传感器法等多种技术手段。
不同的方法在不同场景下具有各自的优势和适用性。
通过选择合适的技术手段和方法，可以实现对目标地区的高精度、实时和全面的变形监测，为工程安全和环境保护提供有力支持。
变形观测 课件3章5(模型1)
二、一元线性回归分析
设在自变量 x分别取值为x1,x2,……,xn 时，对y有观测值 y1,y2,……，yn，相应的随机误差为ε1，ε2，……,ε3，则 xi,yi和εi之间有一元线回归模型： yi=β0+β1xi+εi (3-48)
第五节 回归分析
一、概述 回归分析方法在工程建筑物的变形分析中可用于建立位移量与某些相关 因素之间的数学相关关系，即建立所谓的回归方程，根据所建立的回归 方程分析变形的某些现象，并预报位移量，这对建筑物的稳定性监测与 分析是十分重要的。 回归方程应采用何种形式，在没有对所讨论的问题进行全面考察的情况 下是难以完全肯定回答的。在回归分析的应用中，因受各种因素限制而 无法确定回归函数的确切形式。但为了研究变量x和y之间的数值变化规 律，人们可以从统计角度对回归函数的形式作一些必要的、合理的假设， 但这种假设必须能反映问题的实质.
二、观测资料的插补
计算出的高程数据及观测的平面坐标数据，因变形分析要求，需内插成 等间隔数据，或因部分测号破坏，为保证变形分析连续性，需内插其高 程值或平面坐标，这就需要根据建筑物变形规律，按一定数据模型内插 其高程值或平面坐标值。下面介绍观测值内插方法。
（一）插值的概念 设函数y=f(x)在区间的［a,b］中的n+1个相异点x0<x1<…<xn处的值 y0,y1,…,yn已知，要求构造一个次数不超过n的代数多项式：
变形观测的基本措施
变形观测的基本措施：
为了保证变形观测成果的精度，除按规定时间一次不漏的进行观测外，在观测中应采取“一稳定、四固定”的基本措施。
(1) 变形观测依据的基准点、工作基点和被观测物上的变形观测点，其点位要稳定。
基准点是变形观测的基本依据，因此设三个稳固可靠的基准点，并每半年复测一次；变形观测点应设在被观测物上最能反映变形特征且便于观测的位置。
(2) 变形观测所用仪器、设备要固定；观测人员要固定；观测的条件、环境基本相同；观测的路线、镜位、程序和方法要固定。
测绘基础知识-变形观测
变形观测的概念：变形是指变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时间域或空间域的变化。
变形监测又称为变形测量或变形观测，变形测量则是对设置在变形体上的观测点进行周期性地重复观测，求得观测点各周期相对于首期的点位或高程的变化量。
变形体用一定数量的有代表性的位于变形体上的离散点（称监测点或目标点）来代表，监测点的变形可以描述变形体的变形。
变形分类：1）变形体自身的形变。
变形体自身的形变包括：伸缩、错动、弯曲和扭转四种变形，2）变形体的刚体位移。
刚体位移则含整体平移、整体升降、整体转动和整体倾斜。
变形监测分类：（1）静态变形监测，静态变形是时间的函数，观测结果只表示在某一期间内的变形，静态变形通过周期测量得到。
（2）动态变形监测，动态变形指在外力（如风、阳光）作用下产生的变形，它是以外力为函数表示的，动态变形需通过持续监测得到。
变形观测对象1）研究全球性变形，如监测全球板块运动、地极运动、地球自转速率变化、地潮等；2）区域性变形研究，如地壳形变监测、城市地面沉降；3）工程和局部性变形研究，工程变形监测一般包括工程（构）建筑物及其设备以及其他与工程建设有关的自然或人工对象，这是本课程研究的主要内容。
工程变形的原因一、自然条件及其变化；二、与建筑物本身相联系的原因；三、勘测设计、施工及运营管理工作做的不合理，也会引起建筑物额外的变形。
变形监测的内容1）垂直位移（沉降）监测2）水平位移监测3）倾斜监测4）裂缝监测5）挠度监测6）日照和风振监测等变形观测的意义（1）首先是实用上的意义，主要是掌握各种工程建筑物的地质构造的稳定性，为安全诊断提供必要的信息，以便发现问题并采取措施；（2）其次是科学上的意义，包括更好地理解变形的机理，验证有关设计的理论和地壳运动的假说，进行反馈设计以及建立有效的预报模型对于工程的安全来说：监测是基础，分析是手段，预报是目的。
工程变形监测技术在工程和局部变形监测方面，地面常规测量技术、地面摄影测量技术、特殊和专业的测量手段、以及以GPS为主的空间定位技术等均得到了较好的应用。
3第三章变形测量的基本方法
第三章 变形监测的基本方法沉降监测常用水准测量、三角高程测量或液体静力水准测量等方法，位移监测主要使用全站仪，采用小角法、前方交会法、后方交会法、导线法等，对建（构）筑物的倾斜监测则主要通过水准仪或经纬仪间接测量。
工程建（构）筑物的建设大规模化，其对监测方法和技术的要求越来越高，随着计算机、传感技术的发展，监测方法的革新导致监测技术智能化、自动化。
主要体现在高精度电子水准仪、测量机器人、测斜仪、孔隙水压力计、土压力、裂缝计、水位计等仪器设备的出现，以及基于物联网技术的远程遥测监测系统产生。
基于此，本章介绍变形监测的基本方法。
3.1沉降监测沉降监测按使用的仪器和施测方法分为水准测量和三角高程测量。
水准测量是利用水准仪提供的水平视线，对位于待测定高差的两点上的水准尺进行读数，测得两点间的高差，进而由已知点高程推算未知点高程，一般适用于较为平坦地区；三角高程测量是用全站仪测定垂直角与距离，按三角原理计算两点间的高差，适用于非平坦地区。
水准测量是沉降监测的主要方法。
3.1.1水准测量原理图3-1 水准测量原理图3-1所示，A ，B 两点的高差为：AB B A h H H a b =-=- （3-1）而B 点的高程为：B A AB H H h =+ （3-2）式中AB h 表示由A 到B 的高差，若写成BA h ，则指从B 到A 的高差。
若水准测量是从A 点向B 点进行，则称A 点为后视点，其水准尺读数为后视尺读数；称B 点为前视点，其水准尺读数为前视尺读数。
A 点和B 点的高差AB h 有正负：高差为正，表示B 点比A 点高；高差为负，表示B 点比A 点低。
以上利用高差计算高程的方法，称为高差法。
由图3-1可知，A 点的高程加后视读数等于水准仪的视线高程，简称视线高程，设i H ：i A H H a =+ （3-3）则B 点高程等于视线高程减去前视读数，即：()B i A H H b H a b =-=+- （3-4）由式(3-4)用视线高程计算B 点高程的方法称为视线高程法。
第三章 变形观测的基本方法-2015
(一)InSAR（Interferometric Synthetic Aperture Radar）或DInSAR(Differential InSAR) 1、原理 利用两个不同的天线获得两景雷达影像，通过比较相位得 到垂直高度:可以测量与雷达波长相同量级甚至更高精度的 地形起伏
Pass 2.
Pass 1.
• 变形：变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及
位置在时间域和空间域中的变化。
• 变形的类型： 变形体自身的形变—伸缩、错动、弯曲和扭转; 变形体刚体位移—整体平移、转动、升降和倾斜; • 正常的变形 ---变形体的变形在允许的范围内 • 异常的变形 ---超出允许值，则可能引发灾害。
3
• 变形监测：就是利用测量仪器与专用仪器和方 法对变形体进行测量以得到变形大小、范围、时
Akutan Volcano
1996 Cracks
Akutan
range change
Lu et al., 2000, 2005
5 km
0
11.76 cm
Deformation of June 2007 Eruption, Kilauea volcano from C-band Envisat InSAR
精密角度测量的主要工具是全站仪、经纬仪，主要 用于水平位移观测。如三角网形式的水平变形监测 或三角测量方法测定变形体变形。 不容易到达地点（烟囱中心线垂直度观测）的平面 位置观测，常利用经纬仪前方交会法观测等。 精密角度测量可使用的仪器有DJ07、DJ1、DJ2型光 学经纬仪以及精密电子经纬仪。全站型速测仪、测 量机器人。 也可根据具体工程需要，专门设计能满足精度要求 的精密测角仪器。
post-eruption pre-eruption
变形观测技术
0.002l 0.0007l 0.005l
0.002 Hg≤24 24<Hg≤60 60<Hg≤100 Hg>100 Hg≤20 20<Hg≤50 50<Hg≤100 100<Hg≤150 150<Hg≤200 200<Hg≤250
0.003l 0.001l 0.005l
0.003 0.004 0.003 0.002 0.0015 0.008 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002
对于同类工程建筑物，根据其结构、形状不同，要求的精度也有差 异。即使同一建筑物，不同的部位的精度要求也不不同。普通的工业与 民用建筑，变形监测的主要内容是基础沉陷和建筑物本身的倾斜。一般 来讲，对于有连续生产线的大型车间（钢结构、钢筋混凝土结构的建筑 物），通常要求观测工作能反映出2mm的沉陷量，因此，对于观测点高 程的精度，应在1mm以内。特种工程设备，要求变形观测的精度高达 0.1mm。
变形观测分为变形监测和变形检测
名称 观测次数 变形监测 一般为多次 变形检测 一般为一次少数多次
测量精度
根据等级和内容要求不同 根据等级和内容要求不同 而不同，工程领域一般为 而不同，一般平面为mm mm级，工业领域一般为 级，高程为mm级或亚mm mm级或亚mm级，甚至 级 um级 一般涉及范围较广，大至 一般涉及范围小，仅是一 全球范围，小至一个工程 个检测对象 建筑物 同首期数据或前期数据比 同理论值或设计值比较 较 一般应用于地学及工程领 一般应用于工业及工程领 域 域
Hale Waihona Puke 1、监测内容监测内容的确定主要根据监测工程的性质和要求，在收集和阅读工 程地质勘查报告、施工组织计划的基础上，根据施工周围的环境确定变 形观测的内容。如，建筑物的变形监测就可能包含建筑物的沉降监测、 水平位移监测、倾斜监测、裂缝监测以及挠度监测等。对于危岩滑坡的 成灾条件，变形监测则主要包括：危岩、滑坡地表、及地下变形的二维 或三维位移、倾斜变化的监测；有关物理参数—应力应变、地声变化的 监测；环境因素—地震、降雨量、气温、地下水等的监测。 2、监测方法与仪器 变形监测方法和仪器的选择主要取决于工程地质条件以及工程周围 的环境条件，根据监测内容的不同可以选择不同的方法和仪器。比如对 于局部性的外观变形监测，高精度水准测量，高精度三角、三边、边角 以及测量机器人监测系统是工程建筑外部变形监测的良好手段和方法。 而钻孔倾斜仪、多点位移仪则非常适合于工程建筑物的内部的变形监测。 在矿山地表移动观测方面，常用水准仪测高差，全站仪测坐标，现已采 用GPS监测技术、数字近景摄影测量技术等，并满足了变形监测的精度 要求。
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变形观测的基础知识
变形观测的基本方法 变形观测的方案设计 变形观测网优化设计
1
3.1 变形观测基础知识
3.1.1 变形观测的概念 3.3.2 变形观测的分类 3.3.3 变形观测的意义 3.3.4 变形观测的内容 3.1.5 变形观测的重点
2
3.1.1 变形观测相关概念
常规地面测量方法---精密距离测量
•高精度的精密距离测量和距离变化的测定，主要
方法有：
机械的测距方法（线尺和标尺）；
利用调制光的光电测距技术；
电子机械测量方法，其中包括伸长计、应变计 等；
干涉测量法。
伸缩测微仪原理
距离小于50m ，可采用机械法。 如 GERICK 研制的金属丝测长仪，将很细的金属丝（受温度 影响小）在固定拉力下绕在铟瓦测鼓上，精度优于1mm。 两点间在i和i+1周期之间的距离变化Δl： Δl=Li+1-Li = li+1- li 伸缩测微铟瓦线尺：由伸缩测量和拉力测量两部分组成，其 测微分辨率为0.01mm，如果传递元素(铟瓦线、石英棒等)的 长度a、b保持不变，则只需测微小量li和li+1 。Δl的 精度可达0.02mm。
在露天条件进行高精度水准测量时，采用阳伞外，水准 仪最好还带上附加的热力保护罩。
流体静力水准测量
静力水准测量主要适用于特殊要求下的精密高程测量 （如变形监测）。静力水准测量可以采用固定式或移动 式仪器。 各种流体静力水准仪的结构本质上的区别仅在于：测定 和读取连通管中液面位置的方法不同。目前，主要采用 目视法、目视接触法、电子接触法和光电记录法等。 移动式静力水准测量，参照几何水准测量的格式进行手 簿记录并编算高差表。 固定式静力水准仪适用于竣工后构筑物的变形观测。
空分布规律，研究变形发生的原因、变形特征及
其随空间与时间的变化规律，以便预测、预报，
以避免或尽可能减少损失。
• 任务：确定在各种荷载和外力作用下，变形体
的形状、大小及空间位置变化的空间状态和时间
特征。
4
3.3.2 变形观测的分类
按研究范围可分为三类：全球性的、区域性的和局部性的 全球性的变形观测：主要是研究地极移动、地球旋转速度 的变化以及地壳板块的运动。 区域性的变形观测：主要研究地壳板块范围内变形状态和 板块交界处地壳的相对运动。 局部性的变形观测：主要是研究工程建筑物的沉陷、水平 位移、挠度和倾斜，滑坡体的滑动，以及采矿、采油和抽地 下水等人为因素造成的局部地壳变形。 在本章中主要讨论是局部性的变形观测问题。
10
3.2 变形观测的基本方法
3.2.1 常规大地测量方法
3.2.2 摄影测量方法 3.2.3 空间测量方法 3.2.4 特殊测量方法
11
3.2.1 常规大地测量方法 •概念：用常规的大地测量仪器测量方向、角度、边 长和高差等量所采用方法的总称。
•分类：角度测量、距离测量、各种交会法、极坐标
法、卫星定位法以及几何水准法、三角高程法等。
精密角度测量的主要工具是全站仪、经纬仪，主要 用于水平位移观测。如三角网形式的水平变形监测 或三角测量方法测定变形体变形。 不容易到达地点（烟囱中心线垂直度观测）的平面 位置观测，常利用经纬仪前方交会法观测等。 精密角度测量可使用的仪器有DJ07、DJ1、DJ2型光 学经纬仪以及精密电子经纬仪。全站型速测仪、测 量机器人。 也可根据具体工程需要，专门设计能满足精度要求 的精密测角仪器。
Loss of coherence due to vegetation LOS shortening (uplift)
LOS lengthening (subsidence) Envisat C-band image
Range Change
（二）外界条件的影响 1．温度的影响——各观测头温度差异→液面变化 2．气压的影响——敞口式有影响 3．液体蒸发的影响——对封闭式影响较小 4．液体污染的影响→液体密度变化 应用范围 沉陷和倾斜观测（建构筑物） 用于危险环境和污染环境下设备的稳定性观测
常规地面测量方法---精密角度测量
精密几何水准测量
精密高程测量的中误差通常不能超过 0.1~0.2mm 。保证精 度的主要措施：选择和研究高精度水准仪；研制专用的分划 尺和照准目标；研制能以足够精密、平稳地调整仪器高的水 准仪支架；改进短视线几何水准测量的作业方法。
短视线精密几何水准测量方法（ Ni007 ），可以确定相距 10 ～ 15m两点间的高差，中误差达到0.03～0.05mm ；确定相 距几百米的两点间的高差，中误差为 0.1 ～ 0.2mm 。广泛用 于多种建筑物基础沉陷和施工测量中。
post-eruption pre-eruption
06/1992 – 09/1993
09/07/1991 – 10/28/1991
10/1993 – 08/1995
08/1999 – 08/2000
co-eruption
09/1992 – 09/1993
10 km
10/1995 – 10/1998
常规地面测量方法---精密高程测量
精密高程测量是研究垂直方向变形的主要手段，其作 业过程在过去的几十年中没有明显变化。 精密高程测量，主要用精密水准进行；也可采用液体 静力水准测量、测微水准测量或其他精密的高程测量 方法。具有精度高、稳定可靠、技术成熟等优点。 目前，国家一等水准测量的偶然误差为每公里 0.5~0.7mm，系统误差约每公里0.06mm。 水准测量劳动强度大、速度慢，特别是在山区尤为突 出。其另一个显著缺点是系统误差（特别是大气折光 误差）累积严重。
10/1992 – 10/1997
11/21/1991 – 11/30/1991 Lu et al., GRL, 2000 Lu et al., JGR, 2003 Lu et al., RSE, 2004
Hale Waihona Puke 09/1993 – 08/1995
0
10/1997 – 08/1999 deformation
• 变形：变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及
位置在时间域和空间域中的变化。
• 变形的类型： 变形体自身的形变—伸缩、错动、弯曲和扭转; 变形体刚体位移—整体平移、转动、升降和倾斜; • 正常的变形 ---变形体的变形在允许的范围内 • 异常的变形 ---超出允许值，则可能引发灾害。
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• 变形监测：就是利用测量仪器与专用仪器和方 法对变形体进行测量以得到变形大小、范围、时
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3.3.3 变形观测的目的和意义
实用意义：
保障工程安全
科学意义： 解释变形的机理 验证变形的假说 检验设计是否合理 为修改设计、制定规范提供依据
8
3.3.4 变形观测的内容
获取几何变形量： 水平位移、垂直位移以及偏距、倾斜、扰度、 弯曲、扭转、震动、裂缝等。
获取与变形有关的影响因子（物理量）：
测量高度的微小变化
Pass 1 Pass 2
1A
Pass 1 Pass 2
1B 2B
2A
Location A
1A = 2A
Location B
2B - 1B = (/4) B
如果形变是垂直方向的: hB = (2B hB - hA = ( B - A) /4 cos
(一)InSAR（Interferometric Synthetic Aperture Radar）或DInSAR(Differential InSAR) 1、原理 利用两个不同的天线获得两景雷达影像，通过比较相位得 到垂直高度:可以测量与雷达波长相同量级甚至更高精度的 地形起伏
Pass 2.
Pass 1.
5
从其时间特性来分：有“静态”式、运动式和动态式三种： “静态”式：是指固定参考点，其中个别点可能由于局部因 素发生变动，但这种变动没有一定的时间特性，变形监测的目 的是要查明他们的稳定性。 运动式：包括地壳应变的累积、地质构造断层两侧的相对错 动、建筑物或地表下沉等；这种变形，其总趋势是朝一个方向 。 动态式：是高层建筑物的摆动、桥梁的动荷载作用下的振动 等等；这种变形呈周期性，监测的目的是要获得变形的幅度和 周期的信息。
应力、应变、温度、气压、水位（库水位、地
下水位）、渗流、渗压、扬压力等。
9
3.1.5 变形观测的重点
变形观测关心的重点是位置的变化，而非某个位置。 特点： 要进行周期观测，每一周期的观测方案，都要尽 可能一致； 动态、持续监测； 要求精度高，对于重要工程，一般要求“以当时
能达到的最高精度为标准进行变形观测设计”。
3.2.2 摄影测量与遥感方法
摄影测量方法包含航空摄影、遥感法和地面摄影测量法进行 观测。 地面摄影测量法用于局部变形观测。该方法对某些特殊的观 测对象（如储煤气罐等球状物）进行变形观测具有独特优越性 和特点： ① 像片信息量丰富，可同时获得变形体上任意点的三维变形 信息，提供完全和瞬时的三维空间信息，便于对成果的比较与 分析。 ② 外业工作量小，劳动强度低。 ③ 观测时不需接触被摄物体，可观测人不便达到的地方。 ④ 精度相对低 地面摄影测量方法可广泛地用于大型工程建筑物（大坝、挡 土墙、高层建筑物等）的变型监测。 空中摄影测量、合成孔径雷达可用于较大范围的地面变形测 量，如大面积开采沉陷监测。
流体静力水准测量
原理 容器分别安置在待测的平面上，两容器用软管相联，内装均质液 体测容器中液体的自由表面处于同一水平上，两平面的高差为： Δh=H1-H2或 Δh=（a1-a2）-(b1-b2) 式中：a1、a2——容器的高度，一般a1=a2 b1、b2——容器中液面位置的读数
仪器构成： （ 1）搁支点，其作用是与被测对象接触 （ 2）盛装液体的容器及连接两容器的软管 （ 3）测微读数装置 测量误差 （一）仪器误差 1．在观测点上安置液体静力水准仪的 误差 2．液体静力水准仪观测头倾斜所引起 的误差——比较小，悬挂式引起的误差 很小 3．量测设备的误差 4．观测头的组合部件由于温度变化 而产生的误差 5．液体漏损带来的误差