全站仪自动化变形监测 PPT课件

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三、自动化监测系统对全站仪要求
1、全站仪的自动化
型号
NET05AX
测角精度
0.5"
测距精 棱镜 度
0.8mm+1ppm
反射片 0.5mm+1ppm
无棱镜 轴系驱动马达
1.0mm+1ppm
驱动速度 60°/s
目标自动照准
测程
棱镜
1000m
360°棱镜 600m
H=0°
H=30°
H=60°
自动照准点
新型360 °棱镜,即使改变棱镜方向,自动照准点也几乎不偏移
三、自动化监测系统对全站仪要求 2、可以自动化照准的合作目标— 360°棱镜
水平与垂直自动化照准精度匹配
測定誤差 [mm]
測定誤差 [mm]
3
水平
上下
2
距離
1
0
-1
-2
-3 -60 -45 -30 -15 0
H H ' H 0
Z
ZJ
ZJ
如果同一时刻观测其他变形点,其准确的方位角值为:
HZP
H
Z
' P
H Z
四、自动化监测误差处理技术
2、极坐标三维监测多重差分改正原理
监测点三维位移量计算
经上述多重差分改正后,消除大气等外部环境的综合影响,求得准确的 监测三维坐标:
X D cos H X0
地球弯曲及大气折光对垂直测量的影响与气候、地理环境等因素有关 无法直接利用有关设备直接测定 一般在已知高差、或对向三角高程观测求解球气差系数 为了实现变形点三维监测,必须解决球气差的影响问题
四、自动化监测误差处理技术 2、极坐标三维监测多重差分改正原理
利用基准点信息求差分改正数
四、自动化监测误差处理技术
一般的自动照准全站仪 (非就近照准法则)
(视场内有2个棱镜,不能正常测量)
索佳自动化全站仪 (就近照准法则)
(视场内有2个棱镜,仍能正常测量)
三、自动化监测系统对全站仪要求 2、可以自动化照准的合作目标— 360°棱镜
水平与垂直自动化照准精度匹配
H=0°
H=30°
H=60°
自动照准点 随着棱镜的水平方向转动,自动照准点上下会有偏差(可达±2.5mm)
0.23
0.41
0.95
3.40
500
mX: 0.17
0.25
0.33
0.53
1.04
mY: 0.17
0.25
0.33
0.53
1.04
mZ: 0.10
0.21
0.34
0.68
2.17
1000
mX: 0.17
0.24
0.33
0.51
0.99
mY: 0.17
0.24
0.33
0.51
0.99
mZ: 0.10
my (mm) 一周 一月 0.24 0.31 0.43 0.54 0.36 0.45
三、自动化监测系统对全站仪要求 1、全站仪的自动化
全站仪轴系驱动自动化 全站仪目标照准自动化
自动照准精度:1mm@200m 自动照准距离:1000m 自动照准分辨能力:具备特殊能力
(就近照准法则、小视场、主 动目标) 自动照准目标类型:圆棱镜、360°棱镜、反射片
全站仪目标测量过程控制自动化
某大坝变形监测点差分改正实测精度统计
把其中1个或2个基准点当作“变形点”,其位移量即为误差影响量 显而易见,长边基准差分改正短边变形点,有利于保证监测精度
基准点 “变形点”
JZ2、JZ3 JZ1 JZ1、JZ3 JZ2 JZ1、JZ2 JZ3
mx (mm) 一周 一月 0.61 0.57 0.50 0.58 0.69 0.78
三、自动化监测系统对全站仪要求 2、可以自动化照准的合作目标— 360°棱镜
水平与垂直自动化照准精度匹配
H=-θ
自动照准点
H=0°
H=+θ
在水平方向上有2~3mm的变化
棱镜水平方向转动,自动照准点左右会有误差
三、自动化监测系统对全站仪要求 2、可以自动化照准的合作目标— 360°棱镜
水平与垂直自动化照准精度匹配
0.2mm 1.0mm
0.3mm 1.2mm
0.5mm 1.5mm
二、全站仪极坐标测量精度分析 4、自动化全站仪极坐标实测精度统计(自动目标照准)
室内30m双频激光干涉基线比测示意图
全站仪 全站仪
激光干涉仪
导轨
小车 全站仪极坐标测量
精度检测装置立面示意图
Di
i
Di+1
i’
激光干涉仪
全站仪极坐标测量精度检测装置俯视示意图
h P d P sin c d P 2 cos 2 ih a h
四、自动化监测误差处理技术
2、极坐标三维监测多重差分改正原理
水平方位角的差分改正
全站仪水平度盘零方向受仪器稳定性、外界条件的变化等因素的影响会 发生变化,把基准点第一次测量的方位角作为基准方位角HZJ0,其它周 期对基准点测量的方位角HZJ′与基准方位角相比,有一差值
H -0.23265 -0.23250 -0.23250 -0.23245 -0.23230 -0.23220 -0.23215 -0.23210 -0.23200
距离差mm
0.10 0.15 -0.44 0.06 0.24 -0.23 0.09 -0.02 -0.08
二、全站仪极坐标测量精度分析 4、自动化全站仪极坐标实测精度统计(自动目标照准)
1
1
p
Δ — 变形允许值
t — 为置信区间内允许误差与中误差之比值,t = 2
p — 为概率值,相对位移一般可取 p = 0.995
一、变形监测精度要求
大坝变形监测精度要求
(1)混泥土坝:1mm (2)土石坝: 3~5mm
二、全站仪极坐标测量精度分析 1、极坐标测量原理
z
x S cos cos
全站仪自动化变形监测系统 AutoMoS/SubMoS
林新烁
深圳市博飞仪器有限公司 2013.05 深圳
目录
一、变形监测精度要求(地铁、大坝) 二、全站仪极坐标测量精度分析 三、自 动化变形监测系统对全站仪的要求 四、 自动化变形监测误差处理技术 五、全站 仪自动化变形监测系统 六、总结 附录:SubMoS-地铁结构变形自动化监测系统
单位:mm
200
300
500
1000
200
mX: 0.19
0.28
0.39
0.63
1.33
mY: 0.19
0.28
0.39
0.63
1.33
mZ: 0.11
0.28
0.53
1.32
5.02
300
mX: 0.18
0.26
0.35
0.56
1.15
mY: 0.18
0.26
0.35
0.56
1.15
mZ: 0.10
0.20
0.30
0.54
1.36
四、自动化监测误差处理技术 4、实际应用案例差分改正效果统计
某大坝变形监测点位分布图
北 坝肩轴线
JZ1
JZ2 主坝轴线
S7 1020马道
S4
S5 S6
S1
S2 S3
JZ3
监测站
Y
X
四、自动化监测误差处理技术 4、实际应用案例差分改正效果统计
某大坝变形监测点差分改正效果统计(1个月664个周期)
水平与垂直自动化照准精度匹配
測定誤差 [mm] 測定誤差 [mm]
3
水平
上下
2
距離
1
0
-1
-2
-3 -60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60 棱镜水平方向转动角度 [deg]
索佳360°棱镜
3
水平
上下
2
距離
1
0
-1
-2
-3 -60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60 棱镜水平方向转动角度 [deg]
7.18
-1.62
8.17
-1.59
9.19
-1.85
11.19
-1.79
dZ
最大值(mm)
原始测量数 差分改正数


-1.48
-1.57
-1.87
1.37
-3.05
-2.52
-1.81
-2.11
-2.04
-1.92
-3.08
-2.72
-5.80
-3.39
四、自动化监测误差处理技术
4、实际应用案例差分改正效果统计
二、全站仪极坐标测量精度分析
4、自动化全站仪极坐标实测精度统计(自动目标照准)
室内30m双频激光干涉基线比测部分结果
mP
T P 0.15mm n
序号
激光mm
E
20
-20000.15
22.71155
21
-21000.28
23.68810
22
-22000.11
24.66375
23
-23000.04
25.64000
24
-24000.14
26.61660
25
-25000.08
27.59260
26
-26000.07
28.56890
27
-27000.09
29.54520
28
-28000.1904
30.52150
全站仪m N
6.49465 6.71125 6.92780 7.14440 7.36105 7.57750 7.79430 8.01075 8.22725
15 30 45 60
棱 镜 水 平 方 向 转 动 角 度 [deg]
索佳360°棱镜
3
2
1
0
-1
-2
-3 -60 -45 -30 -15 0 15 30
棱镜水平方向转动角度
[deg]
徕卡360°棱镜
水平 上下 距離
45 60
三、自动化监测系统对全站仪要求 2、可以自动化照准的合作目标— 360°棱镜
P
P
ZP
YP D P sin H Z P Y0
ZP h P Z0
与第一周期的三维坐标相比,计算其他周期的三维位移量
X P
XP
X1P
YP YP YP1
ZP ZP Z1P
四、自动化监测误差处理技术
3、不同基准距离差分改正变形点精度影响理论分析
基准点斜距
(m)
100
变形点斜距(m)
变形点
S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7
DX
最大值(mm)
原始测量数 差分改正数


1.70
0.68
5.81
1.53
8.55
1.85
-2.20
0.80
4.57
-1.76
8.07
-2.09
11.79
2.42
dY
最大值(mm)
原始测量数 差分改正数


6.16
-1.68
7.28
-1.36
7.69
-2.28
精度 棱镜 反射片
1.0mm@200m 1.0mm@50m
TS30 0.5" 0.6mm+1ppm(精密模式) 1.0mm+1ppm(标准模式) 1.0mm+1ppm 2mm+2ppm
180°/s
1000m 800m 1.0mm@200m ——
三、自动化监测系统对全站仪要求 1、全站仪的自动化
多棱镜目标自动化识别技术
2、极坐标三维监测多重差分改正原理
大气折射对测距影响的差分改正
全站仪在基准点设站,对另一基准点上的棱镜测距,利用测距值d’ J与基 准值d0 J之间的较差,求定大气折射对测距影响的改正系数。
d
d' J
d
0 J
d
' J
如果同一时刻测得某变形点的斜距为d’P ,那么经气象差分改正后的真 实斜距为:
室外200m距离测微平台比测部分结果

JZ1 Y
主坝轴线 GD4
JZ2 坝肩轴线
变形点 JZ3
JZ0 X
二、全站仪极坐标测量精度分析 4、自动化全站仪极坐标实测精度统计(自动目标照准)
室外200m距离测微平台比测部分结果
在X方向锯齿型误差为±0.19mm
在Y方向锯齿型误差为0.16mm,转化 为角度误差为±0.24″。
点位精度计算
2
2
mP
mS2
D
m2
S
m2
二、全站仪极坐标测量精度分析 3、极坐标测量精度理论估计
设: mS 1mm 1ppm m m 0.5" 450 1Biblioteka Baidu0
边长 S
50m
100m
200m
mx
0.7mm
0.8mm
1.0mm
my
0.7mm
0.8mm
1.0mm
mz 点位精度
d d ' d d '
P
P
P
四、自动化监测误差处理技术
2、极坐标三维监测多重差分改正原理
球气差对垂直角(三角高程)影响的差分改正
全站仪在基准点设站,对另一基准点上的棱镜观测求得三角高差hJ,与 两基准点间的已知高差h0比较,求解球气差系数C。
c
h0 hJ
2
dJ cos2
如果同一时刻测得某变形点的三角高程,经球气差改正后的高差结果 为:
一、变形监测精度要求
地铁隧道围岩收敛控制标准(参考值)
(1)洞室收敛:30mm (2)拱顶下沉:20mm
一、地铁结构变形监测精度要求
变形监测精度要求
(1)洞室收敛: Δ = 30mm, 1/ t= 1/20, m = 1.5mm
(2)拱顶下沉: Δ = 20mm
m = 1.0mm
m
t
1
2
P
y
S
cos
sin
z S sin
x
S
y β α
O 极坐标测量示意图
二、全站仪极坐标测量精度分析 2、极坐标测量精度计算公式
三维坐标分量精度计算
x S
2
m
2 x
m
2 y
m
2 z
y S
z
2 2
S
2
y
2
x
0
2
xz
D
2
yz
D
2
D
m S2 m2 m2
T rim ble 3 6 0 ° 棱 镜
四、自动化监测误差处理技术 1、大气折射对全站仪测量结果的影响
大气折射对电磁波测距的影响
测定大气温度、气压等,对测距结果进行修正 利用数字气象设备,可以实现大气参数采集的自动化 一般在车站附近测定气象参数,存在较大的代表性误差问题
大气折光对垂直角测量的影响
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