GPS大坝变形监测及数据处理方案研究
陈宪冬孟鲁闽
(西安科技大学测量工程系西安 710054)
摘要：通过大坝外观变形模拟和GPS监测试验验证了GPS大坝变形监测的实际能力，给出了可行的数据处
理措施及注意的一些问题，最后指出只要选用良好的仪器设备并进行科学合理的观测和数据处理，GPS技术
可用于大坝变形监测领域。
关键词：GPS 大坝变形监测变形模拟监测试验数据处理方案
中图分类号：P228.4
1 引言
水库或水电站的大坝在水负荷作用下会产生变形，当变形过大时，大坝将处于疲劳状态，严重时会有溃坝的危险，近年来随着西部大开发战略的逐步实施，我国大中型水利水电工程和高坝越来越多，大坝及库区滑坡的变形监测不仅关系到工程自身的安危，更关系到下游人民的生命、财产安全，进行大坝变形监测具有非常重要的意义。与经典变形监测技术相比，GPS变形监测技术不仅具有全天侯、高精度、高效益等众多优点，更有助于实现自动化监测]2,1[，我国报道的清江隔河岩大坝的GPS自动化监测系统所监测的测点精度已达水平分量1.0 mm，垂直分量1.5mm(1～2h解)]3[, GPS一机多天线监测系统的先期试验也表明GPS大坝变形监测具有很好的应用前景]5,4[,而GPS测高技术更在煤矿地表沉陷监测及边坡或滑坡变形监测中具有广阔的应用潜力。然而，GPS定位精度与基线边长、时段长度、仪器性能、多径干扰、卫星星历、电离层延迟、对流层延迟、天线相位中心变化、基线解算以及网平差等众多因素有关，GPS变形监测数据处理中不仅要提高其内符合精度，更要提高其外符合精度（外符合精度才是其真正的变形监测能力）。为了深入了解GPS在大坝和滑坡等变形监测中的应用潜力，切实掌握GPS变形监测和数据处理中必需采取的一些技术措施，特进行了本次GPS大坝变形监测模拟试验和数据处理方案研究。
2 试验目的
本次模拟试验主要研究以下问题：
1）大坝变形监测应用中，GPS基准点距GPS监测点有可能达几公里之遥，多长的观测时段才能保证几公里长的GPS基线能发现1～2mm的监测点的变形？
2）大坝多位于峡谷之中，在较高的卫星截止高度角下，应选择多长的观测时段？
3）大坝基准点与大坝监测点的水汽环境通会有较大差异（特别在泻洪时期），GPS基线解算过程中多长时间引入一个对流层湿延迟参数才较为合适？
4）GPS广播星历难以满足GPS精密形变监测的需要，使用IGR精密星历进行轨道外推或使用IGU精密星历时需注意哪些问题。
3 模拟试验网的构成及实施
图1 GPS模拟变形监测网及位移监测点的基座
基于上述目的，设计构建了由4个点构成的GPS模拟变形监测网，其中JC01、JC02、JC03为基准点，JC04为模拟位移监测点，所有点均为楼顶墩标，墩标顶部均安置强制对中盘（盘的四周用罗盘标定有东南
西北方向），在模拟位移监测点上安装带有游标卡尺的特制基座，以使GPS 天线可在此基座上平移（移动量读至0.02mm ，精度可达0.1mm ）。在第一时段将JC04安置于零刻读，在第二、三时段则模拟大坝变形，将其向正北方向分别移动2.0mm 和5.0mm ，对应编号分别为JC14和JC24。通过比较GPS 监测的变形值与所移动的变形真值即可评定GPS 变形监测的实际能力。该试验网的网图及基座见图1。
本试验网于2004年12月11日至13日进行了外业施测，观测仪器为4台Ashtech Z-X 双频GPS 接收机，天线类型为ASH701975.01（其天线相位中心改正参数见GAMIT/GLOBK 软件的antmod.dat.oldfmt 文件或由https://www.doczj.com/doc/0a5041237.html,/antcal/FiAntTyG4.mht 获取），每天各观测一个时段（12月11日为1:00～13:00；12月12日为5:00～17:00；12月13日为1:00～13:00），各时段的采样间隔均为30s,卫星截止高度角均为10o，观测期间天气晴朗无风，观测环境优良。 4 GPS 试验网的数据处理
4.1 基线解算软件及网平差软件
基线解算采用美国麻省理工学院和Scripps 研究所共同开发的GAMIT （Ver10.02）、瑞士伯尔尼大学研制的Bernese （Ver 4.2）以及美国泰雷兹公司的Solution （Ver2.60）等软件按双差基线解模式进行。网平差采用武汉测绘科技大学的PowerAdj 软件。 4.2 基准网点的平面坐标计算
首先将JC01与我国的IGS 站：BJFS 、KUNM 和URUM 进行了三天的联测，由IGS 最终精密星历用Bernese 软件解算出了JC01的精密地心坐标；然后用JC01的精密地心坐标由IGS 最终精密星历用Bernese 软件解算JC02和JC03的精密地心坐标的三天平均值。在与IGS 站进行长基线联测时，采用的是消电离层影响的相位组合观测值（即3L ），每两小时引入一个对流层湿延迟改正参数，双差模糊度解算措施采用QIF ，截止高度角取10o；在小基准网的基线解算时采用的也是3L ，但每四小时引入一个对流层湿延迟改正参数，双差模糊度解算改用SIGMA ，截止高度角改取15o。最后将基准点的地心坐标高斯投影到地方坐标系即可得到基准网点的平面坐标（其平面坐标精度均优于±0.2mm ）。地方坐标系取中央子午线103o37′，投影面大地高取为4个点的GPS 大地高的近似平均值（720m ），参考椭球由WGS-84椭球膨胀得到（其扁率与WGS-84椭球相同，椭球面过测区平均高程面）。 4.3 GPS 变形监测试验
4.3.1 GPS 变形监测的能力及精度指标
利用基准网的精密地心坐标，用IGS 最终精密星历和GAMIT 软件按自动处理模式，分别解算了3个时段共9条变形监测基线，解算时采用消电离层影响的组合观测值按双差固定解进行，不估计对流层参数，只解算基线不进行定位定轨，截止高度角设为20o，解算后得到各时段的Q 文件（其中nrms 均小于0.3）。最后提取Q 文件中的基线向量及其方差-协方差并输出成GeoNas 软件所需要的solution.asc 文件即可进行无约束平差和约束平差。用三个基准点对各时段进行约束平差后，得到的三天的变形监测点的坐标如下表1所示（PowerAdj 的平差结果与此相同）。由表1可见，经过10个多小时的静态观测和数据处理，GPS 变形监测值与位移真值的差异均小于1±mm ，说明GPS 确实具有监测1mm 变形信息的能力。而根据《混凝土坝安全监测技术规范》之要求：即大坝坝顶水平位移的径向位移量中误差应±≤2mm 、切向位移量中误差应±≤1mm ，可知变形监测点的单次测量坐标中误差应为: 径向±≤ 1.4mm 、切向±≤0.7mm 。为了留有一定的精度富裕，本试验拟采用?dx ±≤ 1.0mm ，?dy ±≤ 1.0mm 作为GPS 大坝变形监测的精度指标并进行施测方案的可行性研究（具体应用中可通过合理的基准网网形设计将切向误差控制在±≤0.7mm 之内）。
表1 各时段的监测点的平差坐标 （单位：mm ）
点名 北向位移
东向位移
监测值dx
与真值之差异?dx
监测位移dy
与真值之差异?dy
JC04 -- -- -- -- JC14 1.7 -0.3 0.5 0.5 JC24
4.4
-0.6
0.7
0.7
注：表中JC14和JC24的北向位移真值分别为2mm 和5mm, 东西向位移真值均为0。
4.3.2 截止高度角的比较
分别选用15o，20o，25o截止高度角对各天的观测时段进行了计算，除截止高度角有所差异外，其它解算参数同4.3.1。算得的不同截止高度角下的监测结果如下表2。
表2 不同截止高度角下的监测结果（单位：mm）
高度角监测点号dx ?dx dy ?dy
15oJC14 1.5 -0.5 0.7 0.7 JC24 4.1 -0.9 0.9 0.9
20oJC14 1.7 -0.3 0.5 0.5 JC24 4.4 -0.6 0.7 0.7
25oJC14 2.3 0.3 0.2 0.2 JC24 4.6 -0.4 0.6 0.6
由表2可见，随着高度角的增加，平面监测精度会有所提高，但考虑到截止高度角过高时观测数据会相应减少，因而在真正的大坝变形监测应用中，建议采用20o的截止高度角进行数据处理。
4.3.3 观测时段长度的比较
选择模拟网各时段的前2小时、前3小时和前6小时进行不同观测时段长度的对比计算（解算方案同4.3.1），算得的不同时段长度对监测结果如下表3。
表3 不同时段长度的监测结果（单位：mm）
时段长度监测点号dx ?dx dy ?dy
2小时JC14 2.4 0.4 0.2 0.2 JC24 4.3 -0.7 -0.9 -0.9
3小时JC14 1.5 -0.5 0.0 0.0 JC24 4.5 -0.5 -0.1 -0.1
6小时JC14 1.9 -0.1 0.2 0.2 JC24 4.3 -0.7 -0.3 -0.3
由表3可见，监测精度会随时段长度增长而有所提高，但2小时的观测基本上没有太多精度富裕，3小时的静态双频GPS观测才有可能保证达到±1.0mm的精度需求。
4.3.4 对流层延迟参数的估计问题
本次模拟试验网的GPS基线长均小于2km，在对2～3小时的GPS观测时段进行计算时发现：不进行对流层延迟参数估计所得到的平面监测精度要优于进行对流层延迟参数估计的结果（这与基线较短，观测期间基线两端的测站对流层环境无太大差异且存在较强的相关性有关）。但在实际工程应用中，特别是基线加长，基线两端的测站对流层环境差异较大时，建议应进行对流层延迟参数估计，具体水汽环境差异对大坝变形监测的影响究竟如何尚需另行试验测试。
4.3.5 精密星历的使用问题
目前，GPS卫星播发的广播星历的星历精度基本上在10m左右，由此星历误差引起的基线相对误差仍将高达1～2ppm，因而GPS大坝变形监测应用中不能使用此广播星历而必须使用精密星历。国际GNSS服务组织（即IGS）目前通过Internet发布有三种免费精密星历：即最终星历（IGF）、快速星历（IGR）和超快星历（IGU）。其中，最终星历的精度最高（优于5cm）,但其要在13天以后才能得到，因而其在实时大坝变形监测应用中难以使用；快速星历的精度虽然比最终星历有所降低（位置精度优于10cm），但其时延降为17h，对其进行轨道外推后所得到的外推轨道的精度基本上能控制在0.5m之内，完全可以满足大坝变形监测的需要；此外，超快星历的更新率更高，为6h,每天UTC时间的3:00,9:00,15:00和21:00各发布1次，超快星历文件中共包括48h的轨道信息，前24小时的轨道信息是利用IGS跟踪站的观测资料计算得到的真实轨道（精度在10cm之内），后24小时的轨道信息是外推预报的结果（其精度在20～50cm之间，与IGR外推轨道的精度基本相当），也能满足大坝变形监测的需要。但值得注意的是无论IGR轨道外推还
是IGU中的外推轨道都是预报轨道，其与卫星的真实运行情况会有所差异，在具体应用中应特别注意及时对异常卫星和不健康卫星进行探测和处理（如剔除异常卫星或对不健康卫星进行降权处理等）。
5 结论与建议
（1）GPS大坝监测精度会随时段长度的增加而提高，使用精密星历和3小时的静态双频观测就能发现 1.0mm的平面变形；
（2）当将截止高度角分别设为15o，20o和25o时，GPS平面监测精度会随截止高度角的增加有所提高，但考虑到低高度角时的多径干扰大，观测精度低，而高截止高度角又意味着观测数据的减少，因而在大坝变形监测数据处理中，建议采用20o的卫星截止高度角；
（3）基线较短且观测时段在2～3h时，如果基线两端的测站对流层环境差异不大，可以不估计对流层延迟改正参数；
（4）GPS实时大坝变形监测应用中不能使用广播星历而必须使用IGU或IGR外推星历，但在具体应用中应及时对异常卫星和不健康卫星进行探测和处理。
总之，只要选用良好的仪器设备和科学合理的观测处理方案，GPS静态定位技术应用于大坝变形监测是完全可行的。
参考文献
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[4]GPS一机多天线变形监测系统前期试验网的精度研究.工程勘察,2002(5):49-52
[5]杨光,何秀凤,华锡生等.GPS一机多天线在小浪底大坝变形监测中的应用.大坝监测仪器及自动化,2003,27(3):52-55
水库大坝表面变形自动化监测新技术 徐忠阳 （索佳公司北京代表处，北京 100004） 一、引言 有关资料标明，我国河川年径流量总量约2780Gm3，水能资源十分丰富，其中理论蕴藏量为676GW，可开发为378GW，为世界第一位。为了充分利用这些水利和水能资源，新中国刚成立时，政府就十分注意兴修水利，造福人类，到目前已建水库堤坝约8.7万座，其中绝大部分（约8万座）建于20世纪50～70年代。但是，由于历史原因，有相当部分水库堤坝未按基本程序办事，是靠群众运动建造的，因此存在工程质量差、安全隐患多的问题。经过几十年的运行，已经到了病险高发期。 水利工程即可以造福人类，如管理不善也会给社会带来惨重灾难和巨大的经济损失。历史上因水库溃坝给下游造成的毁灭性灾难并不鲜见。因此加强水库大坝的安全管理必不可少，其中大坝变形监测就是大坝安全管理的重要内容之一。 二、目前水库大坝变形监测的主要技术手段 目前，在大坝安全监测技术规范中，主要有《土石坝安全监测技术规范》和《混泥土坝安全监测技术规范》。 1、土石坝安全监测技术简介 在《土石坝安全监测技术规范》中，把大坝的变形监测内容分为：表面变形、内部变形、裂缝及接缝、混泥土面板变形及岸坡位移。 大坝表面变形监测主要分为竖向位移监测和水平位移监测。 （1）竖向位移监测的方法主要是精密水准法，或连通管（静力水准）法； （2）水平位移又分为横向（垂直坝轴线）位移和纵向（平行于坝轴线）位移。 a. 横向位移的监测方法主要是视准线法（活动标法、小角法、大气激光准直法等）；有必要且有条件时，可用三角网前方交会法观测增设工作基点（或位移测点）的横向水平位移。 b. 纵向水平位移观测，一般用因钢尺测量，或用普通钢尺加改正系数，有条件时可用光电测距仪测量。 （3）混泥土面板变形及岸坡位移监测的技术方法与大坝表面变形监测基本相同。 2、混泥土坝安全监测技术简介 《混泥土坝安全监测技术规范》规定：变形监测项目主要有坝体变形、裂缝、接缝以及坝基变形、滑坡体及高边坡的位移等。 （1）坝体、坝基、滑坡体及高边坡的水平位移监测 a. 重力坝或支墩坝坝体和坝基水平位移一般采用引张线法、真空激光准直法和垂线法监测。对于短坝，条件有利时也可用视准线法或大气激光准直法。
大坝变形监测施工与观测方法及要求 1.技术标准和规范： 承建工程变形监测仪器设备的检验、率定、埋设安装与施工期观测，应严格执行现行国家行业技术标准和规范，以及设计文件、承包合同要求。应执行的现行国家行业技术标准和规范主要有（但不限于）： （1）《混凝土大坝安全监测技术规范》（SDJ336—89） （2）《土石坝安全监测技术规范》（SL60—94） （3）《国家一、二等水准测量规范》（GB12897—91） （4）《国家三角测量规范》（GB/T17942-2000） （5）《水利水电工程测量规范》（SL197—97） （6）《水利水电工程施工测量规范》（SL52—93） 2.变形监测仪器设备购置、加工： 变形监测仪器设备购置、加工应按照经监理工程师批准的设计图纸、仪器设备清单进行。仪器设备购置、加工前应向监理工程师报送：（1）仪器设备购置、加工计划：（2）仪器设备检验、率定计划。仪器设备运抵施工现场后，应会同监理工程师开箱检查验收，应向仪器设备供应方索取仪器设备出厂合格证，计量检测证。仪器、设备检验合格后应妥善保管。 3.倒垂孔、钢管标、钢铝管双金属标造孔施工与埋设安装： 倒垂孔、钢管标、钢铝管双金属标应在施工部位形成后进行。按照设计坐标、高程进行钻孔孔位定位、放样。钻机就位，应认真进行校正。经校正安装固定的钻机，主轴必须严格垂直，钻孔孔位定位精度须满足设计要求。钻孔施工过程中应每进尺1 m～2m，采用倒垂浮体组配合弹性导中器进行钻孔垂直度检测，以控制钻孔质量，进而指导调整钻孔施工。倒垂孔钻孔垂直度应满足保护管安装埋设完成后，其保护管有效孔径必须在大于100mm。钢管标、钢、铝管双金属标钻孔垂直度应满足保护管安装埋设的要求。 钻孔进尺满足设计要求后，应通知设计、地质、监理工程师，参加钻孔终孔验收，并进行单项工程阶段性验收签证。终孔验收后，及时进行倒垂孔保护管、
边坡变形监测方案实施及数据处理分析 【摘要】边坡工程施工过程中，由于填挖面大，引起周边环境变形的可能性就高，需要对边坡进行有效的变形监测，针对变化及时采取一些方法处理，以保证设施的安全。这种项目就需要正确地采用一个合理的监测方案，对数据处理、分析。本文结合已完成项目的实例，对边坡进行水平位移和沉降监测，采用监测方法为精密二等水准、极坐标法，并对其进行分析。 【关键词】变形监测；基准网；变形点；边角网；极坐标法；闭合水准路线 1 工程概况 某变电站东南侧边坡于2011年发生滑坡，后采用42根抗滑桩进行加固处理。根据施工单位的反映，抗滑桩施工2012年3月施工完毕后至2012年5月初，抗滑桩发生位移，附近水泥地面发现裂缝，呈放大趋势。为了准确了解抗滑桩变形情况，要求对桩顶水平及垂直位移进行变形监测。 2 监测方案的实施 2.1 基准控制点和监测点的布设 2.1.1 基准网的建立 选择通视良好、无扰动、稳固可靠、远离形变护坡高度3倍即45m外比较稳定的地方埋设四个工作基点，其中三个工作基点A1、A2、A3采用有强制归心装置的观测墩，照准标志采用强制对中装置的觇牌。A2、A3为观测墩，地面高度约1.2m，埋深至基岩位置，A4为主要检核点，埋设在加固坎上，地质较为稳定。 A3、D12、SZ1为沉降基准点，D12在是4×4m的高压电塔加固水泥墩上，建成已超过一年，SZ1在另一电塔水泥墩上，墩台3.5×3.5m，建成时间超过三年，非常稳固。 2.1.2 变形点的建立 变形点应布置在边坡变形较大并能严格控制变形的边坡边沿位置。在边坡顶上布置27个变形监测点，编号分别为东侧为1-27。用膨胀螺栓垂直植入护坡混凝土中，螺栓孔深不小于100mm，露出地面30-80mm，用红色油漆在螺栓上做标记，并将螺栓顶部磨半圆。 基准点与各点位埋设完毕等候5天后，水泥凝固稳定后方可开始进行观测。 2.2 监测精度及频率要求
（一）大坝变形监测施工与观测方法及要求 1.技术标准和规范： 承建工程变形监测仪器设备的检验、率定、埋设安装与施工期观测，应严格执行现行国家行业技术标准和规范，以及设计文件、承包合同要求。应执行的现行国家行业技术标准和规范主要有（但不限于）： （1）《混凝土大坝安全监测技术规范》（SDJ336—89） （2）《土石坝安全监测技术规范》（SL60—94） （3）《国家一、二等水准测量规范》（GB12897—91） （4）《国家三角测量规范》（GB/T17942-2000） （5）《水利水电工程测量规范》（SL197—97） （6）《水利水电工程施工测量规范》（SL52—93） 2.变形监测仪器设备购置、加工： 变形监测仪器设备购置、加工应按照经监理工程师批准的设计图纸、仪器设备清单进行。仪器设备购置、加工前应向监理工程师报送：（1）仪器设备购置、加工计划：（2）仪器设备检验、率定计划。仪器设备运抵施工现场后，应会同监理工程师开箱检查验收，应向仪器设备供应方索取仪器设备出厂合格证，计量检测证。仪器、设备检验合格后应妥善保管。 3.倒垂孔、钢管标、钢铝管双金属标造孔施工与埋设安装： 倒垂孔、钢管标、钢铝管双金属标应在施工部位形成后进行。按照设计坐标、高程进行钻孔孔位定位、放样。钻机就位，应认真进行校正。经校正安装固定的钻机，主轴必须严格垂直，钻孔孔位定位精度须满足设计要求。钻孔施工过程中应每进尺1 m～2m，采用倒垂浮体组配合弹性导中器进行钻孔垂直度检测，以控制钻孔质量，进而指导调整钻孔施工。倒垂孔钻孔垂直度应满足保护管安装埋设完成后，其保护管有效孔径必须在大于100mm。钢管标、钢、
目录 摘要.............................................................................................................................................. I Abtract.............................................................................................................................................. I I 1 工程概况 (1) 2 监测目的 (2) 3 编制依据 (3) 4 控制点和监测点的布设 (4) 4.1 变形监测基准网的建立 (4) 4.2 监测点的建立 (4) 4.3 监测级别及频率 (5) 5 监测方法及精度论证 (6) 5.1水平位移观测方法 (6) 5.2沉降观测方法 (8) 5.3基坑周围建筑物的倾斜观测 (9) 6 成果提交 (10) 7 人员安排及施工现场注意事项 (11) 8 报警制度 (13) 9 参考文献 (13) 附录1 基准点布设示意图 (15) 附录2 水准观测线路设示意图 (16) 附录3 水平位移和沉降观测监测报表 (17) 附录4 巡视监测报表样表 (18) 附录5 二等水准测量观测记录手薄 (19) 附录6 水平位移记录表 (20)
1 工程概况 黄金广场6#楼基坑支护工程位于合肥市金寨路和黄山路交口西南角，基坑开挖深度为12.4m~13.3m，为临时性工程,为一级基坑，重要性系数1.1，基坑使用期为六个月。 由于多栋建筑物与基坑侧壁距离较近，均在基坑影响范围内。按照国家现行有关规范强制性条文，“开挖深度大于或等于5m或开挖深度小于5m但现场地质情况和周围环境较复杂的基坑工程以及其他需要监测的基坑工程应实施基坑工程监测。”为了及时和准确地掌握基坑在使用期间的变形情况以及基坑相邻建筑物主体结构的沉降变化，需对基坑进行水平位移(或沉降)变形监测，并对相邻建筑物进行沉降监测。为此，编制以下检测方案。
探讨大坝坝体变形监测的技术方法 发表时间：2020-04-14T01:59:35.586Z 来源：《建筑细部》2019年第21期作者：吴康翔[导读] 通过介绍大坝坝体变形监测的传统测量技术方法和ＧＮＳＳ测量技术方法，说明不同方法的特性和得到大坝坝体变形点坐标数据的过程。以ＧＮＳＳ测量技术方法为例，叙述了某大坝坝体变形监测的周期和采用的具体技术手段，对大坝坝体变形点的坐标数据进行了分析，得到某大坝坝体的变形状态。 吴康翔 深圳市深水水务咨询有限公司 518000 摘要：通过介绍大坝坝体变形监测的传统测量技术方法和ＧＮＳＳ测量技术方法，说明不同方法的特性和得到大坝坝体变形点坐标数据的过程。以ＧＮＳＳ测量技术方法为例，叙述了某大坝坝体变形监测的周期和采用的具体技术手段，对大坝坝体变形点的坐标数据进行了分析，得到某大坝坝体的变形状态。大坝坝体在建设和运营过程中，由于种种不利因素的影响，使得大坝坝体的质量问题受到威胁。为了及时得到大坝坝体的安全现状，需要采用科学的技术手段，对其进行变形监测。通过对变形数据的监测和分析，得出大坝坝体的水平位移量和垂直位移量，来预测大坝坝体的变形趋势，为管理者提供决策依据。从GPS在水库大坝变形监测中的应用特点入手，对其应用特点作了细致的梳理和阐述。接下来，特别地对于GPS技术在大坝变形监测中的精度影响因素作了具体分析。最后，分步骤详细阐述GPS技术在水库大坝监测领域的具体实施方法，并且对GPS技术的未来的发展和趋势。 关键词：大坝变形监测；位移量；监测点 大坝是一种特殊建筑物，其特殊性主要表现在如下3个方面：1．投资及效益的巨大和失事后造成灾难的严重性；2．结构、边界条件及运行环境的复杂性；3．设计、施工、运行维护的经验性、不确定性和涉及内容的广泛性。 以上特殊性说明了要准确了解大坝工作性态，只能通过大坝安全监测来实现，同时也说明了大坝安全监测的重要性。 随着科学技术的发展、管理水平的提高及人们观念的转变，大坝安全监测的内涵也进一步加深。大坝安全监测重在评价大坝安全，还有校核设计、改进施工和评价大坝安全状况作用。大坝安全监测的浅层意义是为了人们准确掌握大坝性态；深层意义则是为了更好地发挥工程效益、节约工程投资。大坝安全监测不仅为了被监测坝的安全评估，还有利于为今后除险加固工程设计提供原型观测资料。 一、大坝坝体变形监测的技术方法 1.1传统的测量技术方法 在大坝坝体变形监测传统的测量技术方法中，先是在坝体的主轴线周围选择基准点和变形点，共同构成监测点，然后将监测点布设成边角网，借助全站仪周期性观测边角网中的角度和距离，推算变形点的平面坐标，分析出变形点位的水平位移量数值；通过精密水准测量的手段周期性观测大坝变形点，计算出变形点位的垂直位移量数值。根据水平位移量和垂直位移量的大小，最后判断大坝坝体的变形情况。 如图１所示的大坝坝体变形监测边角网，其中Ｋ0１、Ｋ0２、Ｋ0３、Ｋ0４、Ｋ0５为基准点，Ｂ0１、Ｂ0２、Ｂ0３为变形点，通过传统的测量技术方法，可以完成大坝坝体变形监测的任务。但是，变形监测传统的测量技术方法，外业观测的工作量大、效率低和成本高，内业数据计算麻烦、处理过程复杂，因此，逐渐被其他的变形监测方法所替代。
《变形监测数据处理》课程教案 班级 测绘工程 0841-08420-1021 科目变形监测课程类型专业课学时数 4 教学内容第一章绪论 教学目的通过本章的学习，要求学生掌握变形监测的内容、目的与意义，熟悉变形监测技术及其发展，变形分析的的内涵及其研究进展。 重点变形监测的主要内容及其目的 难点本章无难点 教学方法课堂讲授 教学进程 第一讲变形监测的内容、目的与意义（2学时） 第二讲变形监测技术及其发展；变形分析的的内涵及其研究进展（2学时） 课后总结各种工程建筑物、构筑物变形监测的主要内容 变形监测三个方面的目的及三个方面的意义。 熟悉常见的几种变形监测技术，了解变形监测分析的内涵。 作业无 第一章变形监测数据处理 主要参考书: 1.陈永奇,吴子安,吴中如.变形监测分析与预报.北京:测绘出版社,1998 2.吴子安.工程建筑物变形观测数据处理.北京:测绘出版社,1989 3.陈永奇.变形观测数据处理.北京:测绘出版社,1988 4.吴中如.水工建筑物安全监控理论及其应用.北京:高等教育出版社,2003 5.吴中如,顾冲时.大坝原型反分析及其应用.南京:江苏科学技术出版社,2000 6.夏才初,潘国荣.土木工程监测技术.北京:中国建筑工业出版社,2001 7.王尚庆.长江三峡滑坡监测预报.北京:地质出版社,1999
8.李珍照.大坝安全监测.北京:中国电力出版社,1997 9.岳建平等.变形监测技术与应用. 国防工业出版社 2007 10.何秀凤.变形监测新方法及其应用.科学出版社 2007 11.伊晓东等.变形监测技术及应用.黄河水利出版社，2007 12.白迪谋.工程建筑物变形观测和变形分析.西南交通大学出版社，2002 13.朱建军等.变形测量的理论与方法.中南大学出版社，2004 14.唐孟雄等.深基坑工程变形控制.中国建筑工业出版社，2006 15.黄声享等.小浪底水利枢纽外部变形规律研究. 测绘出版社,2008.12 规范: 1.中华人民共和国行业标准.建筑变形测量规范（JGJ8-2007）. 北京:中国建筑工业 出版社,2008 2.中华人民共和国水利行业标准. 混凝土大坝安全监测技术规范（DL/T 5178-2003）. 北京：中国水利水电出版社, 2004 1.1 变形监测的内容、目的与意义 本节要求了解并掌握三方面的内容：变形监测的基本概念；变形监测的内容；变形监 测的目的和意义。 1.1.1 变形监测的基本概念 变形的概念：变形是自然界的普遍现象，它是指变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时空域中的变化。变形体的变形在一定范围内被认为是允许的，如果超出允许值，则可能引发灾害。自然界的变形危害现象时刻都在我们周边发生着，如地震、滑坡、岩崩、 地表沉陷、火山爆发、溃坝、桥梁与建筑物的倒塌等。 变形监测的概念：所谓变形监测，就是利用测量与专用仪器和方法对变形体的变形现象 进行监视观测的工作。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。变形监测工作是人们通过变形现象获得科学认识、检验理论和假设的必要手段。 变形体的范畴：变形体的范畴可以大到整个地球，小到一个工程建（构）筑物的块体， 它包括自然的和人工的构筑物。根据变形体的研究范围，可将变形监测研究对象划分为这样 三类： ?全球性变形研究，如监测全球板块运动、地极移动、地球自转速率变化、地潮等； ?区域性变形研究，如地壳形变监测、城市地面沉降等； ?工程和局部性变形研究，如监测工程建筑物的三维变形、滑坡体的滑动、地下开采使引起的地表移动和下沉等。
安徽建筑大学 毕业设计 (论文) 专业测绘工程 班级 2班 学生姓名翟凯 学号 11201050235 课题基于GPS大坝变形监测 指导教师施贵刚 2015年月日
摘要 大坝安全监测，着重于变形监测，是保证大坝运营安全，防止大坝灾难性事故发生的重要手段。本文基于GPS测量的基本原理，通过大坝变形监测网的布设，处理采集到的前后两期观测数据，通过比较监测点分别在WGS—84坐标系和1954北京坐标系下的坐标差值，得出的结果符合大坝变形的精度要求，从而得出某大坝尚未发生明显变形这一结论。不足之处在于标志点在WGS—84坐标系中向1954北京坐标系的投影过程中产生了误差，使得控制点的两期坐标不等。由此可知，各坐标之间转换的时候，投影误差不可以忽略，精度分析的时候，为减小误差，最好统一在WGS—84坐标系下进行解算、分析。 关键词；GPS ；变形监测；精度 ABSTRACT The dam safety monitoring, focuses on the deformation monitoring, it is to ensure the safety of dam operation, prevent the catastrophic accidents. In this paper, based on the basic principle of GPS measurement, through the dam deformation monitoring network layout, processing, both before and after the period of observation data collected by comparing the monitoring points in the WGS - 84 coordinate system and 1954 Beijing coordinates the coordinates of the difference, the results conform to the requirements of the precision of the dam deformation, thus a dam has not yet occurred obvious deformation of the conclusion. Shortcoming in the landmark in the WGS - 84 coordinate system to the 1954 Beijing coordinate system produced in the process of
1监测网的平差基准包括（固定基准，重心基准，拟稳基准） 2根据变形体的研究范围，可将变形监测研究对象划分为（全球性，区域性，工程和局部性）3变形分析的研究内容通常可分为（几何分析，物理解释） 4变形监测的概念，意义，什么是变形监测的几何分析，物理解释 5变形监测方案的内容 6变形监测网设计的质量准则 7平均间隙法的基本思想 8.变形的频率取决于p45 9.P25平稳随机过程的定义 10对于监测网平差的参考系问题，经典平差采用固定基准，自由网平差采用重心基准，拟稳平差采用拟稳基准 11要搞清变形的规律，必须分析引起变形的因素，对于大坝而言，引起变形的原因主要包括静水压力，坝体的温度变化，时效变化 12测量机器人P31 13常用的变形监测数学模型有：回归分析法，灰色系统模型，时间序列模型，神经网络模型 14变形监测所研究的理论和方法主要涉及到变形信息的获取、变形信息的分析与解释、变形预报 15 GPS用于变形监测的作业模式可分为周期性和连续性两种 16 简述变形监测技术中，地面监测方法的优点 17控制网优化设计问题的分类及解法：零类设计（基准设计）、一类设计（结构图形设计）、二类设计（观测值权的分配）、三类设计（网的改造或加密方案设计）。 18若监测资料分析的结果存在大的偏差, 则有两种可能现象: 误差引起(大误差或粗差)；真实变形(突变)。 19变形监测网可分为两类:有固定基准的绝对网（参考网）；没有绝对固定基准的相对网(自由网)。 20什么是变形监测的相对网、绝对网，他们之间有什么区别？ 绝对网中，固定基准位于变形体之外，在各观测周期中认为是不变的，以作为测定变形点绝对位移的参考点，这种监测网平差采用经典平差方法便可实现。 相对网中，由于全部网点均位于变形体上，没有必要的起算基准，是一种自由网，平差时存在参考系秩亏，为了分析变形，需要寻找一个恰当的变形参考系。 21下表为某坝2个坝段半年的水平位移观测资料，为了分析它们之间相互检核的可能性试利用相关系数检验他们之间的相关程度。（取置信水平α=0.01）
大坝边坡变形监测方案 1、编制依据 1、三江口水利枢纽工程右坝肩施工图设计文件 2、《水利水电工程施工测量规范》(SL52-93) 3、《工程测量规范》（GB50026-2003） 4、《国家三角测量规范》（GB/T17942-2000） 5、《国家三、四等水准测量规范》（GB12898-2009） 6、三江口水利枢纽工程坝肩地形地质调查资料 2、工程概况 2.1工程基本情况 三江口水利枢纽工程位于重庆市彭水县青平乡境内的普子河下游，距彭水县城35km，是普子河流域规划的第四个阶梯级电站。 三江口水利枢纽工程是一水利综合利用工程，工程的开发任务为发电、灌溉、场镇供水和农村人、畜饮水。根据《防洪标准》（GB50201-94），三江口水利枢纽工程属Ⅲ等中型工程。水库为不完全年调节水库，正常蓄水位306.0m，总库容6813万m3，灌溉面积 5.231万亩，向乡镇及人畜年供水量1325万m3，电站总装机3.0万kw。 枢纽建筑物主要由拦河大坝、溢流表孔、电站进水口、发电引水系统及电站厂房、灌溉干渠及大型渠系交叉建筑物等组成。 拦河大坝为混凝土双曲拱坝，在其右岸非溢流坝段设置取水建筑物，泄水建筑物包括溢流表孔、大坝底孔。大坝基础高程为236.00m，坝顶高程309.50m，最大坝高73.5m，坝顶长度201.06m，中部偏左岸布置5孔表孔泄洪；坝顶宽5m，底宽18m；压力引水隧洞全长603m,圆型洞身开挖断面6.3m。 2.2工程地质 2.2.1气象 普子河流域属亚热带湿润气候区，气候温和，雨量弃沛，四季分明。多年平均气温17.6℃，极端最高气温44.1℃，极端最低气温～3.8℃，多
大坝变形监测
安徽建筑大学 毕业设计 (论文) 专业测绘工程 班级 2班 学生姓名翟凯 学号 11201050235 课题基于GPS大坝变形监测 指导教师施贵刚 2015年月日
摘要 大坝安全监测，着重于变形监测，是保证大坝运营安全，防止大坝 灾难性事故发生的重要手段。本文基于GPS测量的基本原理，通过大坝变形监测网的布设，处理采集到的前后两期观测数据，通过比 较监测点分别在WGS—84坐标系和1954北京坐标系下的坐标差值，得出的结果符合大坝变形的精度要求，从而得出某大坝尚未发生明 显变形这一结论。不足之处在于标志点在WGS—84坐标系中向1954北京坐标系的投影过程中产生了误差，使得控制点的两期坐标不等。由此可知，各坐标之间转换的时候，投影误差不可以忽略，精 度分析的时候，为减小误差，最好统一在WGS—84坐标系下进行解算、分析。 关键词；GPS ；变形监测；精度 ABSTRACT The dam safety monitoring, focuses on the deformation monitoring, it is to ensure the safety of dam operation, prevent the catastrophic accidents. In this paper, based on the basic principle of GPS measurement, through the dam deformation monitoring network layout, processing, both before and after the period of observation data collected by comparing the monitoring points in the WGS - 84 coordinate system and 1954 Beijing coordinates the coordinates of the difference, the results conform to the requirements of the precision of the dam deformation, thus a dam has not yet occurred obvious deformation of the conclusion. Shortcoming in the landmark in the WGS - 84 coordinate system to the 1954 Beijing coordinate system
变形监测数据处理 第一章引论 变形是自然界的普遍现象，它是指变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时空域中的变化。 变形监测，就是利用测量与专用仪器和方法对变形体的变形现象进行监视观测的工作。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。 变形体的范畴可以大到整个地球，小到一个工程建（构）筑物的块体，它包括自然的和人工的构筑物。根据变形体的研究范围，可将变形监测研究对象划分为这样三类： 1.全球性变形研究，如监测全球板块运动、地极移动、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、城市地面沉降等； 3.工程和局部性变形研究，如监测工程建筑物的三维变形、滑坡体的滑动、地下开采使引起的地表移动和下沉等。 变形监测的内容，应根据变形体的性质与地基情况来定。 1）工业与民用建筑物：主要包括基础的沉陷观测与建筑物本身的变形观测。就其基础而言，主要观测内容是建筑物的均匀沉陷与不均匀沉陷。对于建筑物本身来说，则主要是观测倾斜与裂缝。对于高层和高耸建筑物，还应对其动态变形（主要为振动的幅值、频率和扭转）进行观测。对于工业企业、科学试验设施与军事设施中的各种工艺设备、导轨等，其主要观测内容是水平位移和垂直位移。 2）水工建筑物：对于土坝，其观测项目主要为水平位移、垂直位移、渗透以及裂缝观测。对于混凝土坝，以混凝土重力坝为例，由于水压力、外界温度变化、坝体自重等因素的作用，其主要观测项目主要为垂直位移（从而可以求得基础与坝体的转动）、水平位移（从而可以求得坝体的扭曲）以及伸缩缝的观测，这些内容通常称为外部变形观测。此外，为了了解混凝土坝结构内部的情况，还应对混凝土应力、钢筋应力、温度等进行观测，这些内容通常称为内部观测。 3）地面沉降：对于建立在江河下游冲积层上的城市，由于工业用水需要大量地吸取地下水，而影响地下土层的结构，将使地面发生沉降现象。对于地下采矿地区，由于在地下大量的采掘，也会使地表发生沉降现象。这种沉降现象严重的城市地区，暴雨以后将发生大面积的积水，影响仓库的使用与居民的生活。有时甚至造成地下管线的破坏，危及建筑物的安全。因此，必须定期地进行观测，掌握其沉降与回升的规律，以便采取防护措施。对于这些地区主要应进行地表沉降观测。 变形监测所研究的理论和方法主要涉及到这样三个方面：变形信息的获取；变形信息的分析与解释；以及变形预报。 对于工程建筑物，变形监测的意义重点表现在：确保安全、验证设计、灾害防治。
大坝变形监测问题浅析 作者：梁斌作者单位：陕西省宝鸡峡管理局信息通讯中心 摘要：对大坝变形监测中存在的环境潮湿、设备受各种外界条件干扰、折光影响、测点变形、蓄水期前很少测得大坝监测的基准值等问题进行分析，并根据实践提出一些看法。 关键词：变形监测环境潮湿外界干扰测点变形基准值 Abstract：This paper analyzes s。me issues occurred in dam deformation monitoring,including wet environment，facilities disturbed by external condition,refraction influence，mark deformation，few datum value obtained before impounded．so，some opinions have been brought renvard by practice． Keywords：deformation monitoring，datum value，mark deformation，wet environment，external disturbance 1 概述 大坝变形是坝体和基础状态的综合反映，也是衡量大坝运行时结构是否正常、可靠、安 全的重要标志。因此，变形监测一直被列为大坝主要观测项目，特别受到运行管理单位的重视。 我国变形监测是从l954年开始，最早在丰满大坝采用视准线观测坝顶水平位移，50年代 末在新安江、三门峡等大坝也都开展了变形监测。60～70年代以后，一般大、中型坝均设有 变形监测项目。观测方法在50－60年代基本是用视准线量测水平位移，用精密水准法测垂直 位侈，用正倒垂线测坝体和坝基的相对变形及绝对变形。70年代开始采用引张线等，80年代 变形观测发展很快，出现了垂线及引张线遥测坐标仪、真空激光准直系统、遥测静力水准仪等，对水工建筑物的监测也从坝体和坝基扩展到坝基深处、坝肩及近坝库岸边坡等。90年代 我国变形监测开始进入自动化阶段，采用了先进仪器和自动化数据采集系统，含有专家系统 和决策支持系统一定成分的大坝监测信息系统正在一些大坝开展并实现，有的已经联网，实 现了多座大坝的安全监测信息管理系统。 但在变形监测中普遍存在观测环境潮湿，致使设备金属部分生锈，电气部分绝缘降低， 监测不能正常连续工作；观测设备受到外界条件干扰严重(视准线受折光影响，垂线和引张线受风、冰霜冻结、人为和动物碰撞等)；有的测点采用焊接钢架结构，由于金属蠕变或内应力变形，带来很大的误差，使观测资料失真；有的测点基础混凝土因冻胀变形，出现坝体抬高 等问题；多数大坝缺少首次蓄水监测，大部分都未测得蓄水前及蓄水期间的观测资料，即无 蓄水前的基准值，往往是在蓄水后若干年才从头开始，其基准值是相对某一水位的数值；给 资料整理与分析带来了一定的困难。上述问题不仅影响变形监测的精度，还影响大坝监测工 作的正常进行；有的花很大力量解决后，监测资料又不连续，有的至今仍在困扰着变形监测 工作的开展，特别是影响变形监测自动化系统的长期性和稳定性。现对这些问题加以分析， 并根据实践提出一些看法，供参考。 2 环境潮湿 有的大坝变形监测系统布设在廊道、坝腔、竖井等处，这些地方在一年中，有时干燥，
《变形监测数据处理》课程教案 第一章变形监测数据处理 主要参考书: 1.陈永奇,吴子安,吴中如.变形监测分析与预报.北京:测绘出版社,1998 2.吴子安.工程建筑物变形观测数据处理.北京:测绘出版社,1989 3.陈永奇.变形观测数据处理.北京:测绘出版社,1988 4.吴中如.水工建筑物安全监控理论及其应用.北京:高等教育出版社,2003 5.吴中如,顾冲时.大坝原型反分析及其应用.南京:江苏科学技术出版社,2000 6.夏才初,潘国荣.土木工程监测技术.北京:中国建筑工业出版社,2001 7.王尚庆.长江三峡滑坡监测预报.北京:地质出版社,1999
8.李珍照.大坝安全监测.北京:中国电力出版社,1997 9.岳建平等.变形监测技术与应用. 国防工业出版社 2007 10.何秀凤.变形监测新方法及其应用.科学出版社 2007 11.伊晓东等.变形监测技术及应用.黄河水利出版社，2007 12.白迪谋.工程建筑物变形观测和变形分析.西南交通大学出版社，2002 13.朱建军等.变形测量的理论与方法.中南大学出版社，2004 14.唐孟雄等.深基坑工程变形控制.中国建筑工业出版社，2006 15.黄声享等.小浪底水利枢纽外部变形规律研究. 测绘出版社,2008.12 规范: 1.中华人民共和国行业标准.建筑变形测量规范（JGJ8-2007）. 北京:中国建筑工业 出版社,2008 2.中华人民共和国水利行业标准. 混凝土大坝安全监测技术规范（DL/T 5178-2003）. 北京：中国水利水电出版社, 2004 1.1 变形监测的内容、目的与意义 本节要求了解并掌握三方面的内容：变形监测的基本概念；变形监测的内容；变形监测的目的和意义。 1.1.1 变形监测的基本概念 变形的概念：变形是自然界的普遍现象，它是指变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时空域中的变化。变形体的变形在一定范围内被认为是允许的，如果超出允许值，则可能引发灾害。自然界的变形危害现象时刻都在我们周边发生着，如地震、滑坡、岩崩、地表沉陷、火山爆发、溃坝、桥梁与建筑物的倒塌等。 变形监测的概念：所谓变形监测，就是利用测量与专用仪器和方法对变形体的变形现象进行监视观测的工作。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。变形监测工作是人们通过变形现象获得科学认识、检验理论和假设的必要手段。 变形体的范畴：变形体的范畴可以大到整个地球，小到一个工程建（构）筑物的块体，它包括自然的和人工的构筑物。根据变形体的研究范围，可将变形监测研究对象划分为这样三类： ?全球性变形研究，如监测全球板块运动、地极移动、地球自转速率变化、地潮等； ?区域性变形研究，如地壳形变监测、城市地面沉降等； ?工程和局部性变形研究，如监测工程建筑物的三维变形、滑坡体的滑动、地下开采使引起的地表移动和下沉等。
变形监测定义 是指对被监测的对象或物体进行测量以确定其空间位置几内部形态随时间的变化特征。 变形监测的目的 1）分析和评价建筑物的安全状态2）验证设计参数3）反馈设计施工4）研究正常的变形监测规律和预报变形的方法 变形监测的意义 对于机械技术设备，则保证设备安全、可靠、高效地运行，为改善产品质量和新产品的设计提供技术数据；对于滑坡，通过监测其随时间的变化过程，可进一步研究引起滑坡的成因，预报大的滑坡灾害；通过对矿山由于矿藏开挖所引起的实际变形观测，可以采用控制开挖量和加固等方法，避免危险性变形的发生，同时可以改变变形预报模型；在地壳构造运动监测方面，主要是大地测量学的任务，但对于近期地壳垂直和水平运动以及断裂带的应力积聚等地球动力学现象、大型特种精密工程以及铁路工程也具有重要的意义。 变形监测的特点 1）周期性重复观测2）精度要求高3)多种观测技术的综合应用4）监测网着重于研究电位的变化 变形监测的主要内容 现场巡视；环境监测；位移监测；渗流监测；应力、应变监测；周边监测 变形监测的精度和周期如何确定，有何依据 精度：1917年国际测量工作者联合会（FIG）第十三届会议上工程测量组提出：如果观测的目的是为了使变形值不超过某一允许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；如果观测的目的是为了研究其变形的过程，则其中误差应比这个数小的多。 周期：变形监测的周期应以能系统反映所测变形的变化过程且不遗漏其变化时刻为原则，根据单位时间内变形量的大小及外界影响因素确定。 变形监测系统设计的原则 1）针对性2）完整性3）先进性4）可靠性5）经济性 变形监测系统设计主要内容 1）技术设计书2）有关建筑物自然条件和工艺生产过程的概述3）观测的原则方案4）控制点及监测点的布置方案5）测量的必要精度论证6）测量的方法及仪器7）成果的整理方法及其它要求或建议8）观测进度计划表9）观测人员的编制及预算 变形监测点的分类及每类要求 1）基准点：埋设再稳固的基岩上或变形区外，尽可能长期保存。每个工程一般应建立3个基准点，以便相互校核，确保坐标系统的一致。当确认基准点稳定可靠时，也可以少于3个，应进行定期观测。2）工作点：埋设再被研究对象附近，要求在观测期间保持点位的稳定，其点位由基准点定期监测。3）变形观测点：埋设再建筑物内部，0 变形呢监测点标石埋设后，应在其稳定后方可开始观测。稳定期一般不宜少于15天。变行监测技术在哪几方面取得了 较好的发展？ ①自动化监测技术②光纤传感检 测技术③CT（计算机层析成像）技 术的应用④GPS在变形监中的应 用⑤激光技术的应用⑥测量机器 人技术⑦渗流热监测技术⑧安全 监控专家系统 什么是垂直位移和沉降？建筑物 沉降与哪些因素有关？ 从词面来说，垂直位移能同时表示 建筑物的下沉或上升，而沉降只能 表示建筑物的下沉，对大多数建筑 物来说特别是施工阶段，由于垂直 方向上的变形特征和变形过程主 要表现为沉降变化，因此实际应用 中通常采用沉降一词。 影响建筑物沉降的因素有：（1）建 筑物基础的设计（2）建筑的上部 结构（3）施工中地下水的升降 监测方法与技术要求有哪些 视线长度、前后视距差和视线高 度；水准测量主要限差；沉降监测 点的精度要求。 精密水准测量的误差来源有哪 些？如何减弱i角误差对沉降观 测结果的影响？ 误差来源:1）仪器误差：水准仪i 角误差；水准尺长与名义尺长不符 2）外界环境引起的误差：高压输 电线和变电站等强磁场的影响；温 度和大气折光影响3）人为引起的 误差 方法：减小i角误差的影响，必 须严格控制前后视距差和前后视 距累计差，又由于i角误差会受温 度等影响，减弱其影响的有效方法 是减少仪器受辐射热的影响；若i 角误差与时间成比例地均匀变化， 则可以采用改变观测程序（奇数站 —后前前后；偶数站—前后后前） 的方法减小i角误差影响。 精密水准测量监测方法与技术要 求有哪些 方法：采用精密水准测量方法进行 沉降监测时，从工作基点开始经过 若干监测点，形成一个或多个闭合 或附合路线，其中以闭合路线为 佳，特别困难的监测点可以采用支 水准路线往返测量。 要求：视线长度、前后视距差和视 线高度；水准测量主要限差；沉降 监测点的精度要求。 测点布设原则与方法 建筑物水平位移监测的测点宜按 两个层次布设，即由控制点组成控 制网，由观测点及所联测的控制点 组成扩展网；对单个建筑物上部或 构件的位移监测，可将控制点连同 观测点按单一层次布设。 水平位移监测常用的观测方法有 1）大地测量法2）基准线法3）专 用测量法4）GPS测量法 交会观测方法有几种及什么情况 用哪种方法 1）测角交会法：采用测角交会法 时，交会角最好接近90°若条件 限制，也可设计在60°~120°， 工作基点到测点的距离不宜大于 300m。2）侧边交会法：r角通常 应保持60°~120°，测距仔细， 交会边长度a和b应力求相等，一 般不大于600m；3）后方交会法 精密导线测量方法 1）边角导线法 2）弦矢导线法 数据处理和分析主要内容 1）粗差检查及处理2）点温度条 件检查3）数据可靠性检查。 挠度及挠度观测及方法 定义：测定建筑物受力后挠曲程 度的工作称为挠度观测。建筑物在 应力的作用下产生弯曲和扭曲，弯 曲变形时横截面形心沿与轴线垂 直方向的线位移称为挠度。 方法：1）高层建筑—前方交会法 2）内部有竖直通道的建筑物—垂 直观测法3）电子传感设备 对于以产生的裂缝应进行哪些内 容的监测工作？ 对建筑物的裂缝应进行位置、长 度、宽度、深度和错距等的定期观 测。对建筑物表面及内部可能产生 裂缝的部位应预埋设备，进行定期 观测或临时采用适宜方法进行探 测。 裂缝监测的方法 1）测微器法2）测缝针3）超声波 检测 变形监测数学模型指什么？有哪 些？ 表示建筑物的变形与产生变形的 各因素之间的关系的函数，称为变 形监测数学模型。 统计分析模型、确定性模型、混合 模型、灰色系统分析模型、时间序 列分析模型、神经网络模型 变形监测数学模型的分类。 第一类是基于数学统计的数学模 型，有回归、时间序列、灰色系统； 第二类是基于力学理论的数学模 型，有数值数学模型；第三类是人 工智能数学模型，有神经网络模 型。 现代GPS监测技术有哪些（论述 题） 1）GPS实时监测技术；基本思想： 在基准站上安置一台GPS接收机， 对所有可见GPS卫星进行连续观 测，并将其观测数据通过无线电传 输设备发送给流动站，流动站接收 基准站传输的观测数据，然后根据 相对定位原理，实时地计算并显示 用户站的三维坐标及其精度。2） GPS一机多天线监测技术；系统设 计原则：先进性、可靠性、自动化、 易维护、经济性；基本思想：在不 改变己有GPS接收机结构的基础 上，通过一个附加的GPS差分信号 分时器连接开关将多个天线阵列 与同一台接收机连接，通过GPS 数据处理后可获得变形体的变形 规律。组成：控制中心，数据通信， GPS多天线控制系，野外供电系 统。 GPS在变形监测中的应用优势 1）各监测站之间无需通视，是相 互独立的观测值2）GPS可以实现 全天候定位，可以在暴风雨中进行 监测3）GPS测定位移自动化程度 高。所测三维坐标可直接存入监控 中心服务器，并进行安全性分析。 4）GPS定位速度快，精度高。 监测资料的编整的一般规定 监测资料整编包括平时资料整理 和定期资料编印。 平时资料整理包括：适时检查各 观测项目原始观测资料和巡视检 查记录的正确性、准确性和完整 性；及时进行各观测物理量的计 算，填写数据记录表格；随时点绘 观测物理量的过程线图考察和判 断侧枝的变化趋势；随时整理巡视 检查记录，补充和修正，确保资料 的衔接与连续性。 定期资料编印包括：汇集工程监 测的相关资料、报告、文件；对各 项观测物理量进行统计和校对；绘 制各观测物理量的分布特征图，有 关因素的相关图；分析各观测量的 变化，提出意见；对资料进行全面 复核，汇编并说明，刊印成册，建 档保存。 整编资料的审查包括完整性审查， 连续性审查，合理性审查，争辩说 明的审查。 监测资料的定期编印应包含哪些 内容？ ①汇集工程基本概况/监测系统布 置和各项考证资料/以及各次巡检 资料和有关报告、数据等 ②在平时资料整理的基础上，对整 编时段内的各项观测物理量按时 序进行列表统计和校对，此时如发 现可疑数据，一半不宣删改，应加 注说明提醒读者注意 ③绘制能表示各观测物理量在时 间上和空间上的分布特征网，以及 有关因素的相关关系图 ④分析与观测物理量及其对工程 安全的影响，并对影响工程安全的 问题提出运行和处理意见 ⑤对上述资料进行全面复核，汇 编，并附以整编说明后，刊印成册， 建档保存，采用计算机数据系统进 行资料存储和整编，整编软件应具 有数据导入，修改，查询，以及整 编图表的输出打印功能，还应复制 软盘备份 如何对检测资料分析（论述题） 常用的分析方法有作图分析，统计 分析，对比分析和建模分析 监测资料的分析一般分为定期分 析和不定期分析。1．定期分析： １）施工期资料分析２）运营初期 资料分析３）运行期资料分析 ２．不定期分析：有特殊需要时才 专门进行的分析，如遇洪水，地震 等。 监测数据的预处理内容及为什么 要进行预处理 内容：监测物理量的转换、监测 数据的粗差检查、以及系统误差的 检验等。 原因：1）监测数据可能不是我们 想要的格式，必须将其转换成我们 需要的数据格式2）对任何一个监 测系统，其观测数据中或多或少会 存在粗差，在变形分析的开始有必 要先对观测数据进行预处理，将粗 差剔除。 建筑物沉降监测的主要方法有那 些？监测项目的内容有哪些？步 骤有哪些？数据分析处理包括？ 方法：精密水准法、沉降仪量测 法、三角高程。 内容：1）基础沉降2）水平位移 3）滑坡监测4）裂缝监测5)内部 监测。 步骤：1）沉降监测方案研究与技 术设计2）沉降监测仪器检验3） 沉降监测点位布设4）沉降监测数 据采集5）沉降监测数据处理6） 沉降量计算与分析7）沉降量报表 8）沉降量过程曲线绘制9）沉降 监测报告编写。 数据分析处理：1）进准网数据处 理，当基准网独立监测时，基准为 可以独立平差计算2）各周期数据 处理，各周期监测后进行数据平差 计算。 建筑物内部监测包括的内容 ①位移监测②应力/应变监测③温 度监测④地下水位及渗流监测⑤ 挠度监测⑥裂缝监测等 建筑物基础沉降数据处理包括哪 些内容？ 1）基准网数据处理； 2）各周期数据处理。 建筑物沉降监测项目： 1）基础沉降2）水平位移3）滑坡 监测4）裂缝监测5)内部监测。方 法：1）沉降监测方案研究与技术 设计2）沉降监测仪器检验3）沉 降监测点位布设4）沉降监测数据 采集5）沉降监测数据处理6）沉 降量计算与分析7）沉降量报表8） 沉降量过程曲线绘制9）沉降监测 报告编写。 建筑物倾斜监测的方法有哪些？ 纵横距投影法：当测定偏距e的 精度要求不高时，可以采用纵横距 投影法； 角度前方交会法：当测定偏距e 的精度要求较高时，可以采用角度 交会法； 任意点置镜方向交会法：当建筑 物属于非刚体变形，建筑物在施工 阶段其楼体上变形点无法置镜时 采用； 激光垂准法：当需要计算建筑物 某轴线的倾斜度时采用。 工业与民用建筑物变形监测的监 测方案及技术设计有哪些。 精度设计：按《建筑物沉降监测规 范》规定，一般建筑物应反映1mm 的沉降量，这就要求监测精度要高 于±1mm，一般按二等水准测量技 术规定执行。对于研究性的监测， 应采用一等水准测量技术指标。在 实施监测时，某些技术要求要高于 相应等级。②仪器选择：根据规范 的要求，一般采用S1级精密水准 仪（光学或电子）。对于非常重要 建筑或沉降量较大地区的沉降监 测、高速公路等，也可采用三等水 准测量技术指标实施监测。 变形监测实例的内容、方法、数据 分析、处理要求。 工业与民用建筑物变形监测的主 要监测项目： 1.沉降监测 2.水平位移监测 3.倾斜监测 4.裂缝监测 5.振动频率监测。 桥梁变形监测的主要内容：桥梁 墩台变形观测；塔柱变形观测；桥 面挠度观测；桥面水平位移观测。 方法：1）垂直位移监测2）水平 位移监测3）挠度观测。 基坑工程监测内容及方法？ 内容：包括围护结构和周围环境 两大部分。围护结构包括维护撞 墙、水平支撑、围檀、和围梁、立 柱、坑底土层和坑内地下水等，周 围环境包括周围土层、地下管线、 周围建筑和坑外地下水等。 方法：水平位移监测：极坐标法、 前方交会法、视准线法等；沉降监 测：精密水准测量、精密三角高程 测量、液体静力水准测量。 基坑工程监测的项目有哪些？ 桩墙顶部水平位移和沉降；深沉水 平位移；基坑回弹；土体分层沉降； 结构内力；坑外地下水；周围环境。 基坑监测的数据处理有哪些？ 监测前应设计各种不同的外业记 录表格，表格中的数据不得随意更 改；外业监测数据应尽快计算处 理，并提交日报表或技术报告，必 要时还需要提交各种监测图；工程 结束应提交完整的监测技术总结 报告。 基坑施工监测周期和预警值一般 怎样确定？ 基坑监测贯穿基坑开挖和地下结 构施工的全过程，即从基坑开挖第 一批土到地下结构施工至标高，基 坑越大，施工时间越长，监测期限 就越长 确定预警值时应注意下列基本原 则：1满足现行相关规范和规程的 要求2满足工程设计的要求3考虑 与主管部门对所辖保护对象的要 求4考虑工程质量，施工进度，技 术措施和经济等因素 盾构隧道施工监测的项目？ 1）土体介质的监测：地表的沉降 监测，土地分层沉降和深层位移监 测，土体回弹测量，土体应力和孔 隙水压力测量（2）周围环境的监 测：相邻房屋和重要结构物的变形 监测，相邻地下管线的变形监测 （3）隧道变形的监测：隧道沉降 和水平位移监测，隧道断面收敛位 移监测，隧道应变和预制管片凹凸 接缝处法向应力测量 数据整理：1）校核各项原始记录， 检测各次变形监测值的计算是否 有误2）变形值计算3）绘制各种 变形过程线、建筑物变形分布图。 分析：1）成因分析2）统计分析3） 变形预报和安全判断。 水工建筑物变形监测 主要项目： ①水文：水位，降水，波浪，冲淤， 气温，水温； ②变形：地基，裂缝，接缝，边坡 ③渗流：坝体，坝基，绕渗，渗流 量，地下水，水质 ④应力：应力土壤，混凝土，钢筋， 钢板，接触面，温度 ⑤水流：压强，流压，掺气，消能 ⑥地震：振动 监测方法：1）水平位移监测，2） 垂直位移监测 边坡工程主要项目内容有哪些？ 外部变形监测周期和预警值一般 怎样确定？ 内容：1）地表位移裂缝2）地下 位移裂缝3）地声4）应变5）地 下水位，孔隙水压力，河库水位， 泉流量6）降雨量，地温，地震。 确定方法：施工阶段的边坡监测 贯穿边坡施工的全过程不同的边 坡工程：由于边坡的类型，规模， 所处阶段，以及边坡变形速率等不 同，其监测期限和频率不同，监测 周期根据边坡类型、规模、所处阶 段以及边坡变形速率影响。预警值 的确定要参照现行规范和规程的 规定值、设计预估值和经验类比 值，从变形总量和变形速率两方面 加以控制。 模型建立思想、过程、优势、依 据 统计分析模型思想：虽然建筑物 变形和各变形因素之间的关系复 杂，但从数理统计的理论出发，对 建筑物的变形量与各种作用因素 的关系，在进行了大量的试验和观 测后，仍有可能找出它们之间的一 定的规律性。这种方法称为回归分 析法，建立起来的数学模型称为统 计分析模型。 逐步回归过程步骤：1）首先根据 经验或对变形值与外界作用因子 间的初步分析，确定回归方程的初 选模型及各个因子2）经回归计算 建立回归方程，在此方程中找出系 数|ai|为最小者，并将其剔除回归 方程后，重新进行回归计算，建立 新的回归方程。3）计算第一次回 归方程的残差平方和Q2以及新的 回归方程之残差平方和Q’2。求 出△Q2=Q2-Q’2，组成统计检验量 并进行f检验。若检验表明该因子 作用不显著，则正式剔除回归方 程，否则应保留在方程内。然后再 对第二个系数|ai|较小的因子进 行显著性检验，一直到全部因子检 验结束为止。4）对最后所建立的 回归方程作回归效果显著性检验。 如不理想，加入一些备选因子并对 新加入的因子逐个进行显著检验。 直到各个因子作用都显著且回归 效果也很理想，就可以得到所需最 佳回归方程。 优势：可以描述随机变量与其他 变量之间的相关关系，是对随机变 量的静态描述。 灰色系统分析模型：优势：首先 是它把离散数据视为连续变量在 其变化过程中所取的离散值，从而 可利用微分方程式处理数据；而不 直接使用原始数据而是由它产生 累加生成数，对生成数列使用微分 方程模型。这样，可以抵消大部分 随机误差，显示出规律性。 灰色关联分析：1）构造灰色关联 因子集2）灰色关联度计算公式3） 灰色关联序 时间序列分析模型：基本思想： 对于平稳、正态、零均值的时间序 列{xt}，若xt的取值不仅与其前 N步的各个取值x（t-1），x （t-2），…x（t-n）有关，而且还 与前M步的各个干扰a（t-1），a （t-2），…a(t-m)有关，则按多元 线性回归的思想，可得到最一般的 ARMA模型。 建模步骤：1）数据获取与预处理 2）模型结构选择3）模型结构调 整4）模型参数估计5）模型适用 性检验6）适用模型 优势：是动态模型，是对随机过 程的动态描述。 统计模型的建立及三大类的不同 特点。（综合题） 根据数理统计，对建筑物的变形量 与各种作用因素的关系，在进行了 大量的试验和观测后，仍然有可能 寻找出它们之间的规律性，这种处 理方法称为回归分析法。建立起来 的数学模型称为统计分析模型。 统计分析模型包括：一元线性回归 模型、多元线性回归模型、逐步回 归分析模型。