2015年第17期
应用科技科技创新与应用
摄影测量在变形测量中的应用及精度分析
孙佳
（北京市怀柔测绘所，北京101400）
摄影测量学属于地球空间信息科学的范畴，是研究利用摄影手段获得被测物体的图像信息，从几何和物理两方面进行分析处理，对所摄对象的本质提供各种信息的一门学科。摄影测量学是利用光学摄影机进行摄影的像片，来研究和确定被测物体的大小、形状、性质、位置以及相互关系，并进行记录、分析和表达的一门科学和技术。
摄影测量学按照距离的远近分为：航天、航空、地面、近景和显微摄影测量；按照用途可分为：地形摄影测量、非地形摄影测量与遥感；按照处理手段可分为：模拟、解析和数字摄影测量。
现代摄影测量学的研究方向是利用航空影像和卫星高分辨率影像的数据源，来扩展计算机立体像对的相关理论与算法，并发展立体几何模型的确定和精化的新方法，以及研究相对困难地区的数字立体测图技术；研究地面或近景摄影测量，在现代化生产过程中，如变形监测及土木工程中的问题。文章主要阐述摄影测量学在变形监测中的应用。
变形的定义：指的是变形体在各种载荷的作用下，大小、形状及位置在时间和空间上的变化。而变形监测又称变形测量或者变形观测，变形测量是对设置在变形体上的观测点进行周期性地反复观测，求得观测点在各周期内相对于第一次观测时的点位或高程的变化量。虽然地面摄影测量技术应用在变形监测中的时间较早，但是由于这种技术的摄影距离过远，而且绝对精度低，使其应用受到限制，以往仅应用于塔楼、烟筒、高耸雕像、水坝砸门等的变形监测。随着近几年数字摄影测量和近景摄影测量技术的发展，逐渐取代了原有的地面摄影测量技术，为摄影测量技术在变形监测中更好的应用开拓了值得瞩目的前景，是变形监测未来发展的新趋势。
利用数字近景摄影测量技术进行变形测量比其它测量手段有着明显的优点：数字近景摄影测量是一种瞬间得到被摄物体物理信息和几何信息的测量技术，非常适用于观测点众多的目标，并且它是一种非接触式的测量手段，非常适合监测滑坡区、塌陷区等的变形作业。在利用高分辨率的数码相机进行相似材料模型变形监测时，可以利用DLT和自检校光束法平差算法测定的观测点三维空间坐标的精度，是可以满足矿山岩层和地表移动相似材料模型观测的要求。为矿山、土木工程等的实际作业提供了理论和实践基础。在利用高分辨率的非量测普通数码相机，采用非固定摄影站自由直接拍摄技术时，所测定的模型位移场的规律性是符合实际情况的，同时还可获得不同时刻的影像数据，为研究变形动态过程提供了大量的监测信息。
近年来，由于摄影测量技术的飞速发展，尤其是数字摄影测量技术，使得摄影测量的方法越来越多地用于大型工程建筑物（例如大型水库边坡、高层及超高层建筑物等）的变形观测。航空摄影测量也更多地用于较大范围的地面变形测量，例如，测定由于矿山采矿而引起的山坡移动。这些工程多数采用摄影测量方法，除了它本身优点的原因外，更主要的原因是近几年来摄影测量测定点位精度的明显提高。而精度提高的关键因素是硬件的改进（高分辨率的摄影主机和更加精密的测量仪器），以及应用软件的快速发展。现在由于计算机被广泛的应用，使得作业人员能够采用严密的数学模型来模拟摄影测量中的系统误差（摄影机镜头的畸变差及摄影底片的CCD 面阵），可以采用数理统计的方法来评定观测值的质量和剔除粗差，保证测量成果的高可靠性。
变形观测和其它的测量工作相比，变形观测要求的精度较高，绝对精度为1mm或相对精度为10-6。制定规范的精度是很必要的，过高的精度要求会使测量工作变得困难复杂，成本也会增加，如果精度设定得太低，又会使变形分析变得困难，会使估计的变形参数误差大，甚至会得到错误的成果。变形体的大小、变形速率、使用的仪器和方法所能达到的实际精度，以及观测目的等，这些因素决定了变形观测的精度。一般来讲，变形观测如果是为了确保建筑物的安全，则其观测的误差应小于允许变形值的1/10－1/20；如果是为了研究变形的过程，则其误差应比这个数值小得多，甚至应采用目前测量手段和所使用的仪器所能达到的最高精度。测量精度要求比较高的，如地壳变形测量是用于预报地震、研究地震发生的机理及地震和地面变形的关系，多数情况下相对精度在10-6以上。变形观测在精度要求上也有许多不同，对于不同类型的建筑物，变形观测的精度要求也是不同的，而对于同类工程的建筑，因为其结构、形状的不同，要求的精度也不同，即使是同一建筑物，不同位置的精度要求往往也是不同的。对于普通的工业和民用建筑，变形观测的主要内容是垂直位移和水平位移。一般来讲，对于大型的流水作业车间（如带有钢结构、钢混结构的建筑物），要求变形观测的成果能反映出2mm的沉陷量。
为了使摄影测量技术能更好的利用在变形测量中，下面分析一下影响摄影测量精度的基本因素和提高精度的具体措施：影响精度的基本因素：主要是摄影测量系统的物理、几何特征及多余观测量和应用的数学模型。（1）像片倾斜所引起的像点位移和地面起伏引起的投影差。（2）像点坐标的量测，包括影像的内定向、相对定向与绝对定向。（3）影像的分辨率，分为数字影像的分辨率、胶片影像的分辨率和扫描影像的分辨率。（4）像控点的实测精度和数量及分布。（5）变形测量中观测点和变形点的布设。（6）摄影机和观测仪器的选用。
提高摄影精度的措施：（1）利用数字空中三角测量辅助摄影测量，主要目的是为了影像的纠正、数字高程模型的建立和立体采集提供定向成果，需要注意的是空三测量的加密精度会直接影像前方交会的精度，同名像点的切准精度也会影像最终的成图精度。（2）像点坐标的改正：物镜畸变差分两种，一种是径向畸变差，另一种是切向畸变差，因为切向畸变差要比径向畸变差小，所以一般情况下只测定径向畸变差并进行改正。（3）利用严密的共线方程光束法平差结算，所谓共线方程就是指中心投影的构像方程，是解析空三测量光束法平差中的基本数学模型和构成数字投影的基础，在数字摄影测量中起着重要的作用。（4）控制点的数量及其分布，取决于变形体的预期精度、目标复杂度和数据处理的方法，一般情况下要求均匀分布在全部测区内，控制点越多，验测的精度越准确。
随着科技的进步，我国也从工业化社会慢慢转变成经济型社会，现代化的城市建设需要高科技的保证，数字摄影测量凭借着自身的优势在各种工程测量中占有重要的地位。
作者简介：孙佳（1981，1-），男，籍贯：黑龙江省双鸭山市，现职称：工程师，学历：本科，研究方向：地理信息系统。
摘要：近年来，随着现代化城市的发展，各种工程建筑物对变形监测的精度要求越来越高，原有的地面摄影测量已经不能满足现代化城市建筑的要求，数码相机和计算机软硬件的发展，带来了摄影测量技术的新发展——
—数字近景摄影测量，数字近景摄影测量凭借着高精度、实时性、非接触性等特点，成为了现代变形监测的重要手段之一，下面将简单阐述摄影测量在变形监测中的应用及精度分析。
关键词：摄影测量；变形测量；精度分析
299
--
精密水准测量的测量精度分析 【摘要】现阶段，在对地面上点的高程进行测量的过程中，运用精密水准测量的方式是众多测量方式中较为有效的方法之一。本文对目前精密水准测量中的相关规范进行阐述，并结合笔者自身的实践经验，对精密水准测量中的误差进行分析，并对提高精密水准测量精度的措施进行总结。 【关键词】精密水准测量；测量精度；分析 Abstract:At this stage, the process of measurement in the elevation of the ground point, using precise leveling way is one of the effective methods in many measurements. This article carries on the elaboration to the related specifications in precise leveling at present, and combining with the author’s own practical experience and analyzes the error in precise leveling, and to improve the leveling precision measures were summarized. Keyword:precise leveling accuracy of measurement; analysis; 中图分类号: P224.1 1前言 在对地面点高程进行测量的过程中，精密水准测量是目前精度较高的方法之一，该类测量方式能够有效的运用在野外测量的工作中。精密水准测量一方面为国家统一的高程测量系统的建立发挥着积极的作用，另一方面能够为相关学者对地球的研究提供较为精确的数据，尤其是在对海平面等方面的研究发挥着积极的作用。然而随着我国科学技术的不断发展以及相关研究领域对精度方面的日益提高的要求，精密水准测量的测量精度也越来越受到社会各界的关注。 2精密水准测量的相关规范 目前，在进行精密水准测量的过程中，其相关规定主要包括以下几个方面的内容： 第一，在进行测量之前的半个小时左右，应将仪器避光放置，并使得仪器的温度基本与外界环境的温度保持一致。在进行测量的过程中，应运用遮阳伞等设备对阳光进行遮挡，避免对测量结果产生影响。同时，在变换观测地点期间，应运用相关的保护装置将仪器进行遮盖。 第二，在对测量仪器位置进行确定的过程中，应将其置于与前后标尺连线中央的位置，其所偏差的距离应控制在相关规定允许的范围之内。在进行二等测量的过程中，其测点与前后标尺之间距离的差异应控制在1m之内。
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
第一章绪论 1、摄影测量学-----是对研究物体进行摄影、量测和解译所获得的影象，获取被摄物体的几何信息和物理信息的一门科学和技术。 摄影测量的特点 ?1、在影像上量测，无需接触物体本身，因此很少受自然地理等条件的限制。 ?2、影象是客观事物的真实反映，信息丰富，可选择需要的物体影象进行量测、处理、 研究,从影象上获得最新最全面的几何或物理信息。 ?3、摄影测量大部分工作在内业进行，有利于自动化、数字化、智能化，工作效率高。摄影测量分类 按摄影站的位置：航天摄影测量、航空摄影测量、地面摄影测量显微摄影测量、水下摄影测量 按研究对象不同：地形摄影测量、非地形摄影测量 按处理技术手段：模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量 摄影测量学的三个发展阶段 ?模拟摄影测量阶段(1851-1970) ?解析摄影测量阶段(1950-1980) ?提出摄影测量新概念——数字投影代替物理投影 ?数字摄影测量阶段(1970-现在）
第二章摄影测量解析基础 中心投影的正片位置和负片位置 a)负片位置：投影平面和物点位在投影中心的两侧 b)正片位置：投影平面和物点位在投影中心同一侧 c)摄影时的位置是负片位置，解算时的位置是正片位置，为了解算的方便，像点 和物点之间的几何关系并没有改变； 摄影比例尺 d)摄影比例尺指摄影像片上一线段为l与地面上相应线段的水平距L之比 e)航摄比例尺----指水平像片，地面取平均高程时, 像片上的一线段Z与地面上相 应线段的水平距L之比 摄影仪摄影的要求 摄影方式 竖直摄影：摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直 摄影航高：H=m?f 摄影重叠度 f)重叠摄影部分与整个像幅长的百分比称为重叠度 g)航向重叠p----同一条航线内相邻像片之间的影像重叠 h)旁向重叠q---相邻航线的重叠 P=60~65% q=30~35% 摄影比例尺特性 ? 1 )摄影比例尺愈大，则像片地面分辨率越高，有利影像的解译与提高成图的精度。 ?2) 摄影比例尺愈大，则摄影工作量增加, 摄影费用要增多，所以摄影比例尺要根据信息采集的精度确定。 量测用摄影机的特征 1.量测用摄影机的像距是一个固定的已知值 2.量测用摄影机承片框上具有框标 3.量测用摄影机的内方位元素值是已知的
全站仪三角高程测量精度分析 作者修涛 容摘要全站仪三角高程测量具有效率高，实施灵活等优点。全站仪三角高程测量可以代替水准测量进行高程控制，主要有对向观测法和中间观测法。在这两种方法中，前者将大气折光系数作为常数考虑，认为各个方向的折光系数相同，这与实际的情况有出入。而中间观测法则将大气折光系数作为变量处理，并加以改正。经研究并通过实践验证，在观测结果进行修正的条件下，全站仪三角高程测量完全能达到三、四等水准测量的精度要求，同时可借助Excel强大的数据处理能力，使观测数据的处理更为方便快捷[1]。文章根据三角高程测量原理及误差传播定律，对全站仪三角高程测量在测量中的应用及精度进行了探讨。对三角高程测量的不同方法进行了对比、分析总结。通过试验，对全站仪水准法三角高程测量进行了精度分析。 关键词全站仪；三角高程测量；精度分析
Total Station trigonometric leveling accuracy analysis Abstract T otal Station trigonometric leveling with high efficiency, the implementation of the advantages of flexible. Total Station trigonometric leveling can replace the standard of measurement for elevation control, mainly on the observation method to the observational method and intermediate. In both methods, the former take into account atmospheric refraction coefficient as a constant, that the refraction coefficient in each direction, this discrepancy with the actual situation. While the rule of the middle observation of atmospheric refraction coefficient as a variable processing and correction. Research and verify through practice, Total Station trigonometric leveling observations amendment can fully meet the accuracy requirements of the third and fourth level measurement, Can take advantage of Excel's powerful data processing capabilities, more convenient to make the processing of observational data.Article based on trigonometric leveling principle and law of error propagation, Total Station trigonometric leveling application and accuracy in the measurement are discussed. Different methods of measurement for triangulation were compared, analyzed and summarized. Trigonometric leveling Total Station Standards test, measurement accuracy analysis. Key words Electronic Total Station;trigonometric leveling;accuracy analysis
高程测量的精度研究
摘要 由于其高效方便，得到了迅猛发展，成为了现在地形测量、变形监测、低等级高程控制测量的首选。近年来在理论和技术高速发展的带动下在平面测量精度和高程测量精度方面都得到了很大的提高。硬件方面，扼流圈天线使得的多路径效应得到了有效的消除；理论方面，各种对流层、电离层延迟改正模型的提出及其应用，以及许多研究表明有效的消除误差理论的应用，使得的诸多与卫星及接收机之间的误差得到了很好的改正，所以在平面位置和高程的测量精度也进一步提高。由于测量的大地高应用于实际时需要经过高程转换为正常高，中间转换过程中需要解算高程异常，一系列的计算使得在高程控制测量方面误差偏大，影响了高程控制测量在许多方面的应用。本文在双频观测的基础上，通过解算原始的观测数据，建立一种区域的电离层延迟改正模型，取代现在最常用的克罗布歇模型来消除电离层对测量的影响，更好的消除电离层延迟的影响，以提高的解算数据的精度。 本文在阐述高程系统和高程测量原理的基础上，首先分析并总结了影响测高的各种因素及大地高的测定精度；其次对现有的高程转换方法进行了全面分析，结合工程算例，深入探讨了各种拟合模型的适合范围及精度情况；同时针对高程测量中几何方法转换的不足，本文研究了基于人工神经元网络转换高程的新方法，通过实例分析证明了该方法转换高程的可行性与可靠，对神经网络模型转换高程的BP网络结构中隐层单元数量的确定、隐含层数的确定、学习速率的选择、初始权值的选择、训练样本对网络泛化能力的影响等问题进行了较为深入的探讨。为避免应用单一模型进行高程拟合方法的局限性，在吸收和学习己有研究成果的基础上，将不同的拟合模型进行迭加，提高高程异常的逼近精度和可靠性。 关键词：1、三角高程；2、测量精度；3、井下三角；4、GPS高程测量
4D产品、航空摄影测量知识点 航摄准备：摄区基本情况分析、确定航摄设计用图、航摄空域申请、《航空摄影技术设计书》航摄设计：摄影比例尺的确定、 航摄分区的划分（a)分区界线应与图廓线相一致；b)分区内的地形高差不得大于四分之一航高（以分区的平均高度平面为基准面的航高)。c)在地形高差许可且能够确保航线的直线性的情况下，航摄分区的跨度应尽量划大，同时分区划分还应考虑用户提出的加密方法和布点方案的要求；e)当地面高差突变，地形特征差别显著或有特殊要求时，可以破图幅划分航摄分区。）、基准面高度的确定、航线的敷设、航摄基本参数的计算、航摄季节和时间的选择、航摄仪的选择与检定、航摄胶片的选择与测定； 空中摄影：设备的检测发、航摄试片、航空摄影、填写飞行日志； 摄影处理：配置冲洗药液、胶片冲洗、像片印制； 质量检查：像片重叠度、像片倾斜角、像片旋偏角、航线弯曲度、摄站航高差、航摄漏洞、航线偏差、影像质量； 成果提交： 1）航摄分区略图 2）航片索引图 3）航摄底片、像片 4）航摄仪检定表 5）航摄底片压平质量检测数据表6）航摄底片密度抽样测定数据表7）航摄飞行报告 8）附属仪器记录数据9）成果质量检查报告10）技术总结 11）航摄资料移交书12）合同规定的其他资料 摄影测量的主要任务之一：把地面按中心投影规律获取的摄影比例尺航摄像片转换成以测图比例尺表示的正射投影地形图
解析空中三角测量案例 空中三角测量的精度指标主要指定向误差和控制点残差：框标坐标残差绝对值一般不大于0.010mm，最大不超过0.015mm。扫描数字化航摄影像连接点上下视差中误差为 0.01mm（1/2像素），数码航摄仪获取的影像连接点上下视差中误差为1/3像素。 1、资料准备：像片索引图、数字/数字化航摄影像、航摄仪检定书、飞行记录资料、 区内现有小比例尺地形图、区域网像控点刺点片、区域网像控点联测成果。 2、像控点的转刺：航摄像片上平面点和平高点的刺孔偏离误差，不得大于像片上的0.1 毫米，高程点如选在明显目标点上，则要求相同，像控点的刺孔要小，刺孔直径最大不得超过0. 2毫米 3、像控点的选点观测：像片控制点的一般应满足下列条件: a)像片控制点的目标影像应清晰，易于判读；目标条件与其他像片条件矛盾时应着 重考虑目标条件；b)布设的控制点应能公用；c)控制点距像片边缘不应小于1cm (18cm X 18cm像幅)或1. 5cm (23cm X23cm)，综合法成图的控制点距航向边缘不应小于上述规定的1/2；d控制点距像片的各类标志应大于1mm； 4、定向：定向点残余上下视差、同一航带模型连接差。 5、网平差计算：平差计算、精度检查 6、分区接边：同比例尺、同地形类别、同比例尺、不同地形类别、不同比例尺 7、检查：像控点成果使用正确性检查、航摄仪检定参数与航摄参数、各项平差计算 的精度、提交成果的完整性 8、整理与提交：起算数据文件、像点坐标原始观测值文件、平差结果文件、影像外 方位元素文件、精度评定文件、测区加密分区图、区域网略图、成果检查与技术总结报告。
GPS高程测量的精度分析 介绍了GPS在市政工程高程测量中的应用，并揭示了造成实践应用不广泛的主要原因—测量精度。进而从GPS卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备以及地面高程的转化四个方面分析了GPS高程测量的精度问题。 标签：市政工程高程测量GPS信号接收机测量精度 一、引言 在工程测量中，高程测量的精度问题一直被测绘学界的工作者们广泛关注。水准测量的精度较高，但是测量工作量太大、测量速度较慢。相较于水准测量而言，GPS测量高程在效率上有很大的提高。理论与试验研究表明，如果在测量时加上一些特定的措施，GPS的高程测量精度可以达到三、四等水准测量的要求。近年来，随着RTK技术的广泛应用，尤其是多基站连续运行卫星定位服务综合系统在各城市的相继建立，高程测量方法得到了有效扩展，作业效率大大提高，但由于高程异常变化复杂，所以，GPS高程的精度普遍不高，分析影响GPS测量精度的影响因素，提高GPS的测量精度有重要的实践意义。 二、GPS高程测量的影响因素分析 1.与卫星相关的因素。卫星是GPS测量的信息发出点，卫星的分布、数量、稳定性对GPS测量结果的稳定性和精确度影响很大。 （1）卫星的个数及稳定程度。在解算整周模糊度时，至少需要有5颗公共卫星。星数越多，解算模糊度的速度越快、越可靠。当周围高层建筑物密集且有大树时，公共卫星数如果少于5颗，就很难得到固定解。当降低卫星的截止高度角时，公共卫星数将增加，但将使采集的数据含有较低的信噪比，使GPS接收机解算模糊度的时间延长，且观测精度较差，很难满足要求；当周围只是一侧或部分遮挡，此时的卫星个数需根据实际情况而定，如果卫星正好在遮挡物的一侧，此时，可能导致卫星数少于5颗，或者卫星数时而增加，时而减少。这样就会造成测回间的数据精度不稳定；当周围较空矿时，一般都能达5颗或者5颗以上，且卫星个数固定，此时采集的数据精度也比较稳定，但不排除个例。 （2）卫星分布情况。卫星分布用PDOP值（位置精度强弱度，为玮度、经度和高程等误差平方和的平方根）来衡量。PDOP值越小，说明卫星的分布越好，定位精度越高。一般规定，PDOP值应小于6。 2.与卫星信号传播相关的因素。卫星信号要经由大气空间传播到GPS数据接收器上来，在传播过程中，信号可能受到大气层的影响而发生波动，这就会对GPS接收到的数据造成影响，进而影响解算结果，影响测量的精度。 （1）对流层延迟。对流层延迟是指电磁波信号通过高度在50km以下的未
变形监测技术在桥梁监测中的应用 摘要：桥梁的建设展示了我国大桥梁发展的最新技术水平和成就，代表了大桥梁发展方向，使我国公路桥梁建设步人世界先进行列，并对促进区域经济繁荣和发展，完善国道主干线网起到十分重要作用，并产生了巨大的经济效益和社会效益。本应用研究通过对江阴长江公路大桥的沉降和水平位移监测，探讨变形监测理论在实际工程问题中的应用，通过合适的数据处理方法，分析和总结桥梁变形的规律，为桥梁的养护、管理和决策提供依据和指导。 关键字：变形监测技术、桥梁监测、应用 一、引言 近年来，随着我国桥梁建设事业的迅猛发展，桥梁结构和形势日趋复杂，规模也越来越大，桥梁的施工正朝着超大化的方向发展，对其进行变形监测也就显得尤为重要。变形监测是对被监测的对象或物体进行测量，以确定其空间位置及内部形态随时间的变化特征。其主要意义是分析和评价建筑物的安全状态、验证设计参数、反馈设计施工质量、研究正常的变形规律和预报变形。桥梁的变形监测是对桥梁整体性能的监测，其基于工程测量的原理、技术和精密测量仪器，对桥梁在垂直方向和水平方向的位移变形进行定期或实时监测，并通过绘制相应的位移变形影响线或影响面来监测桥梁各部位位移的变形状态，预测其变形规律，为桥梁的维修、养护和管理决策提供依据和指导。 二、桥梁变形监测发展现状 2.1桥梁结构变形监测内容 2.1.1垂直位移监测内容 桥梁结构竖向位移主要包括梁式桥施工期间桥墩、梁体以及运营期间桥墩、桥面的竖向位移测量；拱桥施工期间的桥墩、拱圈以及运营期间的桥墩、桥面垂直位移；悬索桥、斜拉桥施工期间索塔、梁体、锚碇以及运营期间索塔、桥面垂直位移；桥梁两岸边坡垂直位移。 2.1.2水平位移监测内容 桥梁结构水平位移监测主要包括梁式桥施工期间梁体以及运营期间桥面的水平位移监测；拱桥施工期间的拱圈以及运营期间的桥面水平位移监测；悬索桥、斜拉桥施工期间索塔倾斜，塔顶、梁体、锚碇以及运营期间索塔倾斜、桥面水平位移；桥梁两岸边坡水平位移。 2.2 桥梁结构变形监测控制测量 2.2.1 垂直位移监测控制测量 高程控制测量等级的划分，依次为二、三、四、五等。各等级高程控制宜采用水准测量；四等及以下等级可采用电磁波测距三角高程测量，五等也可采用GPS 拟合高程测量。 首级高程控制网的等级，应根据工程规模、控制网的用途和精度要求合理选择。首级网应布设成环形网，加密网应布设成符合路线或节点网。 特级沉降观测的高程基准点数不应少于4个；其他级别沉降观测的高程基准点数不应少于3个。高程工作基点可根据需要设置。基准点和工作基点应形成闭合环或形成由附合路线构成的结点网。 高程基准点应选设在变形影响范围以外且稳定、易于长期保存的地方。高程基准点、工作基点之间宜便于进行水准测量。当使用电磁波测距三角高程测量方法进行观测时，宜使各点周围的地形条件一致。当使用静力水准测量方法进行沉
谈全站仪的高程测量精度 本人在从事工程技术管理的工作中，经常听到有测量工程师抱怨说某某全站仪不好用，测高程测不准。于是我问他：测距离准不准？得到回答是，测距离没问题！于是我就奇怪了，为什么测距离准，测高程不准呢？全站仪工作时测得夹角a和距离L，如下图： s H L a H=L*sina S=L*cosa 既然S准确，相应的H也应该准确，因为他们的计算变量都是一样的。但经过本人实际操作，全站仪测高程精度确实比较差。到底是什么原因使得同样的参数，计算出来的结果一个精确，另一个却不精确呢？进过详细分析，本人发现其实并不是仪器的问题，而是误差给大家带来的麻烦：
90sinx cosx Y Y1 Y2 上图是正弦曲线和余弦曲线示意图，我们可以发现在全站仪镜头水平x=0°—竖直x=90°期间y值的变化，当我们在接近0°附近测量时f（x）=cosx相对于g（x）=sinx对x的增量来说不敏感，也就是说，当我们在仪器测量a角时，一个增量Δa引起的S的变化比H的变化小的多，而实际操作中，各位测量工程师也会发现，由于仪器的构造限制，很少有机会在测量的时候使全站仪仰俯超过45°，而真正当仰俯角超过45°，（例如在近距离测量盖梁或者墩顶高程）时，全站仪的高程测量精度并不比水平坐标的测量精度低。例如：sin10.1-sin10=0.00171855，cos10.1-cos10=-0.0003045，这表明在角度误差0.1°的情况下，瞄准接近100米的目标，高程会差17cm，而距离只差3cm，这就是为什么大家都抱怨全站仪测高程不精确的原因。 当然测量高程精度不准还与另外一些因素有关，如：1、仪器高不能准确测得，2、镜杆高度由于标杆底的磨损产生偏差，3、对站标时习惯性只左右对中，不上下对中等。这些原因都可能使全站仪的高
变形监测的若干新技术 秦滔 摘要：主要介绍了光纤监测技术、卫星合成孔径雷达差分干涉测量技术及GPS 伪卫星组合定位技术在变形监测中的应用，同时分析了使用这些新技术的优势和应用前景。 关键词：变形监测 GPS伪卫星组合定位 光纤监测合成孔径雷达差分干涉测量 Abstract:Mainly introduce the fiber-optic monitoring technology, D-InSAR and integration of GPS and Pseudolite positioning technology in the application of deformation monitoring, and analysis of the use of the advantages of these new technologies and applications. Keywords: deformation monitoring integration of GPS and Pseudolite positioning fiber-optic monitoring D-InSAR 1 引言 我国的变形监测工作起步于20世纪50年代，经过半个世纪的发展，形成了完成的理论体系和技术方法。尤其近20年来，许多大型工程开工建设，各种先进的仪器设备飞速发展，变形监测工作也取得了很大的进步。 早期的变形监测，主要采用精密的光学测量仪器进行观测，例如精密水准测量、经纬仪、垂线及视准线等。随着电子仪器的发展，应变计、无应力计、测缝计、钢筋计、测压计、渗压计等广泛应用于变形监测中。另外，用于监测环境量的电子温度计、水位计等也开始使用。电子计算机的广泛应用和发展，促使变形监测工作提高效率，走向自动化、智能化之路，尤其是全站仪、GPS等先进仪器出现，计算机技术不断发展，数据处理技术不断优化，变形监测工作走上了数据采集、传输、存储、处理自动化的道路。 近年来，变形监测工作中又出现了若干新的技术方法，这些新技术拥有广阔的应用前景，本文主要介绍以光纤传感器为基础的光纤监测技术、以卫星合成孔径雷达为基础的差分干涉测量技术（D-InSAR）及以GPS伪卫星组合定位技术在变形监测中的应用。 2 光纤监测技术 光纤技术是一种集光学、电子学为一体的新兴技术，其核心技术是光纤传感
第一章 1、传统摄影测量学定义：摄影测量学是利用光学摄影机获取的像片，经过处理以获取被摄物体的形状、大小、位置、特性及其相互关系的一门学科。 2、摄影测量与遥感的定义：摄影测量与遥感是从非接触成像及其他传感器系统，通过记录、量测、分析与表达等处理，获取地球及其环境和其他物体可靠信息的工艺、科学与技术。（其中,摄影测量侧重于提取几何信息，遥感侧重于提取物理信息。也就是说，摄影测量是从非接触成像系统，通过记录、量测、分析与表达等处理，获取地球及其环境和其它物体的几何、属性等可靠信息的工艺、科学与技术） 3、摄影测量的分类 ①按距离远近：航天摄影测量、航空摄影测量、地面摄影测量、近景摄影测量、显微摄影测量 ②按用途：地形摄影测量、非地形摄影测量 ③按处理手段：模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量 4、地形摄影测量的主要任务：测绘各种比例尺的地形图及城镇、农业、林业、地质、交通、工程、资源与规划等部门需要的各种专题图，建立地形数据库，为各种地理信息系统提供三维基础数据 5、非地形摄影测量的主要任务：用于工业、建筑、考古、医学、生物、体育、变形观测、事故调查、公安侦破与军事侦察等方面 6、数字地图：DLG(数字线划地图）、DOM（数字正射影像）、DEM（数字高程模型）、DRG （数字栅格地图） 7、摄影测量的特点： ①无需接触物体本身获得被摄物体信息（较少受到周围环境与条件的限制） ②由二维影像重建三维目标 ③面采集数据方式 ④同时提取物体的几何与物理特性 8、摄影测量学的三个发展阶段：模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量 9、模拟摄影测量：利用光学/机械投影方法实现摄影过程的反转，用两个/多个投影器模拟摄影机摄影时的位置和姿态构成与实际地形表面成比例的几何模型，通过对该模型的量测得到地形图和各种专题图 10、模拟摄影测量的特征： ①形成了较完整的摄影测量学的基本概念 ②依据相片变为地形图的作业过程及需要，生产了大量复杂、昂贵的摄影测量仪器 ③根据仪器及测量原理的不同，形成了较完整的相片变为地形图的测绘方法 11、模拟立体测图仪分为：光学投影、光学-机械投影、机械投影 12、1957年，海拉瓦博士提出解析测图仪的思想，标志着解析摄影测量的开始 13、解析摄影测量：以电子计算机为主要手段，通过对摄影像片的量测和解析计算来研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质及其相互关系，并提供各种摄影测量产品的一门科学。 14、解析测图仪与模拟测图仪的主要区别：前者使用的是数字投影方式，后者使用的是模拟的物理投影方式。 仪器设计和结构上的不同：前者是由计算机控制的坐标量测系统，后者使用纯光学、机械型的模拟测图装置 操作方式的不同：前者是计算机辅助的人工操作，后者是完全手工操作
学习情境5 测量误差分析与数据处理 项目载体：北京工业职业技术学院地形图测绘数据分析与处理教学项目设计： 1、项目分析：项目来源：根据北京工业职业技术学院国家级示范院校建设工作的要求，为了提高学院管理的水平，已经测绘了该院综合地形图；根据实际工作的需要，测绘地形图的比例尺为1：500。 北京工业职业技术学院位于北京市石景山区五里坨地区，占地面积400余亩，建筑面积约20万平方米，大部分地区的自然地貌已经被建筑物和绿化带所覆盖，植被、建筑物相对比较密集，测区内的图根控制点大多数完好可以利用。 地形图的图式采用国家测绘局统一编制的《1：500、1：1000、1：2000大比例尺地形图图式》。 在地形图测绘过程中，获得了大量的外业观测数据，由于测量观测成果中测量误差的存在，使得测量数据之间存在着诸多矛盾，为了消除这些矛盾获得最终的测量成果，冰瓶定期精度，就必须要按照要求进行测量数据的分析与处理。。 2、任务分解：根据根据实际工作的需要，测量数据分析与处理工作任务可以分解为：评定精度的指标、中误差传播定律、盈盈误差传播定律处理测量观测资料、坐标方位角、根据地形图绘制断面图、量算制定区域的面积、根据指定坡度确定最短路线等 3、各环节功能：评定精度的指标是进行测量数据分析与处理时，进行精度评定的重要环节，是衡量测量成果精度高低的指标和手段；中误差传播定律是分析测量内业计算成果的误差分析的重要手段和基本技能；测量数据分析与处理是测量内业工作的核心内容，是测量工作者的重要的专业技能之一。 4、作业方案：根据实际工作的需要，确定衡量精度的指标，运用中误差传播定律分析解决测量工作中的数据分析问题；运用误差理论对测量过程中获得的高程测量数据、平面控制测量数据进行综合分析与处理，获得合格的测量内业成果并进行精度评定。 5、教学组织：本学习情景的教学为14学时，分为3个相对独立又紧密联系的子学习情境，教学过程中以作业组为单位，以各作业组的外业观测成果数据分
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
关于城市测量中的测量精度分析 城市测量是以城市总体规划为基础而进行的一项测量活动，它涉及的内容是十分丰富的，包括建设用地界址线、市政规划测量及城市道路规划测量等，这项工作的目标是促进城市建设的发展，基于其自身的特点，测量精度的要求是很高的，一旦出现误差，城市规划就可能出现不合理，最终影响到整个城市的发展。 标签：城市测量；测量精度；分析 随着计算机技术的不断发展，其在城市测量中的运用也越来越多，城市测量的高精度要求测量必须在统一的地面坐标系统控制下进行，它通常采用人工测量与计算机分析相结合的作业方法，其与周边测量工程的衔接度反映出实际操作的可行性，文章结合城市测量的实践经验，对测量精度进行了分析与思考。 1 城市测量精度分析 当前城市规划测量的控制主要采用在城市一、二级导线上分别设三级导线或导线网的方法，这种方法通过对导线中误差的分析，结合测边、测角、起始数据的影响，计算出导线的误差，其采用的公式是十分复杂的，公式中包含导线中点、导线横向误差以及导线纵向误差等数据，以上误差的分配都采用的是等影响原则，各项误差的分配值为+2.5cm或-2.5cm，最后，利用导线中点与端点各误差的比例关系，计算出导线端点各误差值的规定值，该计算公式中主要包含m、n、L三个数据，m代表偶然测距误差；n表示导线边数，L表示导线总长。 三级导线的平均边长为120cm，导线长度为1.5km，以三级导线测量精度要求估算导线误差如下表所示，其中，导线误差单位为mm，导线长度单位为km。 从以上表可以看出，随着导线长度的增加，导线测角误差对点位误差的影响越来越大，测站数对点位误差也有一定的影响，测边误差包括系统误差和偶然误差，大气折光误差和照准误差属于偶然误差，三级导线作为一种短导线，其系统误差与测边中偶然误差相比较小，所以，偶然误差是导线点位误差的主要影响因素，偶然误差会随着导线长度的增加而减少，随着导线边数的增加而增加，系统误差对点位的影响很小，它随导线长度的增加而增加，导线长度为1.5km时，系统误差只有±3毫米。在短导线中，导线点位误差受测邊误差的影响较大，当导线测站数为12站，长度为1.5千米时，各项误差对导线的影响大致相同，均在±2.5毫米左右，其中，最弱点的中误差为±5毫米，这个误差满足导线中误差精度的要求，测角误差会随着导线长度的增加而增大，此外，测站数的增加对最弱点导线误差的影响也会增大。 2 城市测量的现状 目前，GPS技术已在城市测量中得到有效运用，但大多数城市依然采用的是导线网的常规测量方法，据统计，在全年1217条导线中，三级导线为485条，
1.什么是变形? .什么是变形监测?变形监测的目的是什么?变形监测的意义? 变形监测的主要内容有哪些? 答：变形是物体在外来因素作用下产生的形状和尺寸的改变。 变形监测是对被监测的对象或物体进行测量以确定其空间位置及内部形态随时间的变化特征。 目的：1、分析和评价建筑物的安全状态。2、验证设计参数。3、反馈设计施工质量。4、研究正常的变形规律和预报变形的方法。 意义：1、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。 2、对于滑坡：通过监测其随时间的的变化过程：可进一步研究引起滑坡的成因：预报大的滑坡灾害。 3、通过对矿山由于矿藏开挖引起的实际变形的观测：可以控制开挖量和加固等方法：避免危险性变形的发生：同时可以改进变形预报模型。 4、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等地球动力学现象、粒子加速器、铁路工程也具有重要的工程意义。 内容：现场巡视、环境量监测、位移监测、渗流监测、应力、应变监测、周边监测。 2.变形监测技术的发展趋势。 答：由于变形监测的特殊要求：一般不允许监测系统中断监测：就要求监测系统能精确、安全、可靠长期而又实时地采集数据：而传统的设备难以满足要求：因此：科研人员在现有自动化监测技术的基础上：有针对性的研发精度高、稳定性好自动化监测仪器和设备。这方面成果有：自动化监测技术、光纤传感检测技术、CT技术的应用、GPS 在变形监测中应用、激光技术的应用、测量机器人技术、渗流热监测技术、安全监控专家系统 3. 变形监测工作有何特点：常用变形监测技术方法有哪些? 答：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运用4、监测网着重于研究点位的变化。 测量技术：1、常规大地测量方法。如：三角测量、交会测量、水准测量。2、专门的测量方法。如：视准线、引张线测量方法。3、自动化监测方法。4、摄影测量方法。5、GPS等新技术的应用。 4. GPS用于变形测量有何优点? 答：速度快、全天候观测、测点间无需通视、自动化程度高：能进行同步变形监测：并实现了数据采集、传输、处理、分析、显示、存储等：测量精度可达到亚毫米级。6.变形观测中观测精度是如何确定的? 变形观测中确定观测周期的原则： 答：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十分之一~二十分之一：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得多。当存在多个变形监测精度要求时：应根据其最高精度选择相应的精度等级：当要求精度低于规范最低精度要求时：宜采用规范中规定的最低精度。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。 7.为什么要对变形监测资料进行检核?检核的方法有哪些? 答：资料分析工作必须以准确可靠的的监测资料为基础：在计算分析之前：必须对实测资料进行校核检验：对监测系统和原始资料进行考证。这样才能得到正确的分析成果：发挥监测资料应有的作用。 校核方法：任意观测元素：如高差、方向值、偏离值。倾斜值等/：在野外观测中均具有本身的观测校核方法：可参考有关的规范要求。进一步校核是在室内所进行的工作：具体有：1、校核各项原始记录检查各次变形值的计算是否有误。可通过不同方法的验算、不同人员的重复计算来消除监测资料中可能带有的错误。2、原始资料的统计分析。可采用统计方法进行粗差检验。3、原始实测值的逻辑分析。根据监测点的内在物理意义来分析原始实测值的可靠性。 8.如何用一元线性回归分析法对变形资料进行检核? 答：1、利用式求得变量y和x的相关系数：查阅相关系数的临界值表：判断y和x线性相关是否密切。2、利用式na+[x]b-[y]=0[x]a+[xx]b-[xy]=0 (n：观测值的个数、[]：求和计算：求回归方程=a+bx的回归系数a,b,建立回归方程。3、在回归直线两侧根据2s画两条平行线：检查新的变形值是否出现在这两条直线所夹的区间内：当观测值超出这一区间时：应作专门分析。 9.变形观测资料整理的主要内容包括哪些?成果表达的形式有哪些? 答：内容：1、收集资料：如工程或观测对象的资料、考证资料、观测资料及有关文件等。2、审核资料：如检查收集的资料是否齐全：审查数据是否有误或精度是否符合要求：对间接资料进行转换计算：对各种需要修正的资料进行计算修正：审查平时分析的结论性意见是否合理等。3、填表和绘图：将审核过的数据资料分类填入成果统计表：绘制各种过程线、相关线、等值线图等：按一定顺序进行编排。 4、编写整理成果说明：如工程或其他观测对象情况、观测工作情况、观测成果说明等。 成果：文字、表格、图形：也可采用现代科技如多媒体技术、仿真技术、虚拟现实技术进行表达。变形监测、分析、预报的技术报告和总结是最重要的成果。 13.工程建筑物变形的原因是什么?工程建筑物变形监测的内容及意义是什么? 答：原因：建筑的自重、使用中的动载荷、振动或风力因素引起的附加载荷、地下水位的升降、地质勘探不充分、设计错误、施工质量差、施工方法不当等。 内容：1、垂直位移监测2、水平位移监测3、倾斜观测4、裂缝观测5、挠度观测6、摆动和转动观测 意义：1、掌握建筑物的稳定性：为安全运行诊断提供必要的信息：以便及时发现问题并采取措施。2、理解变形的