自动化监测系统及变形测量资料的整理

变形监测探讨摘要：人类社会的进步，国民经济的发展，加快了工程建设的进程，并且对现代工程建筑物的规模、造型、难度提出了更高的要求。

与此同时，变形监测工作的意义更加重要。

众所周知，工程建筑物在施工和运营期间，由于受多种主客观因素的影响，会产生变形，变形如果超出了规定的限度，就会影响建筑物的正常使用，严重时还会危及建筑物的安全，给人民生命财产带来巨大损失。

尽管工程建筑物在设计时采用了一定的安全系数，使其能安全承受所考虑的多种外荷载影响，但是由于设计中不可能对工程的工作条件及承载能力做出完全准确的估计，施工质量也不可能完美无缺，工程在运行过程中还可能发生某些不利的变化因素，因此，国内外仍有一些工程出现事故。

根据变形体的研究范围，可以将变形监测研究队形分为三类：第一类：全球变形研究，如监测全球板块运动、地极移动、地球自转速率的变化、地潮等；第二类：区域性变形研究，如地壳形变监测、城市地面沉降等；第三类：工程和局部形变研究，如监测工程建筑物的三维变形、滑坡提的滑动、地下开采使引动的地表和下沉等。

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。

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。

变形监测的相关事例1984年长江三峡地区发生了一次大滑坡，由于该地区进行了广泛的变形测量，对可能发生的滑坡做了正确的预报，使滑坡体上1100多位居民在滑坡滑动前一种进行搬离，避免了一场灾难的发生。

利用地球物理大地测量反演理论，于1993年准确预测了1996年发生的丽江大地震；1985年6月12日长江三峡新滩滑坡的成功预报，使得灾害损失减少到最低程度，被誉为我国滑坡预报研究史上罕见的奇迹；隔河岩大坝外观变形GPS自动化监测系统在1998年长江流域抗洪错峰中所发挥的巨大作用，确保了安全渡汛，避免了荆江大堤灾难性的分洪。

珞琪全站仪形变监测系统RoboMos源自瑞士高端制造工艺，结合中国地理国情监测格局，珞琪软件RoboMos全站仪自动化监测系统为您提供全方位变形监测数据，可广泛应用于地质灾害，水库大坝，尾矿库，大型建筑，桥梁，地铁，高铁等形变监测项目。

一、系统框架RoboMos系统由数据采集现场、服务器和客户端三大部分组成。

各部分关系如图1所示。

图1RoboMos系统框架图数据采集现场主要有测量机器人，反射棱镜以及通讯供电组件构成。

服务器端分为数据采集服务器，数据库服务器和网络服务器。

采集服务器负责传感器的配置管理，周期测量的运行，以及形变监测数据的处理和分析。

数据库服务器负责将采集服务器处理后的监测数据存储到硬盘中，供以后历史查询等使用。

网络服务器负责在因特网上发布监测结果。

客户端可分为局域网客户端和因特网客户端。

他们都可以通过浏览器来访问网络服务器发布的实时监测数据，并可进行查询分析二、硬件组成三、软件架构RoboMos软件分为采集服务器和网络服务端软件两部分。

图2软件框架采集软件运行在传感器服务器上，负责管理传感器采集数据。

该软件用标准C++编写，可运行于Windows，Linux，MacOS等系统上。

图3软件主界面图4软件配置界面图5图形查看界面PC服务端软件提供了测站管理，棱镜管理，实时数据查看，以及历史数据查询几大功能。

该软件采用了多线程技术对传感器进行管理与监控，界面设计与数据传输，数据解算和数据存储相分离。

稳定可靠，界面友好。

软件可连接多台全站仪，每台全站仪对应多个监测点。

自动测量过程中，全站仪定向方式可以在后视定向和后方交会中自由选择。

数据查看提供了三维查看，二维查看，以及历史曲线几种方式，从不同的角度显示了监测物的位移变化情况。

网络服务端软件用JSP语言编写，维护了一个动态的网站，客户端通过因特网访问该网站，浏览网站数据。

与采集服务端软件一样，客户端可以查看实时数据，也可对历史数据进行统计分析，并形成报表，本地打印存储。

静力水准自动化监测系统垂直位移量是直接反应工程结构物及其基础的是否稳定的关键指标，垂直位移是大部分工程安全监控的重要内容。

在工程测量中,液体静力水准测量是一种精密的水准测量方法，静力水准仪是用于测量多点相对沉降的系统。

在使用中，一系列的传感器容器均采用液管联接,每一容器的液位由一精密振弦式力传感器测出，该传感器内有一个自由悬重，一旦液位发生变化，悬重的悬浮力即被传感器感应，精确测出小至0.025mm的垂直变化。

在多点系统中，所有传感器的垂直位移均是相对于其中的一点,该点的垂直位移是相对恒定的或者可用其它人工观测手段准确确定。

静力水准测量具有以下优点:（1）采用电感调频原理设计制造,具有高灵敏度、高精度、高稳定性、温度影响小的优点,适用于长期观测。

(2）静力水准仪内置存贮芯片，具有智能记忆功能，出厂时已将传感器型号、编号、标定系数等参数永久存贮在传感器内,并可保存600次您所需要的测量结果,如测量时间、测点温度(温度型）、绝对位移值、相对位移值、零点值等。

(3）静力水准仪是有多个精密液位计组成,通过连通管将所有液位计的液面连通，测量各液位计相对基点的垂直向变形情况。

内置智能检测电路，由485总线直接输出数字测值,可远距离传输，不失真，适应长时间观测和自动化测量。

（4)测试时间短,数据同时性佳,测量结果受人员影响很小。

静力水准自动监测系统的工作原理该系统主要有测量、数据发射和数据采集及分析三个部分组成.通过连通器的原理得出基准点及各监测点上静力水准仪的压力值，集成后通过光钎、gprs或无线电台发射出去，在能够接收的范围内通过数据采集装置采集测得的压力值,之后通过数据处理及分析软件得出监测点相对基准点的沉降变化量及变化速率，之后绘出累计变沉降量—时间曲线和变化速率-时间曲线,进而分析建筑物的变化情况.点位布置：静力水准仪的现场安装要求：(1)根据测点布置要求选定测试点及基准点,安装在测点柱距底板面300mm～500mm位置处，选用点作为基准点,安装时需在墙柱混凝土表面钻孔打锚栓或在钢结构表面焊接固定支架,然后在支架上安装底座和仪器,再在仪器外部装保护罩。

工程变形监测的趋势
随着科技的不断发展，工程变形监测技术也在不断进步。

以下是工程变形监测的一些趋势：
1. 自动化：传统的工程变形监测通常需要人工操作和数据收集，但自动化监测技术的发展使得监测过程更加高效和准确。

自动化监测系统能够自动采集数据并实时传输，减少了人为因素的影响。

2. 实时监测：实时监测是当前工程变形监测的重要趋势。

传统的周期性监测只能提供离散的数据，而实时监测可以提供更加详细和准确的数据。

实时监测技术包括激光测距、监测仪器和传感器的实时传输等，能够及时发现并处理变形问题。

3. 遥感监测：随着无人机技术的快速发展，遥感监测在工程变形监测中起到了越来越重要的作用。

无人机可以搭载各种传感器和监测仪器，能够在三维空间中进行全面的监测和测量，为工程变形监测提供了更加全面和精确的数据。

4. 大数据分析：随着数据量的不断增加，大数据分析在工程变形监测中变得越来越重要。

通过对大量数据的收集和分析，可以有效地监测和预测工程变形的趋势和风险，并及时采取相应的措施。

5. 智能化监测系统：智能化监测系统集成了各种传感器、无线通信和云计算技术，能够实现实时监测和远程控制。

智能化监测系统可以自动识别变形特征并进
行分析，提高监测和预警的准确性和可靠性。

总的来说，工程变形监测的趋势是向自动化、实时监测、遥感监测、大数据分析和智能化监测系统发展，以提高监测效率和准确性，并能够及时发现和解决工程变形问题。

《变形监测与数据处理》复习资料整理总结变形监测：对被监测的对象或物体（简称变形体）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。

隧道施工过程中，使用各种类型的仪表和工具，对围岩、支护和衬砌的力学行为以及它们之间的力学关系进行量测和观察，并对其稳定性进行评价，称为监控量测变形监测的时间间隔称为观测周期变形监测又称变形测量或变形观测。

在水平方向所产生的位移叫做建筑物的水平位移，向上的垂直位移叫做上升，而向下的垂直位移叫做建筑物的沉降。

由于建筑物基础的不均匀沉降而使建筑物垂直轴线偏离其设计位置时，叫做建筑物的倾斜。

由基准点、工作基点组成的平面控制网叫做平面监测网也叫水平位移监测网由基准点、工作基点组成的高程控制网叫做高程监测网也叫垂直位移监测网为观测建筑物、构筑物的变形而建立的专用测量控制网叫变形监测网变形监测的目的与意义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监测网着重于研究点位的变化变形监测系统设计原则针对性、完整性、先进性、可靠性、经济性变形监测方案设计内容变形监测方案有哪些内容：1监测内容2监测方法和仪器3监测精度施测部位和测点布置4监测期限和频度5预警值及报警制度等实施计划6仪器设备及检定要求7观测与数据处理方法提交成果内容。

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资料分析的常用方法：作图分析、统计分析、对比分析、建模分析。

沉降产生的原因1与地基的土力学性质和地基的处理方式有关；2与建筑物基础的设计有关；3与建筑物的上部结构有关，即与建筑物基础的荷载有关；4施工中地下水的升降对建筑物沉降也有较大的影响。

一、名词解释1、变形：变形是指变形体在各种载荷的作用下，其形状大小及位置在时空域中的变化2、倾斜观测：测定工业与民用建筑物倾斜度随时间变化的工作3、挠度：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4、水平位移：建筑物的水平位移是指建筑物整体平面移动5、液体静力水准：利用相互连通的且静力平衡时的液面进行高程传递的测量方法6、测量机器人：由电动马达驱动和程序控制的TPS系统结合激光，通信及CCD技术组合而成的7、奇异值：与前面变形规律不同，但不一定是错误的观测值，所以接受8、回归分析：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，在进行了大量的实验和观测后，仍然有可能寻找出它们之间的一定的规律性，这种处理变形监测资料的方法即叫回归分析二、简答题（6分×6＝36分）1、工程建筑物产生变形的主要原因，及变形的分类？由于工程地质，外界条件等因素的影响，建筑物及其设备在施工和运营过程中都会产生一定的变形通常情况下可以分为静态变形和动态变形，根据变形特征可分为变形体自身的形变和变形体的刚体位移。

按变形速度分类：长周期，短周期，瞬时形变。

按变形特点分类：弹性变形和塑性变形原因：(1) 自然条件及其变化：建筑物地基的工程地质、水文地质、大气温度的变化，以及相邻建筑物的影响等。

(2) 与建筑物本身相联系的原因：如建筑物本身的荷重、建筑物的结构、形式以及动荷载的作用、工艺设备的重量等。

(3) 由于勘测、设计、施工以及运营管理方面的工作缺陷，还会引起建筑物产生额外变形。

分类：(1)按变形性质可以分为周期性变形和瞬时变形(2)按变形状态则可分为静态变形和动态变形2、水平位移监测有哪些主要方法？大地测量法，基准线法，专用测量法，GPS测量法3、变形监测方案编制的步骤和主要内容。

1变形监测内容的确定2监测方法，仪器和精度的确定3监测部位和测点布置的确定4 监测频率的确定监测方案编制的步骤（1）收集监测工作所需的基础技术资料；（2）现场踏勘，了解掌握周围环境；（3）编制监测方案初稿；（4）会同有关部门（包括甲方、施工方、监理方等）确定各类监测项目和数据的控制基准；（5）监测方案上报审查、修改完善、报批执行。

第一章变形的概念：指变形体（根据变形监测区域大小，可将变形监测对象分为三大类：全球性的、区域性的、工程与局部性的，本文统称其为变形体）在各种致变因素的作用下，其形状、大小及位置在时间域和空间域中的变化。

变形观测的概念：指为了解变形量大小，通过定期测量观测点相对于基准点的变化量，从历次观测结果比较了解变形随时间与空间的发展情况。

这个过程即是变形观测。

产生变形原因：1.自然原因：地震、板块运动、日照、风震2.人为的原因：（1）地下水的过量抽采（2）地下矿物的开采（3）建筑物的荷载（4）其它因素变形的危害与控制：变形的危害：1）地面建（构）筑物裂缝、倒塌；2）交通、通讯设施损害管线损害；3）港口设施失效4）桥墩下沉，净空减小，水上交通受阻5）滨海城市海水侵蚀 6）诱发地震控制：（1）控制地下水开采；（2）进行地下水回灌，保持地下水位；（3）加固建筑物进行等。

变形观测的目的：确保工程安全运营进行变形分析，建立预报变形的理论和方法变形观测的主要内容：沉降观测、水平位移观测、裂缝观测、倾斜观测、挠度监测、滑坡监测等变形观测的意义：实用上：检查各种工程建筑物及其基础的稳定性，及时掌握变形情况，为安全性诊断提供必要的信息，以便及时发现问题并采取措施科研上：更好地理解变形机理，验证有关工程设计的理论和地壳运动假说，进行反馈设计以及建立有效的变形预报模型变形观测的主要技术方法：1.常规测量方法的应用3.摄影测量方法4.特殊测量手段法5.综合各种技术方法。

变形观测的特点：1.精度要求高2.重复观测3.数据处理要求高4.多学科的配合5.责任重大变形的分类：一般情况，变形可分为静态变形和动态变形两大类。

静态变形主要指变形体随时间的变化而发生的变形，这种变形一般速度较慢，需要较长的时间才能被发觉。

动态变形主要指变形体在外界荷载的作用下发生的变形，这种变形的大小和速度与荷载密切相关，在通常情况下，荷载的作用将使变形即刻发生。