變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理課件

1.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展

本節(jié)重點為：

變形信息獲取的手段變形監(jiān)測方案設(shè)計問題地表變形監(jiān)測方法

GPS周期性和連續(xù)性變形監(jiān)測問題GPS動態(tài)監(jiān)測變形監(jiān)測技術(shù)的未來

1.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展本節(jié)重點為：11.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展

變形信息獲取方法的選擇取決于變形體的特征、變形監(jiān)測的目的、變形大小和變形速度等因素。在全球性變形監(jiān)測方面，空間大地測量是最基本最適用的技術(shù)，它主要包括全球定位系統(tǒng)（GPS）、甚長基線射電干涉測量（VLBI）、衛(wèi)星激光測距（SLR）、激光測月技術(shù)（LLR）以及衛(wèi)星重力探測技術(shù)（衛(wèi)星測高、衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星和衛(wèi)星重力梯度測量）等技術(shù)手段；1.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展變形信息獲取方法21.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展

在區(qū)域性變形監(jiān)測方面，GPS已成為主要的技術(shù)手段。近十年發(fā)展起來的空間對地觀測遙感新技術(shù)——合成孔徑雷達干涉測量（InSAR,InterferometricSyntheticApertureRadar），在監(jiān)測地震變形、火山地表移動、冰川漂移、地面沉降、山體滑坡等方面，其試驗成果的精度已可達厘米或毫米級，表現(xiàn)出很強的技術(shù)優(yōu)勢。但精密水準(zhǔn)測量依然是高精度高程信息獲取的方法。

在工程和局部性變形監(jiān)測方面，地面常規(guī)測量技術(shù)、地面攝影測量技術(shù)、特殊和專用的測量手段、以及以GPS為主的空間定位技術(shù)等均得到了較好的應(yīng)用。1.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展在區(qū)域性變形監(jiān)測方面，GPS31.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展

本節(jié)重點為：

變形信息獲取的手段變形監(jiān)測方案設(shè)計問題地表變形監(jiān)測方法

GPS周期性和連續(xù)性變形監(jiān)測問題GPS動態(tài)監(jiān)測變形監(jiān)測技術(shù)的未來

1.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展本節(jié)重點為：41.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展

合理設(shè)計變形監(jiān)測方案是變形監(jiān)測的首要工作，對于監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計而言，其主要內(nèi)容包括：確定監(jiān)測網(wǎng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；選擇觀測方法；點位的最佳布設(shè)和觀測方案的最優(yōu)選擇。在過去三十年里，變形監(jiān)測方案設(shè)計和監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的研究較為深入和全面，取得了豐富的理論研究成果和實用效益，這一點可從眾多文獻中得到體現(xiàn)。目前，在變形監(jiān)測方案與監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方面，其主要發(fā)展是監(jiān)測方案的綜合設(shè)計和監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理與綜合處理。例如，在大壩的變形監(jiān)測中，要綜合考慮外部觀測和內(nèi)部觀測設(shè)計，大地測量與特殊測量的觀測量（geodeticandgeotechnicalobservations）要進行綜合處理與分析。1.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展合理設(shè)計變形監(jiān)測方51.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展

本節(jié)重點為：

變形信息獲取的手段

變形監(jiān)測方案設(shè)計問題地表變形監(jiān)測方法

GPS周期性和連續(xù)性變形監(jiān)測問題GPS動態(tài)監(jiān)測變形監(jiān)測技術(shù)的未來

1.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展本節(jié)重點為：6數(shù)十年變形監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的地表變形監(jiān)測方法主要采用的是大地測量法。1）常規(guī)地面測量方法的完善與發(fā)展，其顯著進步是全站型儀器的廣泛使用，尤其是全自動跟蹤全站儀（RTS,RoboticTotalStations），也稱測量機器人（Georobot），為局部工程變形的自動監(jiān)測或室內(nèi)監(jiān)測提供了一種很好的技術(shù)手段，它可進行一定范圍內(nèi)無人值守、全天侯、全方位的自動監(jiān)測。例如，在美國加州南部的一個新水庫（DiamondValleyLake已安裝了由8個永久性RTS和218個棱鏡組成的地面自動監(jiān)測系統(tǒng)。但是，TPS（TerrestrialPositionalSystem）的最大缺陷是受測程限制，測站點一般都處在變形區(qū)域范圍之內(nèi)。1.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展

數(shù)十年變形監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的地表變形監(jiān)測72）地面攝影測量技術(shù)在變形監(jiān)測中的應(yīng)用起步較早，但是由于攝影距離不能過遠(yuǎn)，絕對精度較低，使得其應(yīng)用受到局限，僅大量應(yīng)用于高塔、煙囪、古建筑、船閘、邊坡體等的變形監(jiān)測。后來發(fā)展起來的數(shù)字?jǐn)z影測量和實時攝影測量為地面攝影測量技術(shù)在變形監(jiān)測中的深入應(yīng)用開拓了非常廣泛的前景。地面三維激光掃描系統(tǒng)將是變形監(jiān)測領(lǐng)域的一種重要技術(shù)。3）光、機、電技術(shù)的發(fā)展，研制了一些特殊和專用的監(jiān)測儀器可用于變形的自動監(jiān)測，它包括應(yīng)變測量、準(zhǔn)直測量和傾斜測量。采用光纖傳感器測量系統(tǒng)將信號測量與信號傳輸合二為一，具有強的抗雷擊、抗電磁場干擾和抗惡劣環(huán)境的能力，便于組成遙測系統(tǒng)，實現(xiàn)在線分布式監(jiān)測。

1.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展

2）地面攝影測量技術(shù)在變形監(jiān)測中的應(yīng)用起步較8

4）GNSS作為一種全新的現(xiàn)代空間定位技術(shù)，已逐漸在許多領(lǐng)域取代常規(guī)光學(xué)和電子測量儀器，在變形監(jiān)測領(lǐng)域也不例外。自從上世紀(jì)80年代以來，尤其是進入90年代后，GPS衛(wèi)星定位和導(dǎo)航技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合，在空間定位技術(shù)方面引起了革命性的變化。用GPS同時測定三維坐標(biāo)的方法將測繪定位技術(shù)從陸地和近海擴展到整個海洋和外層空間，從靜態(tài)擴展到動態(tài)，從單點定位擴展到局部與廣域差分，從事后處理擴展到實時（準(zhǔn)實時）定位與導(dǎo)航，絕對和相對精度擴展到米級、厘米級乃至亞毫米級，從而大大拓寬了它的應(yīng)用范圍和在各行各業(yè)中的作用。1.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展

4）GNSS作為一種全新的現(xiàn)代空間定位技術(shù)，已91.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展

本節(jié)重點為：

變形信息獲取的手段

變形監(jiān)測方案設(shè)計問題

地表變形監(jiān)測方法

GPS周期性和連續(xù)性變形監(jiān)測問題GPS動態(tài)監(jiān)測變形監(jiān)測技術(shù)的未來

1.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展本節(jié)重點為：10數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、計算機技術(shù)和以GPS為代表的空間定位技術(shù)的日益發(fā)展和完善，使得GPS法由原來的周期性觀測走向高精度、實時、連續(xù)、自動監(jiān)測成為可能。GPS用于變形監(jiān)測的作業(yè)方式可劃分為周期性和連續(xù)性兩種模式（episodicandcontinuousmode）。1）周期性變形監(jiān)測與傳統(tǒng)的變形監(jiān)測網(wǎng)沒有多大區(qū)別，因為有的變形體的變形極為緩慢，在局部時間域內(nèi)可以認(rèn)為是穩(wěn)定的，其監(jiān)測頻率可以是幾個月，有的長達幾年，此時，采用GPS靜態(tài)相對定位法進行測量，數(shù)據(jù)處理與分析一般都是事后的。經(jīng)過十多年的努力，GPS靜態(tài)相對定位數(shù)據(jù)處理技術(shù)基本成熟，在周期性監(jiān)測方面，其最大屏障還是變形基準(zhǔn)的選擇與確定，已成為近幾年研究的關(guān)鍵。1.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展

數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、計算機技術(shù)和以GPS為代表的空間定位技11GPS在工程中的應(yīng)用清江隔河巖大壩GPS自動監(jiān)測系統(tǒng)清江隔河巖大壩

GPS在工程中的應(yīng)用清江隔河巖大壩GPS自動監(jiān)測系統(tǒng)清江隔12清江隔河巖大壩GPS自動監(jiān)測系統(tǒng)

5.1.4實際應(yīng)用

清江隔河巖大壩GPS自動監(jiān)測系統(tǒng)5.1.4實際應(yīng)用13清江隔河巖大壩GPS自動監(jiān)測系統(tǒng)

清江隔河巖大壩GPS自動監(jiān)測系統(tǒng)14清江隔河巖大壩GPS自動監(jiān)測系統(tǒng)

隔河巖大壩GPS監(jiān)測點位分布圖

清江隔河巖大壩GPS自動監(jiān)測系統(tǒng)隔河巖大壩GPS監(jiān)測點位15GPS用于橋梁的安全監(jiān)測GPS在工程中的應(yīng)用武漢長江二橋GPS變形監(jiān)測網(wǎng)GPS用于橋梁的安全監(jiān)測GPS在工程中的應(yīng)用武漢長江二橋162）連續(xù)性變形監(jiān)測指的是采用固定監(jiān)測儀器進行長時間的數(shù)據(jù)采集，獲得變形數(shù)據(jù)序列。雖然連續(xù)性監(jiān)測模式也是對測點進行重復(fù)性的觀測，但其觀測數(shù)據(jù)是連續(xù)的，具有較高的時間分辨率。根據(jù)變形體的不同特征，GPS連續(xù)性監(jiān)測可采用靜態(tài)相對定位和動態(tài)相對定位兩種數(shù)據(jù)處理方法進行觀測，一般要求變形響應(yīng)的實時性，它為數(shù)據(jù)解算和分析提出了更高要求。比如，大壩在超水位蓄洪時就必須時刻監(jiān)視其變形狀況，要求監(jiān)測系統(tǒng)具有實時的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理與分析能力。當(dāng)然，有的監(jiān)測對象雖然要求較高的時間采樣率，但是數(shù)據(jù)解算和分析可以是事后的。比如，橋梁的靜動載試驗和高層建筑物的振動測量，其監(jiān)測的目的在于獲取變形信息，數(shù)據(jù)處理與分析可以事后進行。1.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展

2）連續(xù)性變形監(jiān)測指的是采用固定監(jiān)測儀器進行長時間的數(shù)據(jù)采171.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展

本節(jié)重點為：

變形信息獲取的手段

變形監(jiān)測方案設(shè)計問題

地表變形監(jiān)測方法

GPS周期性和連續(xù)性變形監(jiān)測問題GPS動態(tài)監(jiān)測變形監(jiān)測技術(shù)的未來

1.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展本節(jié)重點為：18GPS在工程中的應(yīng)用廈門的高層建筑GPS在工程中的應(yīng)用廈門的高層建筑19GPS在高層建筑動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用廈門建設(shè)銀行大廈GPS在高層建筑動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用廈門建設(shè)銀行大廈20GPS動態(tài)監(jiān)測—監(jiān)測方案

GPS在高層建筑動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用GPS動態(tài)監(jiān)測—監(jiān)測方案GPS在高層建筑動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用21結(jié)構(gòu)振動頻段信號的頻譜分析及對比

結(jié)構(gòu)振動頻段信號的頻譜分析及對比22GPS用于橋梁的安全監(jiān)測GPS在工程中的應(yīng)用GPS用于橋梁的安全監(jiān)測GPS在工程中的應(yīng)用23GPS用于橋梁的安全監(jiān)測GPS在工程中的應(yīng)用武漢長江二橋GPS動態(tài)監(jiān)測GPS用于橋梁的安全監(jiān)測GPS在工程中的應(yīng)用武漢長江二橋24GPS在工程中的應(yīng)用武漢長江二橋GPS動態(tài)監(jiān)測

監(jiān)測點(WH02)相對于基準(zhǔn)站(WH01)在H方向的頻譜圖

GPS在工程中的應(yīng)用武漢長江二橋GPS動態(tài)監(jiān)測監(jiān)測點(WH25GPS在工程中的應(yīng)用武漢長江二橋GPS動態(tài)監(jiān)測監(jiān)測點(WH02)相對于參考點(WH03)在H方向的頻譜圖

GPS在工程中的應(yīng)用武漢長江二橋GPS動態(tài)監(jiān)測監(jiān)測點(WH026GPS在工程中的應(yīng)用武漢長江二橋GPS動態(tài)監(jiān)測參考點(WH03)相對于基準(zhǔn)站(WH01)在H方向的頻譜圖GPS在工程中的應(yīng)用武漢長江二橋GPS動態(tài)監(jiān)測參考點(WH027在動態(tài)監(jiān)測方面，過去一般采用加速度計、激光干涉儀等測量設(shè)備測定建筑結(jié)構(gòu)的振動特性，但是，隨著建筑物高度的增高，以及連續(xù)性、實時性和自動化監(jiān)測程度的要求加強，常規(guī)測量技術(shù)已越來越受到局限。GPS作為一種新方法，由于其硬件和軟件的發(fā)展與完善，特別是高采樣率（目前有的已高達20Hz）GPS接收機的出現(xiàn)，在大型結(jié)構(gòu)物動態(tài)特性和變形監(jiān)測方面已表現(xiàn)出其獨特的優(yōu)越性。近幾年來，一些學(xué)者已開展了卓有成效的GPS動態(tài)監(jiān)測實驗與測試工作。目前，GPS動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理主要采用OTF方法，同時，GPS變形監(jiān)測單歷元求解算法及其相應(yīng)軟件開發(fā)的研究也在發(fā)展之中。令人鼓舞的是，正如Loves等（1995）所言，隨著GPS動態(tài)變形監(jiān)測能力的進一步證實，這一技術(shù)可望被采納為測量結(jié)構(gòu)振動的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。1.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展

在動態(tài)監(jiān)測方面，過去一般采用加速度計、激光干涉儀等測量設(shè)備測281.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展

本節(jié)重點為：

變形信息獲取的手段

變形監(jiān)測方案設(shè)計問題

地表變形監(jiān)測方法

GPS周期性和連續(xù)性變形監(jiān)測問題

GPS動態(tài)監(jiān)測變形監(jiān)測技術(shù)的未來

1.2變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展本節(jié)重點為：29展望變形監(jiān)測技術(shù)的未來：①多種傳感器、數(shù)字近景攝影、全自動跟蹤全站儀和GPS的應(yīng)用，將向?qū)崟r、連續(xù)、高效率、自動化、動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的方向發(fā)展；②變形監(jiān)測的時空采樣率會得到大大提高，變形監(jiān)測自動化可為變形分析提供極為豐富的數(shù)據(jù)信息；③高度可靠、實用、先進的監(jiān)測儀器和自動化系