1、第二章 變形觀測技術(shù)2,2.2 自動化變形監(jiān)測系統(tǒng),1 測量機器人 2 實時動態(tài)GPSRTK法 3 數(shù)字攝影測量方法 4液體靜力水準測量 5 3D激光掃描技術(shù),2.2.1 測量機器人,能連續(xù)或定時對多個合作目標進行自動識別、照準、跟蹤、測角、測距和三維坐標測定的自動跟蹤全站儀稱為測量機器人(GEOROBOT)。測量機器人自動化程度高，能全天候工作，特別適應(yīng)于工程開挖體及各種建(構(gòu))筑物的變形測量。,動態(tài)監(jiān)測模式1,TCA動態(tài)變形監(jiān)測系統(tǒng) 工作方式,（1）逐點掃描； （2）后方交會。,某大壩的變形測量機器人系統(tǒng),動態(tài)監(jiān)測模式系統(tǒng)組成,某大壩的變形測量機器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)由3套高精度自動測距系統(tǒng)、數(shù)

2、據(jù)通訊設(shè)備、反射棱鏡組、系統(tǒng)軟件、中央控制室主計算機、頻率校準儀、高精度通風溫度計、數(shù)字氣壓計、數(shù)字濕度計等組成。,工作原理,全站儀測量系統(tǒng)應(yīng)用舉例 自動變形監(jiān)測系統(tǒng) ADMS章 全站儀測量系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用 3 自動變形監(jiān)測系統(tǒng)ADMS,ADMS（Automatic Deformation Monitoring System）自動變形監(jiān)測軟件是在學習、消化、吸收瑞士Leica公司研制的自動極坐標測量系統(tǒng)APSWin（Automatic Polar System for Windows）的基礎(chǔ)上，通過實際的工程應(yīng)用，并結(jié)合國內(nèi)用戶的實際需求，研制出的本地化的智能型自動變形監(jiān)測中文軟件。,4.3

3、自動變形監(jiān)測系統(tǒng)ADMS,ADMS系統(tǒng)配置圖,全站儀測量系統(tǒng)應(yīng)用舉例 自動變形監(jiān)測系統(tǒng) ADMS章 全站儀測量系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用 3 自動變形監(jiān)測系統(tǒng)ADMS,4.3 自動變形監(jiān)測系統(tǒng)ADMS,ADMS 自動測量界面,全站儀測量系統(tǒng)應(yīng)用舉例 自動變形監(jiān)測系統(tǒng) ADMS章,4.4 全站儀測量系統(tǒng)應(yīng)用舉例,1、大壩及邊坡監(jiān)測,全站儀測量系統(tǒng)應(yīng)用舉例 自動變形監(jiān)測系統(tǒng) ADMS章 全站儀測量系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用 3 自動變形監(jiān)測系統(tǒng)ADMS,3、地鐵形變監(jiān)測,2、大橋變形監(jiān)測,4.4 全站儀測量系統(tǒng)應(yīng)用舉例,全站儀測量系統(tǒng)應(yīng)用舉例 自動變形監(jiān)測系統(tǒng) ADMS章 全站儀測量系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用 3 自動變形監(jiān)測

4、系統(tǒng)ADMS,提高測距精度采取的措施,1非比例誤差 通過利用光電測距儀檢定中心嚴格的室內(nèi)儀器檢定，監(jiān)測現(xiàn)場強制對中、在反光鏡上設(shè)照準鏡或固定反光鏡等措施來降低非比例誤差且的影響。 2比例誤差的影響 (1)通過采用自行研制的光電測距儀頻率校準儀，使測尺頻率誤差減小。 (2)采用，0.02的超線性石英高精度溫度計。 (3) 60Pa的數(shù)字氣壓計，4的數(shù)字濕度計，通過計算機采集數(shù)據(jù)，計算氣象元素測定引起的測距誤差。 (4)采用精密大氣折射率計算公式，計算大氣折射率的誤差.,采用2臺TCAl800全站儀，在某電站大壩進行連續(xù)15 d的自動監(jiān)測，如圖，采樣周期為15min，實際測邊13000條，共20萬

5、個數(shù)據(jù)。結(jié)果表明：按第1 d測量結(jié)果計算中誤差取平均值，精度為0.26mm，使亞毫米級精度自動測距系統(tǒng)測量機器人成為現(xiàn)實。同時，系統(tǒng)實現(xiàn)了變形監(jiān)測“無人值班” 。,2.2.2 實時動態(tài)GPSRTK法,在目前的GPS變形監(jiān)測系統(tǒng)中，一般都是利用雙頻GPS接收機，采用精密星歷和高質(zhì)量的數(shù)據(jù)處理軟件(如GAMIT和GLOBK等)，根據(jù)電離層組合來進行差分計算，得出高精度的變形監(jiān)測成果。由于受到各種條件的限制(穩(wěn)定的數(shù)據(jù)鏈路、復(fù)雜的軟件系統(tǒng)以及昂貴的硬件設(shè)備等)，目前的GPS系統(tǒng)一般為非實時的監(jiān)測系統(tǒng)，并且利用多歷元的觀測數(shù)據(jù)進行解算和后處理；隨著GPS硬、軟件的發(fā)展，測量精度的提高，GPS變形監(jiān)測系

6、統(tǒng)越來越向數(shù)據(jù)采集自動化、內(nèi)外業(yè)處理一體化方向發(fā)展。,GPS監(jiān)測系統(tǒng)一般是由GPS基準站、GPS監(jiān)測站、通信網(wǎng)絡(luò)和GPS監(jiān)測中心等4部分組成，而監(jiān)測中心主要由工作站、服務(wù)器和局域網(wǎng)組成.,GPS監(jiān)測系統(tǒng),動態(tài)監(jiān)測模式：（1）多天線GPS變形監(jiān)測系統(tǒng)（2）各監(jiān)測點安置GPS接收機,GPS-RTK作為新的變形監(jiān)測手段在使用過程中有以下問題：,（1）由于衛(wèi)星信號失鎖、各種誤差的影響，造成粗差與變形的混淆，甚至測量數(shù)據(jù)的缺少，如何從觀測數(shù)據(jù)中獲取有效的變形信息并加以分析； （2）GPS全球定位系統(tǒng)價格昂貴，監(jiān)測點數(shù)量越多，費用支出就越大； （3）受地理位置影響，難以在山谷中應(yīng)用。,TCA測量機器與GP

7、S RTK比較,2.2.3 數(shù)字攝影測量方法,常規(guī)攝影測量由于存在： (1) 設(shè)備過于專業(yè)化、價格昂貴； (2) 所需工作環(huán)境在工程中往往難以滿足，如地下空區(qū)測量既難于設(shè)置攝站，又不易布設(shè)物方控制； (3)數(shù)據(jù)處理技術(shù)復(fù)雜； (4)數(shù)據(jù)處理周期長、信息反饋慢等原因，因而該法難于推廣。,數(shù)字化近景攝影測量系統(tǒng),由中南大學開發(fā)的，作為近景攝影測量的最新科研成果，它使攝影測量的內(nèi)、外業(yè)工作大大簡化，對操作人員的要求大大降低，完全擺脫了昂貴的傳統(tǒng)攝影測量設(shè)備，從而使其應(yīng)用領(lǐng)域顯著擴大。與常規(guī)的邊、角測量方法相比，它不但外業(yè)速度快，信息記錄全，而且在許多常規(guī)測量無法作業(yè)的地點(如礦山井筒內(nèi)、塌陷區(qū)等)都

8、能進行測量。該系統(tǒng)將相片(數(shù)字影像)量測、三維坐標計算、計算結(jié)果的繪圖輸出一體化，因此整個內(nèi)業(yè)過程都在計算機上完成，操作方便。,現(xiàn)場攝影,像片輸入,像片量測,立體重建,輸出,繪圖,2.2.4 液體靜力水準測量,幾何水準測量是依據(jù)水平視線來測定兩點間高差的，而水平視線是靠水準器調(diào)平來實現(xiàn)的。若直接依據(jù)靜止的液體表面(水平面)來測定兩點(或多點)之間的高差，則稱為液體靜力水準測量。,液體靜力水準讀數(shù)方法,電感式液體靜力水準儀示意圖,(1) 目視接觸法。 (2) 電子傳感器法。通過電子傳感器不僅可以提高靜力水準的讀數(shù)精度，而且可實現(xiàn)測量的自動化。,優(yōu)點： 1）連通管方法原理簡單,測量變形在人工讀數(shù)情

9、況下精度可達到1mm，而用超聲波液位計測量精度則遠遠超過人工讀數(shù)的精度； 2）該方法簡便易行且有很高的可靠性。 缺點： 1）液體填充系統(tǒng)需在主梁內(nèi)布設(shè)液壓連通管，安裝較為復(fù)雜； 2）由于連通管內(nèi)液體粘性阻力，對測點動態(tài)位移的靈敏性較差。,液體靜力水準優(yōu)缺點,2.2.5 3D激光掃描技術(shù),傳統(tǒng)的測量儀器的缺點： 1 不能滿足高密度三維坐標采集和“逆向工程（實際物體到幾何建模的直接轉(zhuǎn)換 ）”的需要. 2 需要采用接觸式的測量方式，因此測量速度不可能很快。,激光掃描儀,21世紀初，美國Cyra公司推出三維測量的激光掃描儀Cyrax，有點類似于無合作目標全站儀的測量模式，但速度更快。激光掃描儀都帶有豐

10、富的后處理軟件，通過測得的三維“點云”數(shù)據(jù)，可以直接生成物體表面的三維CAD模型，實現(xiàn)了大型目標實體及實景、建筑物和地形測量實時三維仿真模型建立和可視化。但Cyrax的坐標測量精度為6mm，只和普通全站儀的精度相當，其他廠家也相繼推出了類似的產(chǎn)品。下圖為不同廠家激光掃描儀的外形。,2002年，瑞士徠卡公司推出了精度更高的激光掃描儀LR200，也稱為調(diào)頻相干激光雷達掃描儀或激光雷達。該儀器應(yīng)用于測量中，但其測量精度與激光跟蹤儀相當。圖2為LR200激光雷達。,激光掃描儀,為何用3維激光掃描?,ILRIS 3D全數(shù)字三維激光掃描儀,激光類型：一級激光，安全無害 Class I Laser at a

11、ll mode (IEC 60825-1,Am2,US FDA 21 CFR 1040) 掃描精度：3mm 儀器重量：12kg 掃描范圍： 1500 m 80%反射率目標 800 m 20%反射率目標 350 m 4% 反射率目標 參考價格：25萬美元 生產(chǎn)產(chǎn)地：日本,ILRIS-3D操作過程,一人帶上設(shè)備和腳架，到現(xiàn)場后將儀器架設(shè)好，無需對中整平，通過取景窗選定需掃描范圍（可多重選取多窗口），設(shè)定掃描間距，即開始逐行從下往上掃描目標,ILRIS-3D操作過程,回到辦公室后將記錄數(shù)據(jù)的CF卡從儀器中取出，插入計算機中讀取，將從不同角度掃描的數(shù)據(jù)找出重合的特征點，將三維點云數(shù)據(jù)拼接在一起，并可疊

12、加上數(shù)碼照片，方便判讀，再找出三個特征點，賦予其三維坐標值，即確定整個掃描數(shù)據(jù)的三維坐標系統(tǒng),ILRIS-3D替代傳統(tǒng)作業(yè)方式的優(yōu)勢,1、單人即可作業(yè)，且只需架設(shè)好儀器后設(shè)定掃描范圍等參數(shù)，作業(yè)人員就可休息待儀器自行收集數(shù)據(jù) 2、精度高，掃描范圍遠，不需接觸即可作業(yè) 3、三維數(shù)據(jù)和彩色數(shù)碼圖片相對應(yīng)，量大且明細，形象、全面、直觀 4、掃描速度快，對收集動態(tài)數(shù)據(jù)尤為有效,ILRIS-3D應(yīng)用,文物古跡搶救性備份資料,共掃描25次 - 內(nèi)部和外部 掃描時間 - 1 天,ILRIS-3D應(yīng)用,三維數(shù)字城市數(shù)據(jù)收集,ILRIS-3D應(yīng)用,大型工程竣工測量,ILRIS-3D應(yīng)用,大型構(gòu)筑物變形監(jiān)測,不同時期掃描的點云數(shù)據(jù)拼接重疊后，很方便地計算出每一個細部點的變形情況，以助判斷是否安全運行，并確診故障部位，輔助維護方案制定，可用于公路橋、鐵路橋、水壩、廠礦等各種構(gòu)筑物變形監(jiān)測。對大壩等受水位影響