一种真空激光准直位移测量装置端点绝对位移改正方法
【专利摘要】本发明涉及一种真空激光准直位移测量装置端点绝对位移改正方法，属于建筑物位移监测方法改进。将发射端设备或接收端设备两者中的任何一个安装于稳定位置，在距离该点端5～20m范围内安装一个用于另一个端点位移改正的测点箱，通过测量该测点箱位置的位移变化量，通过端点改正计算方法，计算出接收端与发射端的相对位移变化量，该相对位移变化量加上该端点的绝对位移即为另一个端点的绝对位移变化量。优点是，由于只增加了一个测点，其测量时间较其它方案基本上没有大的变化，不但满足了系统布置的要求还可极大的节省工程投资。
【专利说明】 一种真空激光准直位移测量装置端点绝对位移改正方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于建筑物位移监测方法改进。
【背景技术】
[0002]真空激光准直位移测量装置现已广泛应用在直线型建筑物的位移监测，可测量水平X向(垂直于建筑物轴线方向)及垂直Z向两个方向的位移变化。该系统主要由激光发射装置、激光接收装置、测点箱、真空管道、抽真空控制系统及数据采集系统组成。系统原理及组成详见《真空激光准直位移测量装置》(DL/T 328-2010)。
[0003]真空激光准直位移测量装置测量的是测点位置相对于发射端(激光发射装置所在位置)与接收端(激光接收装置所在位置)的相对位移变化量，相对位移变化量无法满足监测要求，需要进行绝续位移变化量的改正计算。常规系统设计的布置方案通常采用在发射端及接收端设置端点绝对位移测量设备，目前一般采用倒垂线(水平X向绝对位移变化量的测量)及双金属标(垂直Z向绝对位移变化量的测量)组合装置来测量两个端点相对于深层稳定岩体的位移变化，并将两个端点的绝对位移变化量代入测点位置的绝对位移计算公式中，最终计算出测点位置的绝对位移变化量。具体计算方法详见《混凝土坝安全监测资料整编规程》(DL/T 5209-2005)
目前，国内真空激光准直位移测量装置主要应用于大型水利水电工程中，安装位置一般为坝顶或坝基。如果条件允许设计也可以采取另外一种布置方式:在系统的两端沿系统轴线向两岸山体开挖观测洞，将发射端装置及接收端装置布置在洞内。当洞体纵深足够时(可通过有限元计算确定)，可认为设置在洞内的两个端点是稳定的，这时候则不需要再设置端点绝对位移测量设备，测点计算出来的相对位移变化量即为测点的绝对位移变化量。
[0004]上述两种布置方案对于国内的一些工程来说存在以下几个问题:
1)工程坝址的河谷为U型河谷，如果打倒垂孔其入岩深度要求较高，导致施工难度及工程造价也随之急剧增加；
2)工程空间局促，发射端或接收端不具备安装端点绝对位移测量设备的空间；
3 )两岸山体较破碎，观测洞实施难度较大，成本较高。
[0005]这些问题严重制约了真空激光准直位移测量装置的推广应用，目前国内还没有较好的解决方案。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种真空激光准直位移测量装置端点绝对位移改正方法，以解决现在真空激光准直位移测量系统布置与实施的难度大的问题。
[0007]本发明采取的技术方案是，包括下列步骤:
(一)、将发射端设备或接收端设备两者中的任何一个安装于稳定位置，如该位置不稳定需安装端点绝对位移测量设备；
(二)、在距离该端点5?20m范围内安装一个用于另一个端点位移改正的测点箱，该测点箱和该端点设备要求安装在同一个平台上或保证该测点箱位置随同该端点同步变形；(三)通过测量该测点箱位置的位移变化量及端点改正计算方法，计算出接收端与发射端的相对位移变化量，该相对位移变化量加上该端点的绝对位移即为另一个端点的绝对位移变化量；所述端点改正计算方法如下，以发射端侧布置端点改正测点箱为例:
FX(1、FZ(I分别为发射端位置位移X向、Z向的初始测值，Fxn、Fzn分别为发射端位置位移的第η次观测值，发射端位置位移测值是通过端点位移测量设备得到的，则发射端X向、Z向第η次观测的绝对位移变化量分别为Fxn-Fx(l、Fzn-Fz(l，当发射端位置处于稳定状态时Fxn=Fx(l、Fzn= Fztl，发射端位置X向、Z向的绝对位移变化量均为O ;Ax0、Az0为端点改正测点箱相对于接收端观测坐标系的测值，通过激真空激光准直位移测量装置测得，即为接收端X向、Z向的初始值，Axn, Azn分别为端点改正测点箱相对于接收端观测坐标系的第η次观测值；位移变化量的方向为:水平X向—坝体向下游位移为正，向上游位移为负；垂直Z向—坝体向下沉降为正，向上抬升为负，则第η次观测到的接收端绝对位移变化量计算公式为:
RXn= (AxO-Axn) + (Fxn-Fx0) (I)
RZn= (Azn-Az0) + (Fzn-Fz0) (2)
式中:
Fxo——发射端位置位移X向的初始测值；
Fzo——发射端位置位移Z向的初始测值；
Fxn~发射端位置位移的第η次X向观测值；
Fzn~发射端位置位移的第η次Z向观测值； Ax0——端点改正测点箱相对于接收端观测坐标系的X向的初始测值；
Az0——端点改正测点箱相对于接收端观测坐标系的Z向的初始测值；
Axn~端点改正测点箱相对于接收端观测坐标系的第η次X向观测值；
Azn~端点改正测点箱相对于接收端观测坐标系的第η次Z向观测值；
RXn——接收端水平X向第η次观测的绝对位移变化量；
RZn——接收端垂直Z向第η次观测的绝对位移变化量。
[0008]本发明方法实施的前提是要求两个端点中的任何一个端点处于稳定状态或可布置端点绝对位移测量设备，新技术可通过该端点的绝对位移变化计算出另一个端点的绝对位移变化量，从而减少了系统布置与实施的难度。同时因减少了一个端点绝对位移测量设备，可极大的节约工程投资，一套端点绝对位移测量设备平均工程投资约为40-50万元。
[0009]本发明优点是，由于只增加了一个测点，其测量时间较其它方案基本上没有大的变化，不但满足了系统布置的要求还可极大的节省工程投资。通过长期实验，发现在发射端或接收端前设置端点改正测点箱均可很好的完成接收端与发射端之间相对位移变化量的获取及绝对位移变化量的计算。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明位移前准直示意图；
图2是本发明位移后准直示意图；
发射端的位移变化是通过端点位移测量设备测得，是相对于深层稳定岩体的位移变化量，因此其测值的变化量就是绝对位移变化，其坐标系统也可称之为绝对坐标系；接收端获得的测值为辅助端点校准装置相对于接收端观测坐标系的测值，其测值的变化量即为接收端相对于发射端的位移变化量。
【具体实施方式】
[0011]包括下列步骤:
(一)、将发射端设备或接收端设备两者中的任何一个安装于稳定位置，如该位置不稳定需安装端点绝对位移测量设备；
(二)、在距离该端点5~20m范围内安装一个用于另一个端点位移改正的测点箱，该测点箱和该端点设备要求安装在同一个平台上或保证校准装置位置随同该端点同步变形；
(三)通过测量该测点箱位置的位移变化量，通过端点改正计算方法，计算出接收端与发射端的相对位移变化量，该相对位移变化量加上该端点的绝对位移即为另一个端点的绝对位移变化量；所述端点改正计算方法如下，以发射端侧布置端点改正测点箱为例:
参见附图1、附图2，FX(1、FZ(I分别为发射端位置位移X向、Z向的初始测值，Fxn、Fzn分别为发射端位置位移的第η次观测值，发射端位置位移测值是通过端点位移测量设备得到的，则发射端X向、Z向第η次观测的绝对位移变化量(相对于深层稳定岩体的位移变化量)分别为Fxn-Fx(l、Fzn-Fz(l，当发射端位置处于稳定状态时Fxn=Fx(l、Fzn= Fz0,发射端位置X向、Z向的绝对位移变化量均为0.Α0Λζ0为端点改正测点箱相对于接收端观测坐标系的测值，通过激真空激光准直位移测量装置测得，即为接收端X向、Z向的初始值，Axn, Azn分别为端点改正测点箱相对于接收端观测坐标系的第η次观测值；位移变化量的方向为:水平X向——坝体
向下游位移为正，向上游位移为负；垂直Z向-坝体向下沉降为正，向上抬升为负，则第η
次观测到的接收端绝对位移变化量计算公式为:
RXn= (AxO-Axn) + (Fxn-Fx0) (I)
RZn= (Azn-Az0) + (Fzn-Fz0) (2)
式中:
Fxo——发射端位置位移X向的初始测值；
Fzo——发射端位置位移Z向的初始测值；
Fxn~发射端位置位移的第η次X向观测值；
Fzn~发射端位置位移的第η次Z向观测值；
Ax0——端点改正测点箱相对于接收端观测坐标系的X向的初始测值；
Az0——端点改正测点箱相对于接收端观测坐标系的Z向的初始测值；
Axn~端点改正测点箱相对于接收端观测坐标系的第η次X向观测值；
Azn~端点改正测点箱相对于接收端观测坐标系的第η次Z向观测值；
RXn——接收端水平X向第η次观测的绝对位移变化量；` RZn——接收端垂直Z向第η次观测的绝对位移变化量。
[0012]发射端位置的位移变化是通过端点位移测量设备测得，是相对于深层稳定岩体的位移变化量，因此其测值的变化量就是绝对位移变化，其坐标系统也可称之为绝对坐标系。接收端获得的测值为端点改正测点箱相对于接收端观测坐标系的测值，其测值的变化量即为接收端相对于发射端的位移变化量。
【权利要求】
1.一种真空激光准直位移测量装置端点绝对位移改正方法，其特征在于包括下列步骤: (一)、将发射端设备或接收端设备两者中的任何一个安装于稳定位置，如该位置不稳定需安装端点绝对位移测量设备； (二)、在距离该端点5?20m范围内安装一个用于另一个端点位移改正的测点箱，该测点箱和该端点设备要求安装在同一个平台上或保证校准装置位置随同该端点同步变形； (三)通过测量该测点箱位置的位移变化量，通过端点改正计算方法，计算出接收端与发射端的相对位移变化量，该相对位移变化量加上该端点的绝对位移即为另一个端点的绝对位移变化量；所述端点改正计算方法如下，以发射端侧布置端点改正测点箱为例: FX(1、FZ(I分别为发射端位置位移X向、Z向的初始测值，Fxn、Fzn分别为发射端位置位移的第η次观测值，发射端位置位移测值是通过端点位移测量设备得到的，则发射端X向、Z向第η次观测的绝对位移变化量分别为Fxn-Fx(l、Fzn-Fz(l，当发射端位置处于稳定状态时Fxn=Fx(l、Fzn= Fztl，发射端位置X向、Z向的绝对位移变化量均为O ;Ax0、Az0为端点改正测点箱相对于接收端观测坐标系的测值，通过激真空激光准直位移测量装置测得，即为接收端X向、Z向的初始值，Axn, Azn分别为端点改正测点箱相对于接收端观测坐标系的第η次观测值；位移变化量的方向为:水平X向—坝体向下游位移为正，向上游位移为负；垂直Z向—坝体向下沉降为正，向上抬升为负，则第η次观测到的接收端绝对位移变化量计算公式为: RXn= (AxO-Axn) + (Fxn-Fx0)⑴ RZn= (Azn-Az0) + (Fzn-Fz0)(2) 式中: Fxo——发射端位置位移X向的初始测值； Fzo——发射端位置位移Z向的初始测值； Fxn~发射端位置位移的第η次X向观测值； Fzn~发射端位置位移的第η次Z向观测值； Ax0——端点改正测点箱相对于接收端观测坐标系的X向的初始测值； Az0——端点改正测点箱相对于接收端观测坐标系的Z向的初始测值； Axn~端点改正测点箱相对于接收端观测坐标系的第η次X向观测值； Azn~端点改正测点箱相对于接收端观测坐标系的第η次Z向观测值； RXn——接收端水平X向第η次观测的绝对位移变化量； RZn——接收端垂直Z向第η次观测的绝对位移变化量。
【文档编号】G01B11/02GK103499298SQ201310490010
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】金正浩, 李俊富, 苏加林, 马军, 王德库, 王科峰, 徐岩彬, 李克绵, 孟中, 姜盛吉, 王珍萍, 朱奎卫, 彭立斌, 韩琳, 马玉华, 于柏强, 王洪洋, 薛立梅 申请人:中水东北勘测设计研究有限责任公司