全站仪精密三维变形监测软件系统简介
概述
本软件的详细内容请参阅郑州大学出版社出版的《相对变形测量工程实践与研究》（2016）一书的“第一篇 全站仪精密三维相对变形测量”。
注：本书现有库存，有需要者可 联系 购买。
运行本软件系统的软、硬件环境：
本软件目前为单机版，适合单台电脑和虚拟机使用。
需要Intel i3 CPU或以上，最低2G内存硬件配置，Windows7以上版本操作系统（32位和64位均可）。安装卸载简单明了，并且卸载彻底，不留痕迹。
全站仪精密三维变形监测软件的整个操作过程进行了高度抽象和层层封装，使得完成一次监测的分析工作非常简单。其操作步骤简单到只需三步：（1）运行本软件；（2）点击主界面上的“录入外业数据”；（3）点击主界面上的“一键完成工作”。稍等，报告自动生成并以网页形式自动打开展现在操作者面前。对于某一次的监测结果报告有两个，一个是当次的变形监测分析报告，另一个是包括当次监测的历次变形监测分析报告。
1 主界面简介
运行软件，可以打开主界面如下：
图1.1 主界面图
一个主界面看久了还可以点击右下角的小箭头▶更换图片换一种心情。如：
用户还可以添加自己的图片到当前路径的jpg文件夹下参与自选择图片。
在主界面上，实际工作时所需要的命令只有两个：观测数据录入和一键完成工作。即把外业观测数据输入计算机以后，点击一键完成命令，即可自动生成监测分析报告。分析报告图文并茂，描述了当次的观测分析结果和历次观测分析结果。
而垂直变形分析和平面位移分析这两个命令是帮助分析者进一步从多方位进行实时中间分析的，带有研究性质，而不需要放入监测分析的结果报告中。这两个命令实际代表两个子系统，是两个子系统的入口。
2 外业观测数据录入
点击“观测数据录入”命令，则打开外业观测数据界面。
数据录入结束后，点击“提交”返回主界面。如果是自动记录外业数据的全站仪，则直接导入数据并进行必要的编辑即可。
3 一键完成工作
点击“一键完成工作”命令将自动生成变形监测生成报告，包括多种文档组成。见图1.2。
（注：本窗体左边的一组五个命令是允许在其它情况下调用该窗体分步完成一些功能）
其中主要的两个文档如下：
图1.2 监测分析报告自动生成子系统
3.1 当次监测平面位移和沉降分析结果
下面是某工程第87次监测结果实例。
报告的最后将通过专家系统自动给出变形情况的统计结论和建议。
某工程入口边坡地质变形监测分析报告
（1） 第 87 次观测平面位移分析（2009年05月14日 14时30分）
第87次观测平面位移图（虚线表示前一次位移误差线）。见图1.3.
第87次观测平面位移直方图（略）
第87次观测各点平面位移情况(长度单位:mm)：见图1.4。
（2） 第 87 次观测垂直位移分析
第87次观测沉降直方图（略）
第87次观测各点垂直位移情况(长度单位:mm)：见图1.5。
注：图1.4和图1.5中的！号前的数值是临界值的倍数，数值越大位移的危险性也越大。
3.2 各个监测点历次沉降分析结果
每个监测点最后一次观测的位移量位于每幅直方图的最右边一个竖条。
照准点1各次观测沉降直方图（其它照准点略）：
4 垂直变形分析
点击“垂直变形分析”命令，将进入垂直变形分析界面。见图1.6。
在这个界面上可以对垂直沉降进行一系列的分析，并且可以将分析结果以图像格式保存下来。
图1.6 垂直变形分析
5 平面变形分析
点击“平面变形分析”命令，将进入平面变形分析界面。见图1.7。
图1.7 平面变形分析界面
这是6个变形观测墩的历次平面位移图，看上去像是一个个不规则梅花图，并能观察出被监测体的大致平面位移方向，整个被监测变动体是朝向右下角偏上的方向位移。
在这个界面上可以对平面位移进行一系列的分析，并且可以将分析结果以图像格式保存下来。
上图可以看到各个变形监测点的历次观测的位移情况—不规则梅花图，也可以详细察看单个变形监测点的不规则梅花图情况。例如对于2号点的历次平面位移观测情况。
还可以进行以一定时间间隔动态连续绘制各次观测后的位移变化情况，即按位移发生的先后顺序，每隔一定时间绘制一条误差线，模拟平面位移发生的规律。例如定为每秒钟绘制一次位移（此时需要选中“使用缓出”检查框）。
在平面变形分析窗体上点击“图表分析法”，将打开平面变形的图表显示窗体。
分析的结果中，有两个文档是最重要的，一个是当次的变形监测分析报告，另一个是历次的变形监测分析报告。而这两个报告都是在每次观测以后，将外业观测数据提交给计算机，由本软件自动进行数据处理和自动生成报告的，不需要人工干预，其中都包含沉降和平面位移两部分内容。其它还有一些辅助分析方法，以不同的角度对观测成果进行分析，实际工作中可以参照使用本软件进行多方位分析。
这两个重要文档中，又以当次平面位移图和历次沉降图最为重要。当次平面位移图的位移实际上就是平面的历次位移量，因为每次观测后得到的平面位移都是相对于点位的初始状态的位移。
而各个点位的历次平面位移都表示在一张图上，就像是一副不规则的梅花图。这是由于观测误差所造成的，不过根据梅花图可以看出各个变形监测点的平面位移趋势方向和整个变形体的总的位移趋势方向。
另外，变形观测期间，不一定所有的观测点每次都全面观测，软件设计的很自由，既可以全面观测，也可以观测其中的一部分点作为一个观测第次。但不同的两个相邻观测第次不能合并为一次观测，因为仪器高不同，尽管某相邻两次的仪器高完全相等，也不能合并为一个观测第次，因为其一是两次之间位移可能发生，另一方面两次观测之间的环境可能改变过大。例如，在某一次变形观测结束以后，经过本信息系统处理发现某个点（或某些点）与理论值差值较大，怀疑形变发生，需要对这个点（或某些点）进行一次复测，以证实是否属于新的变形发生，那么，此次复测与前次观测就不能合二为一，它们属于两个第次的观测，又因为分别架设了两次仪器。
也由于受比较大的施工干扰，机械设备和临时建筑往往会阻挡个别点暂时或近期无法观测，这些点只要不是关键点和重要点，则可以待下一次再进行统一观测。
6 实施方法概述
实施方法概述：
请参考“图1.8”变形监测观测场的模型示意图。
1）、选择设站点
设站点要选在监测期间稳定的地面上，两个近距离后视点也同样选在监测期间稳定不变的地方。
设站点可以采用虚拟观测墩技术，也可以不采用虚拟观测墩技术，而采用常规方法。如果无法建立观测墩或不建立观测墩，虚拟观测墩技术是“精密”监测的可靠保证之一。
设站点在监测期间不可随意变动。它同样是“精密”监测的可靠保证之一。
2）、选择后视点
本方法采用近距离后视点，其后视点到设站点的距离在3米以上20米以内为宜。距离太近可能观测不方便，距离太远影响到的位移精度需要考虑。后视点在监测期间不可随意变动。这是“精密”监测的另一个可靠保证之一。
3）、确定变形监测点。变形监测点到设站点的距离一般在150米以内为宜，但也不要小于5米，距离太近可能观测不方便，距离太远位移精度需要考虑。
4）、确定控制点的坐标高程和变形点的坐标高程初始值。
5）、日常变形监测的外业观测和数据处理。每次监测都有两个前述自动生成的监测报告。
上述关于距离只是毫米级监测精度建议值，具体应根据工程的需要依据技术设计书用中误差进行精度控制。只要满足中误差的要求，距离允许尽可能远些。
附：变形观测场的建立
精密监测方案一般实施步骤：
概述一般实施过程和基本步骤： （1）在距离监测区域适当的地方选择一个基准点位置，用于架设全站仪； （2）在监测区域确定监测点的数量和布局，并在要监测的位置上建立监测目标（如照准墩、打建钢筋或木桩等）、在监测目标上做固定照准标志； （3）在适当位置选择三个后视点，做上十字照准标记，其十字线粗以能在望远镜中精确照准其交点即可，不要太粗。如果采用观测墩或三脚架，可以略过此步； （4）测量基准点中心到各后视点的后视距，可以用全站仪测距，也可以用钢尺量距； （5）架设全站仪观测各后视点的初始垂直角和各监测点的初始垂直角，以及各监测点固定照准标志中心到基准点中心的水平距； （6）定期进行监测，并判断沉降的开始发生或继续； （7）对沉降量精度进行估计。
图1.8 某工程隧道入口边坡地质变形观测场示意图
如图1.8所示为该边坡的变形观测场示意图，一共建立了9个变形监测点，据地质人员介绍，4、5、6三点只会发生沉降不会发生平面位移，所以这三个点的水平距只确定一次初始值，后次监测时不再观测水平距，并且，这三个点采用直接目标标记法，从而进一步提高了沉降监测精度；1、2、3、7、8、9六个点都建立了小型照准墩，其墩的顶端为螺丝，每次监测时，将棱镜架先安置到照准墩上一定螺丝深度，通过精密整平后，照准棱镜架面板上的照准标记观测垂直角。图例如下：
变形监测工作的第一步是要在变形体范围区域建立起合乎观测要求的观测场。测量人员需要配合地质人员，通过野外勘察，划定变形范围，指定变形监测点位置，接着建立这些变形监测点，一般采用观测墩的形式。与此同时，也要选择好作为基准点的固定点的位置或范围。
由设站点和所有被照准的点组成变形观测场。变形观测场的观测系统由固定水平零方向、变形监测照准点、基准设站点观测墩组成。如果无法建立基准观测墩，还要建立虚拟观测墩（参见第4章 虚拟观测墩技术）。
观测场一般是对野外边坡或平地的地质变形进行观测所建立的观测场所。观测场建立的质量好坏直接影响到之后变形监测期间的工作质量。因此，应该围绕工程经费情况、易维护、生命期等因素建立起切实可行、满足一定工程需要的观测场。
观测场一开始只是一个变形观测实验场，因为各个工区的条件不同，地理位置不同，基础设施不同等原因，通过不断的试观测，及时发现各种误差源，加以减弱或消除，以便得到可用的初始值，逐渐演化为正式变形观测场，才能投入使用。因此，对于与整个工程施工期间密切相关的变形监测工作，变形观测场的建立要在正式动土施工的前期进行，到整个工程施工开始需要进行变形监测时，变形观测场必须建立就绪，不要等到施工爆破开挖开始后才去建立，那就晚了，此时边坡变形监测工作将不能很好的配合施工期间的地质变形监测工作。
在消除了各种误差源以后，根据选定的设备（现有的和购买的）和观测场基础（观测墩和照准墩或替代方法）估算可达到的精度（单位权中误差，或叫临近值、或叫标准差），这是现有资源条件下所能达到的临界能力，并报有关部门或负责人批准后正式实施。
建造这些变形监测点的设施（如观测墩）之前，一定要把变形监测点的点位足量选择，否则如果将观测墩建立起来以后，又要添加补充一些变形监测点，将会浪费人力物力和财力。因为，变形监测点一般位于山坡上，建造这些基础设施的设备和需要的资源，如电力线、电焊机、水、工具、建筑材料等都要临时搬运到山坡上才能施工建立这些观测墩。一旦建成后，就会撤掉这些设备和资源。但若随后又要增加变形监测点，还要重复上述工作，浪费很大。因此建议：当现场地质人员选定好变形监测点后，要让地质技术负责人到现场最后检查确认，此时需要补充点位与否就要定下来。然后，请施工人员一次建立这些观测墩，以免造成重复施工浪费。