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第1章 绪论 1

1.1 安全监测的目的 1

1.2 安全监测的主要内容 2

1.2.1 巡视检查 2

1.2.2 环境监测 2

1.2.3 位移监测 3

1.2.4 渗流监测 3

1.2.5 应力、应变监测 3

1.2.6 周边监测 4

1.3 安全监测基本要求 4

1.3.1 监测系统设计 4

1.3.2 变形监测点的分类 4

1.3.3 变形监测的精度 5

1.3.4 变形监测的周期 7

1.3.5 变形监测的实施 8

1.4 安全监测研究进展 9

1.4.1 传统测量技术 9

1.4.2 GNSS监测技术 10

1.4.3 光纤监测技术 12

1.4.4 GBSAR监测技术 13

1.4.5 监测自动化技术 13

1.4.6 数学模型 14

1.4.7 安全评判 17

第2章 大地测量技术 19

2.1 精密水准测量 19

2.1.1 监测标志与选埋 19

2.1.2 监测仪器及检验 22

2.1.3 监测方法与技术要求 23

2.2 三角高程测量 25

2.2.1 单向观测及其精度 25

2.2.2 中间法及其精度 26

2.2.3 对向观测及其精度 27

2.3 交会测量 27

2.3.1 测角交会法 27

2.3.2 测边交会法 28

2.3.3 后方交会法 29

2.4 导线测量 29

2.4.1 边角导线 30

2.4.2 基准值计算 31

2.4.3 复测值计算 31

2.4.4 弦矢导线 32

2.4.5 基准值的计算 33

2.4.6 复测值的计算 34

2.5 三角测量 34

第3章 GNSS监测技术 37

3.1 概述 37

3.1.1 GPS系统 37

3.1.2 GLONASS系统 38

3.1.3 BDS系统 38

3.1.4 Galileo系统 39

3.2 GNSS定位误差源分析 39

3.2.1 与卫星有关的误差 39

3.2.2 与信号传播有关的误差 41

3.2.3 与接收机有关的误差 44

3.2.4 其他误差 45

3.3 相对定位监测原理 48

3.3.1 GNSS相对定位数学模型 48

3.3.2 GNSS相对定位模式 49

3.4 精密单点定位监测原理 50

3.4.1 PPP函数模型 50

3.4.2 PPP随机模型 53

3.4.3 参数估计方法 54

3.5 GNSS在苏通大桥监测中的应用 55

第4章 三维激光扫描监测技术 59

4.1 概述 59

4.2 三维激光扫描测量基本原理 60

4.2.1 激光测距系统 60

4.2.2 激光扫描系统 61

4.2.3 CCD相机 61

4.3 测量误差分析 62

4.3.1 影响三维激光扫描精度的因素 62

4.3.2 三维激光扫描系统的精度检测 64

4.4 点云数据处理方法 69

4.4.1 点云配准 69

4.4.2 数据滤波 72

4.4.3 数据分割 73

4.4.4 三角网格建立 77

4.4.5 三维建模 79

4.5 基于三维激光扫描测量的变形分析方法 79

4.5.1 基于点的变形分析方法 79

4.5.2 基于线的变形分析方法 80

4.5.3 基于面的变形分析方法 81

4.5.4 基于NURBS曲面的监测体表面变形分析 82

4.6 三维激光扫描技术在边坡变形监测中的应用 85

4.6.1 工程概况 85

4.6.2 点云数据的获取 86

4.6.3 点云数据配准 86

4.6.4 点云数据噪声剔除 87

4.6.5 变形量获取 88

第5章 InSAR监测技术 91

5.1 概述 91

5.2 InSAR监测基本原理 91

5.2.1 InSAR技术基本原理 92

5.2.2 InSAR技术处理流程 93

5.2.3 InSAR技术误差分析 94

5.3 数据处理新方法 97

5.3.1 永久散射体干涉技术 97

5.3.2 相干目标分析方法 99

5.3.3 短基线集方法 100

5.4 GBSAR监测技术与应用 103

5.4.1 GBSAR监测原理 103

5.4.2 GBSAR监测应用 107

5.5 工程应用 113

5.5.1 监测地区及数据概况 113

5.5.2 监测结果验证及分析 116

第6章 光纤监测技术 119

6.1 概述 119

6.2 光纤传感器介绍 120

6.2.1 光纤的基本结构 120

6.2.2 光纤传输的基本原理 121

6.2.3 光纤传感的基本原理 122

6.2.4 光纤传感器的特点 123

6.2.5 光纤传感器的分类 124

6.2.6 光纤传感器的应用领域 127

6.3 分布式光纤监测系统 128

6.3.1 总体结构 128

6.3.2 监测系统介绍 130

6.4 工程应用 133

6.4.1 结构工程监测 133

6.4.2 海底管道监测 135

6.4.3 滑坡体监测 137

第7章 自动化监测技术 140

7.1 引言 140

7.2 自动化监测系统 141

7.2.1 自动化监测系统的分类 141

7.2.2 自动化监测系统的设计 143

7.2.3 自动化监测系统的数据采集单元 145

7.3 自动化监测方法 148

7.3.1 变形监测 148

7.3.2 应力应变监测 164

7.3.3 渗压（流）监测 168

7.4 自动化监测系统应用实例 170

7.4.1 三峡大坝安全监测的目的和原则 171

7.4.2 三峡大坝自动化监测系统 171

第8章 监测资料整编与预处理 175

8.1 监测资料整编 175

8.1.1 平时资料整理 175

8.1.2 定期资料整理 175

8.1.3 整编资料刊印 177

8.2 监测资料初步分析 177

8.2.1 概述 177

8.2.2 监测资料的检核 178

8.2.3 变形分析 179

8.3 监测数据的预处理 181

8.3.1 粗差检验 182

8.3.2 系统误差检验 183

8.4 安全监测信息管理系统 186

8.4.1 监测数据管理与数据库管理系统 186

8.4.2 安全监测信息管理系统实例分析 186

8.4.3 总结 192

第9章 安全监测数学模型 193

9.1 概述 193

9.2 统计分析模型 193

9.2.1 一元线性回归模型 194

9.2.2 多元线性回归模型 194

9.2.3 逐步回归统计模型 195

9.2.4 算例分析 198

9.3 灰色系统模型 199

9.3.1 灰色系统理论的基本概念 199

9.3.2 GM（1,1）模型 200

9.3.3 GM（1,N）模型 202

9.3.4 算例分析 203

9.4 时间序列模型 204

9.4.1 ARMA模型 204

9.4.2 ARMA模型建立的一般步骤 205

9.4.3 ARMA的Box建模方法 206

9.5 神经网络模型 210

9.5.1 神经网络基本原理 211

9.5.2 BP神经网络 213

9.5.3 广义回归神经网络 214

9.5.4 小波神经网络 216

9.5.5 算例分析 218

第10章 安全评判理论 220

10.1 概述 220

10.1.1 安全评判的意义 220

10.1.2 安全评判体系 221

10.1.3 安全评判的原则 222

10.1.4 安全评判方法 222

10.2 层次分析法 223

10.2.1 基本知识 223

10.2.2 层次分析法结构模型 226

10.2.3 层次排序 227

10.2.4 层次分析法评判决策 228

10.3 风险分析法 229

10.3.1 风险分析的框架结构 229

10.3.2 定性风险分析法 230

10.3.3 定量风险分析法 230

10.3.4 总结 232

10.4 模糊分析法 232

10.4.1 模糊聚类分析 233

10.4.2 模糊综合评判 234

10.4.3 大坝安全多层次模糊综合评判 235

10.5 安全评判专家系统 240

10.5.1 专家系统 240

10.5.2 大坝安全综合评价专家系统 241

第11章 水利工程安全监测 246

11.1 概述 246

11.1.1 监测工作的重要性 246

11.1.2 监测系统研究进展 246

11.2 主要监测内容与方法 249

11.2.1 概述 249

11.2.2 监测项目 250

11.2.3 监测方法 250

11.2.4 监测周期 253

11.3 监测系统设计与建立 253

11.3.1 监测断面布置 253

11.3.2 水平位移观测点布置 254

11.3.3 垂直位移测点布置 255

11.4 小浪底大坝安全监控系统设计 255

11.4.1 工程概况 255

11.4.2 大坝监测项目 256

11.5 大坝安全监测发展趋势 261

第12章 桥梁工程安全监测 263

12.1 概述 263

12.2 监测内容与方法 263

12.2.1 主要监测内容 263

12.2.2 常用监测方法 265

12.3 桥梁基础垂直位移监测 267

12.3.1 高程基准网与观测点布设 267

12.3.2 垂直位移观测 268

12.4 桥梁挠度和水平位移监测 269

12.4.1 平面基准网布设 269

12.4.2 索塔挠度观测 271

12.4.3 主梁挠度观测 271

12.5 应用实例 272

12.5.1 超高索塔挠度监测 272

12.5.2 预应力连续刚构桥挠度监测 274

第13章 城市地铁工程安全监测 277

13.1 概述 277

13.2 城市地铁工程施工期监测 278

13.2.1 主要监测内容与方法 278

13.2.2 监测资料整理和分析 285

13.2.3 地铁工程施工期监测方案设计 286

13.2.4 工程应用 287

13.3 城市地铁工程运营期长期监测 293

13.3.1 主要监测内容与方法 293

13.3.2 监测资料整理和分析 296

13.3.3 地铁工程运营期长期监测方案设计 296

13.3.4 工程应用 297

13.4 城市地铁工程运营期专项监测 301

13.4.1 主要监测内容与方法 301

13.4.2 监测资料整理和分析 305

13.4.3 地铁工程运营期专项监测方案设计 306

13.4.4 地铁保护区自动化监测系统 307

13.4.5 工程应用 309

第14章 高铁工程安全监测 315

14.1 概述 315

14.2 主要监测内容和方法 315

14.2.1 变形监测网 316

14.2.2 路基变形监测 318

14.2.3 桥涵变形监测 320

14.2.4 隧道变形监测 323

14.3 高速铁路工程监测方案设计 324

14.4 工程应用 325

14.4.1 工程概况 325

14.4.2 工程地质概况 325

14.4.3 沉降监测技术要求 325

14.4.4 基准点、工作基点、沉降监测点的布设 325

14.4.5 沉降监测方法 327

14.4.6 数据处理 328

14.4.7 资料整理 328

参考文献 329

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