現代化變形監測技術的研究

劉 振

(湖南高速鐵路職業技術學院，湖南 衡陽 421002)

變形是普遍存在于生活中的一種現象，指的是物體在各種力的作用下，其形狀、體積、位置隨著時間的變化發生的改變。物體發生變形程度如果在一定范圍內是不會產生不良后果的，但如果物體的形變超出了允許值，那就可能會引發滑坡、潰壩、橋梁或者建筑物倒塌等危害。

1 變形監測簡述

變形監測簡單的說就是利用相關技術手段對目標物體進行不斷的測量，然后獲取該物體的形態及空間位置隨著時間變化發生的數據特征[1]。所以變形監測又可以叫做變形測量，是被歸納為工程測量學范疇，隨著建筑行業的飛速發展，高層及超高層建筑密度也越來越大，在此基礎上進行變形監測作業的實踐機會也更多，從建筑物施工開始到建筑物完工交付使用，一直都處在技術監測中，這樣可以及時有效的獲取建筑物的變化情況，如果建筑的形變超過正常數值范圍就能夠及時發現并采取措施，保障建筑物的建設安全以及后期使用中的人民財產安全。除此之外，變形監測還可以幫助對地表形態變化進行分析，對地面建筑物的建設提供科學合理的建議，提高人們的生活質量；在建設方面如在工業建設、交通運輸、礦藏開采等開展過程中發揮安全保障作用；在對地質方面的監測可以對地震、滑坡、泥石流等自然災害作出預見性的作用。本文從變形監測技術在建筑物中的特點及應用為切入點，對現代變形監測技術進行了分析研究。

2 變形監測的發展現狀

變形監測是工程測量作業中的一個常規職能，主要是利用測量技術觀察物體在各種力的作用下其形狀、大小等基本特征發生的變化。為了保證建筑物的建設安全與使用安全，并為后面的施工提供可靠的數據支持，變形監測的重要性越來越明顯。

3 變形監測的內容及特點

3.1 變形監測的內容

變形監測主要分為幾何量監測與物理量監測兩種，其中幾何量監測的內容是觀測對象的水平位移、垂直位移、傾斜、彎曲、扭轉、震動、裂縫等。水平位移指的就是在水平面上發生坐標的變化，垂直位移就是監測對象在高程測量中發生變化。物理量的變形監測主要內容是應力、應變、溫度、氣壓、水位、滲流、滲壓等測量。

3.2 變形監測的特點

1)觀測周期短。對形變對象進行監測要經過多次重復測量，每次監測的實施方案要保持一致，這是變形監測最明顯的特點。2)觀測數據精密度要求高。根據變形監測等級，在變形觀測中的誤差值要保持在允許值的10%以內。3)多種測量技術綜合使用。現代技術的發展使得測量技術選擇更多，但每種技術都有自己的優勢與不足，這就要求在變形測量過程中，要根據建筑物的特點以及監測作業要求選擇一種或多種合適的測量技術進行綜合應用，以保證變形監測的觀測精度和可靠性。4)數據處理要要求嚴密。在變形監測過程中要求對觀測的數據要綜合利用多種學科知識進行嚴密的處理分析，才能對建筑物的變形進行科學的解釋。

4 變形監測的主要技術

4.1 大地測量法

在現代橋梁工程建設中，大地測量法是橋梁變形監測最常用的測量技術，該技術的主要特點就是適用范圍廣。在實際項目的應用過程中，主要就是通過在橋梁上設置基準點，然后通過測量基準點之間的距離與角度，換算出基準點的坐標，對橋梁進行變形監測就是測量監測點在水平與垂直方向上的位移數據，最后對位移數據進行分析處理(如圖1所示)，來確定橋梁變形情況是否在正常范圍內[2]。如果發現變形超出了規定的要求范圍，就需要相關部門針對變形的具體情況及時采取措施處理。從大地測量法在實際作業中的應用可以看出，該項技術使用適應性強、成本較低，數據采集需要用到的測量儀器操作也相對簡單。

雖然大地測量法的優點比較突出，但是在實際應用中，由于基準點是人為設置的，其數據測量特別容易受到人為因素的干擾，在監測作業中具有一定的局限性，該技術在項目整體變形監測中應用的可靠性相對于局部變形監測更有優勢。

4.2 測量機器人監測技術

改革開放以來在社會經濟飛速發展的同時，我國的科學技術也得到了迅速發展，應用于建筑物的變形監測技術智能化程度也越來越高，機器人監測技術就是科技智能化發展的成功之一。機器人變形監測技術是一種地面監測技術，是通過智能化機器人與專業的數據處理軟件相結合實現自動化變形監測。該技術自動化程度高，可實現遠距離無人作業，省時省力，在未來的建筑物監測中扮演的角色會越來越重要。

4.3 三維激光掃描技術

作為另外一種地面的變形監測技術，三維激光掃描技術是通過發射紅外線的發射與接收對整個建筑物進行三維立體掃描，獲取建筑物的準確數據，然后與前期監測的數據進行比對，實現變形監測任務。

4.4 GPS變形監測技術

GPS變形監測技術是技術發展的產物，用具有全天候、連續性、定位精度高等特點，隨著該技術的成熟發展，在很多變形監測任務中發揮了重要作用。該技術在應用中會根據檢測對象的特點，使用具體的檢測方法(GPS檢測技術有靜態、動態與快速靜態測量3種)，GPS的變形監測從技術本身的原理出發，通過對監測點的靜態定位采集變形點的數據。與其他變形監測技術相比，GPS監測技術更精準，操作靈敏，可以進行高級別的實時監測，并且監測作業可以在室內直接進行，避免了外部因素的干擾。

4.5 D-InSAR技術

D-InSAR技術是一種新型的合成雷達孔徑差分干擾測量技術，能夠做到大范圍、全天候實時遠程采集地表變形信息，級別能夠達到毫米級，特別是對非線性的變形，可以利用永久散發體及小基線技術進行數據提取，可以避免大氣的影響。同時，D-InSAR技術可以使用高分辨率SAR衛星，對地面沉降進行有效觀測。

4.6 數字攝影測量變形監測技術

隨著數字化技術的發展，與攝影測量技術結合開創了數字攝影測量時代，利用數字影像處理與匹配技術，計算出監測對象的坐標，整個測量處理都由計算機完成[3]。變形監測通過攝影測量的方法實現，能夠完美的實現觀測的同時性、觀測點的連續性及動態監測等要求，還能夠實現對遠距離變形體進行監測。

5 變形監測的誤差分析

5.1 誤差對平差改正數的影響

誤差是影響變形監測結果的最大因素，而且有時候誤差可將變形監測引向錯誤方向，使得對建筑的變形分析出現問題，因此，在變形監測中，必須要對誤差進行有效控制，保證處理分析的數據的可靠性，降低對平差結果的干擾。我們可以根據Baarda提出的公式對誤差進行計算：

QIT1=P-1-AQXXAT。

V=-QITPL=-RL。

5.2 變形監測的粗差檢驗

當無法做周密計算的情況下，可以以上面提到的公式為基礎對變形監測進行粗差檢驗，將觀測數據代入粗差檢驗函數，就可以得到大概的誤差值。

6 變形監測的數據處理與分析

6.1 利用建模的方法來分析變形監測數據

對變形監測數據分析的方法有很多，比如頻譜分析法、濾波分析法，但最常用的還是建模分析法，例如灰色理論與模糊數學原理結合，畫出回歸曲線，然后對曲線中顯示出來的數據與誤差進行分析[4]。

6.2 變形物理解釋

對監測對象進行周期性監測是一種物理分析方法，主要是為了監測形變對象的形變程度變化，防止形變超過允許值的范圍，在實際監測分析中以數學統計法、函數分析法進行混合模型的建設，采用這種方式不需要變形監測的數據，具有“先驗”性質。

7 結語

通過上文的敘述與分析可以知道，變形監測技術的發展迅速，在我國建筑行業已經有了比較廣泛的應用，在人們的生產生活中都發揮著非常重要的作用，不僅為建筑行業的安全施工及人民的財產安全保駕護航，還有力的保障了我國的文化遺產，促進社會精神文明建設發展。雖然現代化的監測技術已經基本可以滿足需要，但是也要不斷深化變形監測技術的創新發展，促進變形監測技術朝著精密程度高、智能化程度高的發展，保障社會經濟的健康穩定發展。