地学科普  
变形监测技术的发展

      现实世界中的许多灾害的发生与变形有着极为密切的联系,例如地震、溃坝、滑坡以及桥梁的垮塌等等,都是典型的变形破坏现象。因而,变形监测研究在国内外受到了广泛的重视。随着各种大型建筑的大量涌现以及滑坡等地质灾害的频繁发生,变形监测研究的重要性更加突出,推动着变形监测理论和技术方法的迅速发展。目前,变形监测正向多门学科交叉联合的边缘学科方向发展,成为相关学科的研究人员合作研究的领域。已有的研究工作涉及到地壳形变、滑坡、大坝、桥梁、隧道、高层建筑、结构工程及矿区地面变形等。随着科学技术的进步和对变形监测的要求的不断提高 ,变形监测技术也在不断地发展。

   1、常规地面测量  在 20 世纪 80 年代以前 ,变形监测主要是采用常规地面测量技术和某些特殊测量手段。常规地面测量 , 是采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常规测量仪器测定点的变形值。其优点: ①能够提供变形体整体的变形状态; ②适用于不同的监测精度要求、不同形式的变形体和不同的监测环境; ③可以提供绝对变形信息。但外业工作量大 , 布点受地形条件影响 , 不易实现自动化监测。特殊测量手段包括应变测量、准直测量和倾斜测量,它具有测量过程简单、可监测变形体内部的变形、容易实现自动化监测等优点 , 但通常只提供局部的和相对的变形信息。

   2、近景摄影测量  近10年来,近景摄影测量在隧道、桥梁、大坝、滑坡及高层建筑变形监测等方面得到了广泛应用,其监测精度可达到mm级。近景摄影测量的优点:①可在瞬间精确记录下被摄物体的信息及点位关系;②可用于规则、不规则或不可接触物体的变形监测;③像片上的信息丰富、客观而又可长期保存,有利于进行变形的对比分析;④监测工作简便、快速、安全。近几年发展起来的数字摄影测量技术,也在建筑物及滑坡等变形监测中得到了成功的应用,并显示出良好的应用前景。目前变形监测的最新技术是变形监测机器人的应用。

   3、GPS变形监测  GPS 全球定位系统的应用给测量技术带来了一场深刻的革命。据资料介绍,国外从20世纪80年代开始用GPS进行变形监测。近年来, 我国在利用 GPS进行滑坡变形、大坝变形、矿区地面沉陷和地壳形变监测等方面,做了大量的研究工作。GPS 变形监测主要有如下优点: ①精度较高,在基线长度为5~10km时可达到三等水准测量的精度,在基线长度大于10km时,其相对精度可达到10-6~10-7,明显优于传统大地测量监测技术;②监测不受天气条件限制,可以进行全天候监测;③监测、记录、计算全自动完成,确保了监测成果的客观性及可靠性,同时大大减小了监测人员的劳动强度;④测站跨越距离可以比较大,监测点之间不需通视,选点不受地形条件限制;⑤监测点的三维坐标可以同时测定;⑥其建网费用约为常规大地测量技术建网费用的1/6~1/3。

   对于沉降速率较大或对一定时间间隔的大范围地面沉降进行监测,捕获较大的变形量,应用GPS都非常适宜。

   4、“3S”技术  随着计算机技术、无线电通讯技术、空间技术及地球科学的迅速发展 ,“3S”( GPS、GIS、RS) 技术已从各自独立发展进入相互集成融合的阶段。“3S”技术集成可为分析和研究各种灾变信息之间的相互关系提供技术支撑,特别是时态GIS(Temporal GIS,简称 TGIS)技术的应用,它可以描述四维空间的地质现象,除具有一般GIS的功能外,还能够记载研究区域内各种地质现象随时间的演绎过程,这对滑坡等地质灾害的监测预报具有非常重要的作用。近年来,电子传感器、连续式光纤传感器、分布式光纤传感器、真空激光测量等技术在变形监测方面的应用,使得对桥梁、大坝、隧道、大型建筑物、地下管线、高速公路、地铁等等各类工程结构物的变形监测在精度和效率上都有了极大的提高。因此,研究基于“3S”集成的变形监测系统,是变形监测技术的一个重要发展趋势。

   5、测量机器人  利用测量机器人进行工程建筑物的自动化变形监测,一般可根据实际情况采用两种方式:一种是固定全自动持续监测方式;一种是移动周期性网观测方式。在工程建筑物的变形自动化监测方面 , 测量机器人正渐渐成为首选的自动化测量技术设备。

   随着科技的快速进步,计算机应用技术水平的不断提高,各种理论和方法的逐渐成熟,变形监测技术必然会有更加广阔的发展空间。
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