现代化变形监测技术的研究

现代化变形监测技术的研究

李鑫

河北泰德科遥信息技术有限公司 050000

摘要：随着社会经济与科学技术的快速发展，建筑施工的密度也越来越大，在工程建设前后，为保障建筑物的施工与使用安全，对监测技术的要求也越来越高。叙述了变形监测的现状、内容及特点，介绍了常规变形监测技术原理及优缺点，分析了现代变形监测技术中观测误差控制方法及监测数据处理方法，希望对监测技术的使用及创新完善提供帮助。

关键词：变形监测; 误差分析; 建筑物;

变形是普遍存在于生活中的一种现象，指的是物体在各种力的作用下，其形状、体积、位置随着时间的变化发生的改变。物体发生变形程度如果在一定范围内是不会产生不良后果的，但如果物体的形变超出了允许值，那就可能会引发滑坡、溃坝、桥梁或者建筑物倒塌等危害。

1 变形监测简述

变形监测简单的说就是利用相关技术手段对目标物体进行不断的测量，然后获取该物体的形态及空间位置随着时间变化发生的数据特征。所以变形监测又可以叫做变形测量，是被归纳为工程测量学范畴，随着建筑行业的飞速发展，高层及超高层建筑密度也越来越大，在此基础上进行变形监测作业的实践机会也更多，从建筑物施工开始到建筑物完工交付使用，一直都处在技术监测中，这样可以及时有效的获取建筑物的变化情况，如果建筑的形变超过正常数值范围就能够及时发现并采取措施，保障建筑物的建设安全以及后期使用中的人民财产安全。

2 变形监测的发展现状

变形监测是工程测量作业中的一个常规职能，主要是利用测量技术观察物体在各种力的作用下其形状、大小等基本特征发生的变化。为了保证建筑物的建设安全与使用安全，并为后面的施工提供可靠的数据支持，变形监测的重要性越来越明显。

3 变形监测的内容及特点

3.1 变形监测的内容

变形监测主要分为几何量监测与物理量监测两种，其中几何量监测的内容是观测对象的水平位移、垂直位移、倾斜、弯曲、扭转、震动、裂缝等。水平位移指的就是在水平面上发生坐标的变化，垂直位移就是监测对象在高程测量中发生变化。物理量的变形监测主要内容是应力、应变、温度、气压、水位、渗流、渗压等测量。

3.2 变形监测的特点

1)观测周期短。对形变对象进行监测要经过多次重复测量，每次监测的实施方案要保持一致，这是变形监测最明显的特点。2)观测数据精密度要求高。根据变形监测等级，在变形观测中的误差值要保持在允许值的10%以内。3)多种测量技术综合使用。现代技术的发展使得测量技术选择更多，但每种技术都有自己的优势与不足，这就要求在变形测量过程中，要根据建筑物的特点以及监测作业要求选择一种或多种合适的测量技术进行综合应用，以保证变形监测的观测精度和可靠性。4)数据处理要要求严密。在变形监测过程中要求对观测的数据要综合利用多种学科知识进行严密的处理分析，才能对建筑物的变形进行科学的解释。

4 变形监测的主要技术

4.1 大地测量法

在现代桥梁工程建设中，大地测量法是桥梁变形监测最常用的测量技术，该技术的主要特点就是适用范围广。在实际项目的应用过程中，主要就是通过在桥梁上设置基准点，然后通过测量基准点之间的距离与角度，换算出基准点的坐标，对桥梁进行变形监测就是测量监测点在水平与垂直方向上的位移数据，最后对位移数据进行分析处理(如图1所示)，来确定桥梁变形情况是否在正常范围内。如果发现变形超出了规定的要求范围，就需要相关部门针对变形的具体情况及时采取措施处理。从大地测量法在实际作业中的应用可以看出，该项技术使用适应性强、成本较低，数据采集需要用到的测量仪器操作也相对简单。

虽然大地测量法的优点比较突出，但是在实际应用中，由于基准点是人为设置的，其数据测量特别容易受到人为因素的干扰，在监测作业中具有一定的局限性，该技术在项目整体变形监测中应用的可靠性相对于局部变形监测更有优势。

4.2 测量机器人监测技术

改革开放以来在社会经济飞速发展的同时，我国的科学技术也得到了迅速发展，应用于建筑物的变形监测技术智能化程度也越来越高，机器人监测技术就是科技智能化发展的成功之一。机器人变形监测技术是一种地面监测技术，是通过智能化机器人与专业的数据处理软件相结合实现自动化变形监测。该技术自动化程度高，可实现远距离无人作业，省时省力，在未来的建筑物监测中扮演的角色会越来越重要。

4.3 三维激光扫描技术

作为另外一种地面的变形监测技术，三维激光扫描技术是通过发射红外线的发射与接收对整个建筑物进行三维立体扫描，获取建筑物的准确数据，然后与前期监测的数据进行比对，实现变形监测任务。

4.4 GPS变形监测技术

GPS变形监测技术是技术发展的产物，用具有全天候、连续性、定位精度高等特点，随着该技术的成熟发展，在很多变形监测任务中发挥了重要作用。该技术在应用中会根据检测对象的特点，使用具体的检测方法(GPS检测技术有静态、动态与快速静态测量3种)，GPS的变形监测从技术本身的原理出发，通过对监测点的静态定位采集变形点的数据。与其他变形监测技术相比，GPS监测技术更精准，操作灵敏，可以进行高级别的实时监测，并且监测作业可以在室内直接进行，避免了外部因素的干扰。

4.5 D-In SAR技术

D-In SAR技术是一种新型的合成雷达孔径差分干扰测量技术，能够做到大范围、全天候实时远程采集地表变形信息，级别能够达到毫米级，特别是对非线性的变形，可以利用永久散发体及小基线技术进行数据提取，可以避免大气的影响。同时，D-In SAR技术可以使用高分辨率SAR卫星，对地面沉降进行有效观测。

4.6 数字摄影测量变形监测技术

随着数字化技术的发展，与摄影测量技术结合开创了数字摄影测量时代，利用数字影像处理与匹配技术，计算出监测对象的坐标，整个测量处理都由计算机完成。变形监测通过摄影测量的方法实现，能够完美的实现观测的同时性、观测点的连续性及动态监测等要求，还能够实现对远距离变形体进行监测。

5 变形监测的误差分析

5.1 误差对平差改正数的影响

误差是影响变形监测结果的最大因素，而且有时候误差可将变形监测引向错误方向，使得对建筑的变形分析出现问题，因此，在变形监测中，必须要对误差进行有效控制，保证处理分析的数据的可靠性，降低对平差结果的干扰。我们可以根据Baarda提出的公式对误差进行计算:

5.2 变形监测的粗差检验

当无法做周密计算的情况下，可以以上面提到的公式为基础对变形监测进行粗差检验，将观测数据代入粗差检验函数，就可以得到大概的误差值。

6 变形监测的数据处理与分析

6.1 利用建模的方法来分析变形监测数据

对变形监测数据分析的方法有很多，比如频谱分析法、滤波分析法，但最常用的还是建模分析法，例如灰色理论与模糊数学原理结合，画出回归曲线，然后对曲线中显示出来的数据与误差进行分析。

6.2 变形物理解释

对监测对象进行周期性监测是一种物理分析方法，主要是为了监测形变对象的形变程度变化，防止形变超过允许值的范围，在实际监测分析中以数学统计法、函数分析法进行混合模型的建设，采用这种方式不需要变形监测的数据，具有“先验”性质。

7 结语

通过上文的叙述与分析可以知道，变形监测技术的发展迅速，在我国建筑行业已经有了比较广泛的应用，在人们的生产生活中都发挥着非常重要的作用，不仅为建筑行业的安全施工及人民的财产安全保驾护航，还有力的保障了我国的文化遗产，促进社会精神文明建设发展。虽然现代化的监测技术已经基本可以满足需要，但是也要不断深化变形监测技术的创新发展，促进变形监测技术朝着精密程度高、智能化程度高的发展，保障社会经济的健康稳定发展。

参考文献

[1]麻海霞．变形监测技术研究与分析[J]．化工管理，2016(21):45-46.

[2]刘定忠，王维海，李嘉骏．变形监测技术浅析[A]．云南省测绘地理信息学会2017年学术年会论文集[C]. 2017:472-475.