浅析现代变形监测理论与技术研究

[摘要]进入二十一世纪，经济发展迅速，在此背景下科技也得以不断发展。测绘领域现代测量技术更是得到突破性发展，计算机技术在测量工作中的应用越来越广泛，由此催生的各种理论和方法为变形分析和变形预警等工作提供了强有力的技术支持和研究途径。本文将从现代变形监测技术的理论和技术出发，详细研究现代变形监测技术，并进一步提出了变形监测技术的发展趋势。

[关键字]变形监测 监测技术 GPS D-InSAR

[中图分类号] X830.2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-4-149-1

变形是指变形体在各种因素的影响下发生的变化，包括大小、形状、位置等在时空域中发生的变化。随着技术进步，现代变形监测技术正在由传统模式的单一监测向现代的立体交叉空间监测发展。

1 传统监测方法概述

变形监测是指为确定被监测对象空间位置、形态、大小随时间变化的特征，从而对其进行的测量。

1.1 变形监测非大地测量方法

用于变形监测非大地测量方法的仪器较多，大致有电测类、物理类以及机械类三种。进行非大地测量需要将这些机器固定在被监测对象上或者附近的某个位置，并且需要直接接触到需要观测部位。

1.2 变形监测传统大地监测方法

传统大地监测方法是变形监测的传统主要监测方法，主要包括三角测量、交会测量以及水准测量等方法。传统大地监测方法的主要特征是可以适用传统测量仪器，经过多年的研究和发展，理论和方法都比较成熟，测量较为准确，数据可靠，费用相对较低，但传统大地监测技术观测所需时间多、劳动强度大、自动化程度低。

2 现代变形监测测量技术

由于传统变形监测方法的缺陷和弱点，越来越不能适应现代高效率、高精度、自动化的要求，所以新的变形监测技术在经过雏形、成长阶段后逐步进入成熟阶段，并取得了很好的应用效果。

2.1 地面现代变形监测新技术

2.1.1 测量机器人。

测量机器人即全站仪变形监测技术，其以自动化、高精度、三维监测等众多优点，在变形监测领域得到广泛应用。带马达驱动并且具有程序控制的全站仪，在激光、CCD以及通讯等技术的支持下，能够实现测量过程的全自动化控制，相当于一台机器人自己完成测量任务，所以全站仪测量技术被称作测量机器人。测量机器人可以智能搜索观测目标，并且在很短的时间内完成测量，可同时对多个目标进行测量，大大提高作业效率。测量机器人结合测量数据处理分析软件，可以实现变形监测的自动化。

2.1.2 地面三维激光扫描技术

激光雷达通过向被监测目标发射红外线直接测定雷达中心到地面的角度和距离，从而获得地面被监测目标的三维数据。激光雷达无合作目标，属于主动遥感测量技术，在发射红外线之前不需布置任何测量标志，直接通过红外线对变形体的扫描，能够短时间内获取变形体的高密度三维坐标数据。按照遥感搭载平台的不同，三维激光扫描分为站载型、车载性和地载型。工程建筑变形监测中主要使用车载型和站载型。

三维激光扫描技术拥有高速度、高密度的数据采集能力和很强的数字空间模型信息的获取能力。不同的仪器拥有不一样的测量范围，可从几米到几千米进行测量，并且测量精度很高，可达毫米级，所以该技术在精度要求较高的桥梁建造、文物尺度测量、滑坡监测等领域应用颇多。

2.2 地下变形监测技术

地下变形监测是指监测某种目标结构体或岩土内部结构变形的技术。位移计、测缝针、引张线、应变计等都是常用的地下变形监测仪器。传统的测缝针等点式监测设备，采用电阻式、电感式、电容式和压电式传感器，容易受到外界因素的电磁干扰，常常发生故障。但是随着近几年光纤技术的发展，大大改善了这一情况。采用光纤技术的传感器的变形监测技术能够进行分布式监测，还能进行长距离、大范围监测，最重要的是光纤技术采用光传输信号避免了雷电等外界电磁干扰，传输信号强、信息准确，还可以采用光纤传感器进行远程监测，成本较低。

2.3 对地现代变形监测观测技术

对地变形监测观测技术主要是利用飞机或卫星上的传感器对地面进行沉降和位移监测。目前常用的技术有GPS技术、D-InSAR差分干涉雷达测量等技术。

2.3.1 GPS监测技术

由于GPS接收机越来越小，使得GPS监测技术在工程领域逐渐发展起来，尤其是在是20世纪末，随着接收技术和处理技术的日益完善，测量的精度和速度越来越高，使得GPS监测技术在我国变形监测领域得到大范围应用。GPS变形监测技术在我国的首次应用是在1998年的隔河岩大坝外部变形监测。GPS的应用使测量技术实现了突破性变革，GPS技术具有高精度、连续、实时定位以及能够提供三维坐标、全天24小时工作等特点，能够提供被监测对象实时的三维坐标。

2.3.2 D-InSAR监测技术

D-InSAR差分干涉技术又称卫星遥感技术，是在InSAR技术的基础上发展起来的。合成孔径雷达（SAR）是一种微波传感技术，研制成功于20世纪50年代末期，随即取得了很好的应用效果，得到了飞速发展。20世纪60年代，随着SAR的飞速发展出现了新的交叉学科合成孔径雷达干涉技术（InSAR）。InSAR是SAR与射电天文学干涉测量技术的完美结合，对于监测大面积滑坡、崩塌以及泥石流等地质灾害特别适用，其精度高、准确，可达毫米量级，是一项经济、快速的空间探测高新技术。在InSAR基础上发展起来的D-InSAR继承了SAR和InSAR的所有优点，并具有自己突出的特点。D-InSAR的信息源来自合成孔径雷达复数，可从收集的干涉纹图中提取地面目标的形变信息，主要用于对DEM精化和修测、地面沉降监测、滑坡监测等。监测精度很高，可达毫米量级。

3 小结

本文在对传统变形监测技术进行概述的基础上，对现代变形监测技术进行了细致研究，详细概述了现代变形监测技术的实施特点。随着科学技术的发展，变形测量技术还会保持不断地发展，未来的变形监测技术将更加注重计算机的参与和应用，更加注重自动化。新的数学理论和方法也会出现并结合计算机技术和智能技术参与变形监测，使变形监测技术向着高精度、自动化、智能化方向发展。

参考文献

[1]岳建平，方霞，黎昵.变形监测理论与技术研究进展[J].测绘通报，2007，（07）.

[2]卫建东.现代变形监测技术和发展现状与展望[J].测绘科学，2007，32（06）.

[3]王晓华，胡友健，柏柳.变形监测研究现状综述[J].测绘科学，2006，31（02）.

[4]王世杰，杨国林.工程建筑物变形监测技术研究综述[J].矿山测量，2009，（06）.