一、變形監(jiān)測概述

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，各類土木工程建設(shè)項目規(guī)模日益擴大，重大工程項目如高聳結(jié)構(gòu)、大跨結(jié)構(gòu)、超高層建筑物、大跨橋梁、隧道、地鐵等日益增多。這些工程具有一些共同特點如規(guī)模大、體型復(fù)雜、施工周期長等。由于自然條件和建筑物的自重、動荷載、附加荷載、地質(zhì)勘探不充分、設(shè)計錯誤、施工質(zhì)量差、施工方法不當(dāng)?shù)鹊囊蛩氐挠绊?，會造成施工階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力的復(fù)雜性和終成型結(jié)構(gòu)受力的不確定性。所以在其施工過程中及竣工運營期間進(jìn)行動態(tài)的監(jiān)測觀測，提供反饋信息，以確保工程建筑物及周邊環(huán)境安全。

隨著人們對土木工程施工中監(jiān)測重要性認(rèn)識的深入，以及國家有關(guān)法規(guī)的實施，土木工程監(jiān)測已經(jīng)成為繼勘察、設(shè)計、施工、監(jiān)理之后的又一個產(chǎn)業(yè)。

變形是自然界普遍存在的現(xiàn)象，它是指變形體在各種荷載作用下，其形狀、大小及位置在時間域和空間域中的變化。

變形監(jiān)測就是通過對變形體動態(tài)監(jiān)測，獲得精確的觀測數(shù)據(jù)，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，從而對各種工程建筑物在施工或使用過程中的異常變形作出預(yù)報，提供施工和管理方法，以便及時采取措施，保證工程質(zhì)量和建筑物安全的各項工作。其任務(wù)是確定在各種荷載和外力作用下，變形體的形狀、大小、及位置變化的空間狀態(tài)和時間特征。在工程測量中，具代表性的變形體有大壩、橋梁、高層建筑物、邊坡、隧道和地鐵等。 　　

變形監(jiān)測的內(nèi)容，應(yīng)根據(jù)變形體的性質(zhì)和地質(zhì)、氣象等情況決定。

對工程建筑物主要觀測水平位移、垂直位移、滲透及裂縫觀測，這些內(nèi)容稱為外部觀測。為了了解建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況，還應(yīng)對混凝土應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力、溫度等進(jìn)行觀測，這些內(nèi)容常稱為內(nèi)部觀測，在進(jìn)行變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理時，特別是對變形原因做物理解釋時，將內(nèi)、外觀測資料結(jié)合起來進(jìn)行分析。 　　

變形監(jiān)測涉及工程測量、工程地質(zhì)、水文、結(jié)構(gòu)力學(xué)、地球物理、計算機科學(xué)等諸多學(xué)科的知識，它是一項跨學(xué)科的研究，并正向邊緣學(xué)科的方向發(fā)展。 　　

變形監(jiān)測工作的意義主要表現(xiàn)在兩個方面：首先是掌握工程建筑物的穩(wěn)定性，為安全運行診斷提供必要的信息，以便及時發(fā)現(xiàn)問題并采取措施；其次是科學(xué)上的意義，包括根本的理解變形的機理，提高工程設(shè)計的理論，進(jìn)行反饋設(shè)計以及建立有效的變形預(yù)報模型，從而更加有效的指導(dǎo)設(shè)計、施工。

二、南方SMOS變形監(jiān)測系統(tǒng)

南方自動監(jiān)測系統(tǒng)（South Deformation Monitoring System，簡稱SMOS）是基于南方強大的技術(shù)力量而研發(fā)出的一套針對各種結(jié)構(gòu)物監(jiān)測的變形監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由分為全站儀自動變形監(jiān)測系統(tǒng)、GPS變形監(jiān)測系統(tǒng)和傳感器變形監(jiān)測系統(tǒng)。具有高精度自動化、數(shù)據(jù)傳輸途徑自動化和便捷化、數(shù)據(jù)處理實時化和自動化等特點。

SMOS適用于下列安全變形監(jiān)測項目

l 結(jié)構(gòu)物健康監(jiān)測：各種大壩、高大建筑物、橋梁、鉆井平臺、龍門吊、防波堤、遂道等重要結(jié)構(gòu)物和工作平臺的健康安全監(jiān)測預(yù)警；

l 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測：巖石崩塌、山體滑坡、人工高邊坡、地面沉降、火山活動等造成重大人員和財產(chǎn)損失的安全變形預(yù)警監(jiān)測；

l 非煤礦山監(jiān)測：尾礦庫、各種礦山高邊坡、采空區(qū)威脅到大量人員安全的變形沉降預(yù)警監(jiān)測。

l 其他適合用SMOS技術(shù)的監(jiān)測項目。

南方變形監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

u 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：高精度自動型全站儀、GPS、各類傳感器等；

u 通訊系統(tǒng)：各類數(shù)據(jù)傳輸電纜、無線電臺、無線網(wǎng)橋等；

u 數(shù)據(jù)分析、預(yù)警系統(tǒng)：南方SMOS軟件。

南方測繪變形監(jiān)測系統(tǒng)本著 “技術(shù)、可靠、經(jīng)濟實用”的原則為各類建筑物、大壩、礦山提供可靠參考數(shù)據(jù)，防患于未然。系統(tǒng)的高度集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化將一改傳統(tǒng)監(jiān)測手段的不足，實時有效的反應(yīng)監(jiān)測對象的健康情況，有效的保障群眾的生命安全及財產(chǎn)。

1.SMOS-TS系統(tǒng)

全站儀自動監(jiān)測系統(tǒng)由高精度自動照準(zhǔn)型全站儀、目標(biāo)棱鏡、SMOS軟件及計算機、通訊模塊四大部分構(gòu)成。該系統(tǒng)將自動完成測量周期、實時評價測量成果、實時顯示變形趨勢等智能化的功能合為一體，是進(jìn)行各類建筑物自動變形監(jiān)測、滑坡監(jiān)測、地鐵監(jiān)測、高鐵線路、橋梁、水庫大壩、露天礦開采、礦山尾礦壩等形變監(jiān)測的理想系統(tǒng)。

技術(shù)特點：

v 不需要接觸測點，從而避免了傳統(tǒng)監(jiān)測方法的缺點，同時具有、快速、省力、數(shù)據(jù)處理自動化程度高等優(yōu)點；

v 建立高精度的基準(zhǔn)點，采用實時差分式的測量方案，可以大限度地消除或減弱多種誤差因素，大幅度地提高測量結(jié)果的精度；

v 簡化了氣象等附加設(shè)備，為系統(tǒng)在計算機的控制下實現(xiàn)全自動、高可靠的變形監(jiān)測，創(chuàng)造了有利條件；

v 在無人值守的情況下，實現(xiàn)全天24小時連續(xù)地自動監(jiān)測；

v 實時進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、報表輸出及提供圖形等。

v 在短時間內(nèi)同時求得被測點位的三維坐標(biāo)，因此根據(jù)設(shè)計方案的要求，可作全方位的預(yù)報。

v 系統(tǒng)維護方便，運行成本低。

突出優(yōu)勢

1、全天24h無人值守，對監(jiān)測點數(shù)據(jù)進(jìn)行24小時實時或準(zhǔn)實時差分處理，進(jìn)行變形監(jiān)測，不會間斷；
2、當(dāng)系統(tǒng)在意外的情況下崩潰時，在不需移動全站儀的前提下，重新啟動本系統(tǒng)，并打開剛才的監(jiān)測工程，系統(tǒng)即可加載剛才的所有測量信息，然后在自動測量界面開始自動監(jiān)測即可，使得一切變得簡單而；

3、支持多個監(jiān)測站：在監(jiān)測環(huán)境比較特殊的情況下可以使用多個監(jiān)測站進(jìn)行監(jiān)測，也無需再多買幾套軟件節(jié)省了投資，而且根據(jù)多個測站的觀測數(shù)據(jù)，同時對多個測站的數(shù)據(jù)差分處理，提高點位精度和可靠性；
4、通訊方式靈活：根據(jù)不同的監(jiān)測環(huán)境可以靈活的選擇有線方式和無線方式。

5、系統(tǒng)自動報警：一旦某個監(jiān)測點累積形變量超出限差可以馬上通過E-MAIL或手機短消息的方式報警。
6、反射棱鏡價格低廉，有利于增加監(jiān)測點數(shù)，有效的節(jié)省投資；
7、可根據(jù)自動測量設(shè)置，靈活處理自動測量時某些突發(fā)事件，例如，目標(biāo)遮擋后如何處理等；

8、消息框?qū)崟r顯示監(jiān)測點三維實測坐標(biāo)值以及提醒測量過程中出現(xiàn)的錯誤。
9、測量方案,系統(tǒng)組成合理。在監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)的基礎(chǔ)上,采用差分處理可消除和減弱各種誤差對測量結(jié)果的影響,大幅度提高測量精度并可同時獲得每個變形點的平面和垂直位移信息。
10、自動化程度高,可靠性強，系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動監(jiān)測,并可實時進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析、打印變形曲線圖，報表輸出。

11、監(jiān)測時間靈活、時效性強，可以根據(jù)不同的周期時間進(jìn)行監(jiān)測。

12、系統(tǒng)維護方便、運行成本低。

2.SMOS-GPS系統(tǒng)

技術(shù)特點：

Ø 可對GNSS雙星原始數(shù)據(jù)進(jìn)行實時差分和后處理解算；

Ø 實時顯示基線的變化情況，點位的移動情況等，軟件包括如下視圖：實時數(shù)據(jù)視圖、實時網(wǎng)圖、趨勢圖、衛(wèi)星視圖、數(shù)據(jù)管理、位移過程線等；

Ø 系統(tǒng)可以在不間斷工作的同時，自動化采集靜態(tài)數(shù)據(jù)，并支持處理單頻和雙頻數(shù)據(jù)；

Ø 對監(jiān)測站、基站接收機的遠(yuǎn)程設(shè)置功能；

Ø 系統(tǒng)完備性監(jiān)測功能，可對整個系統(tǒng)的健康狀況進(jìn)行監(jiān)測；

Ø 軟件兼容性強，可以同時處理進(jìn)口及國內(nèi)不同廠家的GNSS接收機數(shù)據(jù)；

Ø 系統(tǒng)具有保存歷史記錄功能，方便數(shù)據(jù)的查閱以及輸出報表。

突出優(yōu)勢：

l 高度自動化，數(shù)據(jù)實時性強

l 觀測點之間無需通視，選點方便

l 觀測不受天氣條件限制，可以全天候監(jiān)測

l 可同時測定觀測點的三維坐標(biāo)和位移速率

l 在測程較遠(yuǎn)時，精度優(yōu)于光電測距儀

GPS監(jiān)測的精度：

Ø 系統(tǒng)2h觀測結(jié)果：水平位移精度達(dá)到±1mm，垂直精度達(dá)到±2mm；

Ø 系統(tǒng)6h觀測結(jié)果：水平位移精度達(dá)到＜1mm，垂直精度達(dá)到1mm；

Ø 系統(tǒng)實時監(jiān)測精度：水平位移精度優(yōu)于±3mm，垂直精度達(dá)到5mm。

3.傳感器監(jiān)測系統(tǒng)

傳感器監(jiān)測系統(tǒng)由各種傳感器組成的采集系統(tǒng)、SMOS軟件、通訊系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)建筑物內(nèi)部、外部的應(yīng)力、應(yīng)變、位移、傾斜、壓力等連續(xù)、精確、自動化的監(jiān)測。

技術(shù)特點：

Ø 代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工測量方式，實現(xiàn)自動化測量；

Ø 可實現(xiàn)24小時動態(tài)連續(xù)觀測；

Ø 可多臺傳感器聯(lián)合使用，實現(xiàn)高密度觀測，真實反映被測物狀態(tài)；

Ø 維護方便。