一、變形監(jiān)測(cè)概述

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各類土木工程建設(shè)項(xiàng)目規(guī)模日益擴(kuò)大，重大工程項(xiàng)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(diǎn)如規(guī)模大、體型復(fù)雜、施工周期長(zhǎng)等。由于自然條件和建筑物的自重、動(dòng)荷載、附加荷載、地質(zhì)勘探不充分、設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、施工質(zhì)量差、施工方法不當(dāng)?shù)鹊囊蛩氐挠绊懀瑫?huì)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(guò)程中及竣工運(yùn)營(yíng)期間進(jìn)行動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)觀測(cè)，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(duì)土木工程施工中監(jiān)測(cè)重要性認(rèn)識(shí)的深入，以及國(guó)家有關(guān)法規(guī)的實(shí)施，土木工程監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為繼勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理之后的又一個(gè)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(shí)間域和空間域中的變化。

變形監(jiān)測(cè)就是通過(guò)對(duì)變形體動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，獲得精確的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，從而對(duì)各種工程建筑物在施工或使用過(guò)程中的異常變形作出預(yù)報(bào)，提供施工和管理方法，以便及時(shí)采取措施，保證工程質(zhì)量和建筑物安全的各項(xiàng)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(shí)間特征。在工程測(cè)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(cè)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(duì)工程建筑物主要觀測(cè)水平位移、垂直位移、滲透及裂縫觀測(cè)，這些內(nèi)容稱為外部觀測(cè)。為了了解建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況，還應(yīng)對(duì)混凝土應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力、溫度等進(jìn)行觀測(cè)，這些內(nèi)容常稱為內(nèi)部觀測(cè)，在進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理時(shí)，特別是對(duì)變形原因做物理解釋時(shí)，將內(nèi)、外觀測(cè)資料結(jié)合起來(lái)進(jìn)行分析。 　　

變形監(jiān)測(cè)涉及工程測(cè)量、工程地質(zhì)、水文、結(jié)構(gòu)力學(xué)、地球物理、計(jì)算機(jī)科學(xué)等諸多學(xué)科的知識(shí)，它是一項(xiàng)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(cè)工作的意義主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先是掌握工程建筑物的穩(wěn)定性，為安全運(yùn)行診斷提供必要的信息，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(jī)理，提高工程設(shè)計(jì)的理論，進(jìn)行反饋設(shè)計(jì)以及建立有效的變形預(yù)報(bào)模型，從而更加有效的指導(dǎo)設(shè)計(jì)、施工。

二、南方SMOS變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

南方自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（South Deformation Monitoring System，簡(jiǎn)稱SMOS）是基于南方強(qiáng)大的技術(shù)力量而研發(fā)出的一套針對(duì)各種結(jié)構(gòu)物監(jiān)測(cè)的變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由分為全站儀自動(dòng)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、GPS變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和傳感器變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。具有高精度自動(dòng)化、數(shù)據(jù)傳輸途徑自動(dòng)化和便捷化、數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)化和自動(dòng)化等特點(diǎn)。

SMOS適用于下列安全變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

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

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

l 非煤礦山監(jiān)測(cè)：尾礦庫(kù)、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(cè)。

l 其他適合用SMOS技術(shù)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

南方變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

u 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：高精度自動(dòng)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(wú)線電臺(tái)、無(wú)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(cè)繪變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本著 “技術(shù)、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)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(cè)手段的不足，實(shí)時(shí)有效的反應(yīng)監(jiān)測(cè)對(duì)象的健康情況，有效的保障群眾的生命安全及財(cái)產(chǎn)。

1.SMOS-TS系統(tǒng)

全站儀自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由高精度自動(dòng)照準(zhǔn)型全站儀、目標(biāo)棱鏡、SMOS軟件及計(jì)算機(jī)、通訊模塊四大部分構(gòu)成。該系統(tǒng)將自動(dòng)完成測(cè)量周期、實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)測(cè)量成果、實(shí)時(shí)顯示變形趨勢(shì)等智能化的功能合為一體，是進(jìn)行各類建筑物自動(dòng)變形監(jiān)測(cè)、滑坡監(jiān)測(cè)、地鐵監(jiān)測(cè)、高鐵線路、橋梁、水庫(kù)大壩、露天礦開采、礦山尾礦壩等形變監(jiān)測(cè)的理想系統(tǒng)。

技術(shù)特點(diǎn)：

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

v 建立高精度的基準(zhǔn)點(diǎn)，采用實(shí)時(shí)差分式的測(cè)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(cè)量結(jié)果的精度；

v 簡(jiǎn)化了氣象等附加設(shè)備，為系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、高可靠的變形監(jiān)測(cè)，創(chuàng)造了有利條件；

v 在無(wú)人值守的情況下，實(shí)現(xiàn)全天24小時(shí)連續(xù)地自動(dòng)監(jiān)測(cè)；

v 實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、報(bào)表輸出及提供圖形等。

v 在短時(shí)間內(nèi)同時(shí)求得被測(cè)點(diǎn)位的三維坐標(biāo)，因此根據(jù)設(shè)計(jì)方案的要求，可作全方位的預(yù)報(bào)。

v 系統(tǒng)維護(hù)方便，運(yùn)行成本低。

突出優(yōu)勢(shì)

1、全天24h無(wú)人值守，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行24小時(shí)實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)差分處理，進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，不會(huì)間斷；
2、當(dāng)系統(tǒng)在意外的情況下崩潰時(shí)，在不需移動(dòng)全站儀的前提下，重新啟動(dòng)本系統(tǒng)，并打開剛才的監(jiān)測(cè)工程，系統(tǒng)即可加載剛才的所有測(cè)量信息，然后在自動(dòng)測(cè)量界面開始自動(dòng)監(jiān)測(cè)即可，使得一切變得簡(jiǎn)單而；

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

5、系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警：一旦某個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)累積形變量超出限差可以馬上通過(guò)E-MAIL或手機(jī)短消息的方式報(bào)警。
6、反射棱鏡價(jià)格低廉，有利于增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)，有效的節(jié)省投資；
7、可根據(jù)自動(dòng)測(cè)量設(shè)置，靈活處理自動(dòng)測(cè)量時(shí)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(shí)顯示監(jiān)測(cè)點(diǎn)三維實(shí)測(cè)坐標(biāo)值以及提醒測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。
9、測(cè)量方案,系統(tǒng)組成合理。在監(jiān)測(cè)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(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,大幅度提高測(cè)量精度并可同時(shí)獲得每個(gè)變形點(diǎn)的平面和垂直位移信息。
10、自動(dòng)化程度高,可靠性強(qiáng)，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè),并可實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析、打印變形曲線圖，報(bào)表輸出。

11、監(jiān)測(cè)時(shí)間靈活、時(shí)效性強(qiáng)，可以根據(jù)不同的周期時(shí)間進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

12、系統(tǒng)維護(hù)方便、運(yùn)行成本低。

2.SMOS-GPS系統(tǒng)

技術(shù)特點(diǎn)：

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

Ø 實(shí)時(shí)顯示基線的變化情況，點(diǎn)位的移動(dòng)情況等，軟件包括如下視圖：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)視圖、實(shí)時(shí)網(wǎng)圖、趨勢(shì)圖、衛(wèi)星視圖、數(shù)據(jù)管理、位移過(guò)程線等；

Ø 系統(tǒng)可以在不間斷工作的同時(shí)，自動(dòng)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(duì)監(jiān)測(cè)站、基站接收機(jī)的遠(yuǎn)程設(shè)置功能；

Ø 系統(tǒng)完備性監(jiān)測(cè)功能，可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的健康狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

Ø 軟件兼容性強(qiáng)，可以同時(shí)處理進(jìn)口及國(guó)內(nèi)不同廠家的GNSS接收機(jī)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(bào)表。

突出優(yōu)勢(shì)：

l 高度自動(dòng)化，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性強(qiáng)

l 觀測(cè)點(diǎn)之間無(wú)需通視，選點(diǎn)方便

l 觀測(cè)不受天氣條件限制，可以全天候監(jiān)測(cè)

l 可同時(shí)測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)和位移速率

l 在測(cè)程較遠(yuǎn)時(shí)，精度優(yōu)于光電測(cè)距儀

GPS監(jiān)測(cè)的精度：

Ø 系統(tǒng)2h觀測(cè)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(cè)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)

傳感器監(jiān)測(cè)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(dòng)化的監(jiān)測(cè)。

技術(shù)特點(diǎn)：

Ø 代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工測(cè)量方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量；

Ø 可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)動(dòng)態(tài)連續(xù)觀測(cè)；

Ø 可多臺(tái)傳感器聯(lián)合使用，實(shí)現(xiàn)高密度觀測(cè)，真實(shí)反映被測(cè)物狀態(tài)；

Ø 維護(hù)方便。