变形监测技术的应用与研究

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1、变形监测技术的应用与研究摘要：变形是自然界普遍存在的现象，它是指变形体在各种载荷下，发生在时间域和空间域的形状、大小和位置的变化。自然灾害变形是普遍的，如地震，山体滑坡，地面塌陷，大坝、桥梁和建筑物倒塌等。在科学和工程领域中，当变形不超过一定限度，就会被认为是允许的，但如果超过允许值时，就可能会导致灾难。这些灾害的发生严重危害人类生命和财产安全，全球每年因此损失惨重。由于许多自然灾害都与变形密切相关，因此变形监测成为了国内外学者关注的重要问题。关键字：变形监测大地测量GPS测量摄影测量卡尔曼滤波中图

2、分类号：TN931.3文献标识码：A一．变形监测的目的和意义变形监测的目的是获得变形体（大如地球，小到一个建筑项目）在空间状态和时间变化中的变形，同时也解释了变形原因。这与多个学科（如物理学，土木工程，岩土力学等）有着密切的关系。由于科学技术，特别是自动化控制，空间技术，计算机科学与技术的发展，变形监测正在向跨学科方向发展。因此，变形监测的理论蓬勃发展，新的课题和方法也在不断涌现。8工程结构在施工过程中或者施工完成后，因为改变了建筑物地基的应力状态，所以地基的变形不可避免。此外，由于从一开始工程结构

3、承受的各种外部作用（重力，风，温度变化等）的交互影响，建设中的弹塑性变形也是不可避免的。工程变形测量的意义在于严密监测结构物的变形幅度和速度，并依据工程力学和结构工程的相关知识，对变形产生的影响作出正确评价，以确保结构物正常工作。历史上，由于没有及时对建筑物进行工程变形测量，导致巨大亏损的例子不胜枚举。1963年，意大利Vajaut拱门（高266米）的重大山体滑坡，7分钟内一个城市及其周边几个城镇的破坏，造成了3000人死亡。相比之下，1984年，中国长江三峡滑坡的成功预测，及时疏散滑坡地的居民，挽

4、救了11,000个生命。在施工过程中，结构变形测量是安全的鉴定，是确定房屋风险的基本依据。二．工程变形测量的特点1.精度要求高8与其他测量相比，变形监测的精度要求更高，典型精度为1mm或10-6的相对精度。制定变形监测精度取决于变形的速度和变形的大小，仪器和方法可以实现的真正的精确度，和监测的目的等等。一般来说，如果变形监测是研究的变形是否超过一定的允许值时，为了确保被监测建筑物的安全性，监测的误差应小于允许误差的1/10至1/20。但如果是为了研究变形的过程，则其误差应比上面这个数值低得多，甚至应

5、采用目前测量手段和仪器所能达到的最高精度。2.重复观测重复观测的频率取决于被监测的建筑物的变形速度、尺寸和监测目的。在完成建筑工程的早期，建筑物变形快，所以应加大监测频率。经过一段时间后建筑物趋于稳定，可以适当减少观测次数，但要坚持定期观测。3.综合应用各种监测方法变形监测方法一般分为四类：①地面测量方法，包括几何水准测量，三角高程测量，方向和角度测量，距离测量等；②空间测量技术，如甚长基线干涉法测量(VLBI)，卫星激光测距(SIR)，全球定位系统(GPS)，合成孔径雷达干涉(InSAR)；③摄影

6、测量方法；④专门测量手段，这里主要是指各种准直测量，倾斜仪监测，应变计测量等。4.数据处理要求严密8通常变形量是很小的，从包含有误差信息的观测数据中分离出变形信息，需要严密的处理方法，包括数据的需要的变形的测量误差。此外，观测往往含有粗大误差和系统误差，应在估计变形模型之前筛选，以确保结果的准确性。此外，可变形模型一般是事先不知道的，需要仔细鉴别和检验。对于发生变形的原因还要进行解释，建立变形和变形原因之间的关系。此外，变形监测资料可能是由不同的方法在不同的时间采集的，需要综合地利用。再者，变形观测

7、是重复进行的，多年观测积累了大量的资料，必须有效地管理和利用这些资料。5.多学科的配合在设定变形监测精度，优化设计变形监测方案，变形监测结果进行合理的分析时，变形测量工作者应熟悉被测物。研究地壳形变，需要地球物理知识；研究工程建筑物的变形，需要土壤力学和土木工程的知识。一个成功的变形测量工作者需要兼备其他各学科的知识，这样才能与其他学科方面的专家有共同语言，紧密地协作。三．变形监测的方法1.大地测量方法常规大地测量方法是指通过溯角、测边、水准等技术来测定变形的方法，它具有以下一些优点：①能够提供变形

8、体整体的变形状态；②通过组成网的形式可以进行测量结果的校核和精度的评定；③灵活性大，能够适应于不同的精度要求、不同形式的变形体和不同的外界条件。常规大地测量方法包括的测量技术有：精密高程测量，精密距离测量，角度测量和重力测量法。特殊的大地测量方法有液体静力水准测量，准直测量，应变测量，倾斜测量等。2.GPS测量8GPS卫星定位技术相比于传统的测绘作业及方法有着显著的特点和优越性：它不受天气的干扰，点位间毋须通视，容易实施长距离的精确定位，可以进行实时测量，具备良好的自