工程测量中变形监测技术的新进展与应用实例

一、引言

工程建设和运营中，工程结构物可能因地质、荷载、环境等因素发生变形。若变形超限，会威胁工程安全稳定，可能导致事故。变形监测技术，作为工程测量的关键，通过长期、实时、精确监测结构物变形参数，如位移、沉降、倾斜、裂缝等，能及时了解结构物变形情况，为工程设计、施工安全和运营维护提供重要数据。科技发展推动变形监测技术进步，新方法和技术的出现显著提高了监测的精度、效率和可靠性。

二、变形监测技术的新进展

2.1 卫星定位技术的革新

卫星定位技术在变形监测中得到广泛应用，其中全球导航卫星系统（GNSS）发展迅速 。以我国自主研发的北斗卫星导航系统为例，其在工程变形监测中的应用不断深入 。北斗系统具有卫星数量多、覆盖范围广、定位精度高等优势 。通过采用载波相位差分（RTK）技术和实时动态定位（PPP）技术，能够实现毫米级甚至亚毫米级的高精度定位 。在一些大型桥梁、高层建筑等工程的变形监测中，利用北斗卫星定位系统，可实时获取监测点的三维坐标变化，准确掌握结构物的位移情况 。同时，结合物联网技术，北斗监测设备能够将采集到的数据实时传输至监测中心，实现远程、自动化监测 。

2.2 传感器技术的创新

光纤传感器的发展：光纤传感器凭借其高精度、抗干扰能力强、可分布式测量等优点，在变形监测领域崭露头角 。例如，光纤光栅传感器能够对结构物的应变、温度、压力等参数进行精确测量，通过监测光纤光栅波长的变化来获取结构物的变形信息 。在隧道工程中，将光纤光栅传感器埋设在衬砌结构内，可实时监测隧道在施工和运营过程中的变形情况，及时发现潜在的安全隐患 。此外，分布式光纤传感器能够对长距离的结构物进行连续监测，如在石油管道、地铁线路等工程中，可实现对沿线结构变形的全面感知 。

智能传感器的应用：智能传感器融合了微机电系统（MEMS）技术、人工智能技术等，具备数据采集、处理、分析和自我诊断等功能 。在建筑物倾斜监测中，智能倾角传感器能够自动采集倾角数据，并通过内置的算法对数据进行分析，判断建筑物的倾斜状态 。当倾斜值超过预设阈值时，传感器可自动发出预警信息，为建筑物的安全评估提供及时、准确的数据支持 。智能传感器还可根据环境变化自动调整测量参数，提高监测的适应性和可靠性 。

2.3 摄影测量技术的突破

近景摄影测量技术在变形监测中的应用取得重要突破 。通过使用高分辨率相机对监测对象进行多角度拍摄，获取大量图像数据，再利用数字图像处理技术和摄影测量原理，能够快速、准确地计算出监测点的三维坐标和变形量 。在基坑工程中，采用近景摄影测量技术，可对基坑边坡的变形进行全面监测，及时发现边坡的位移、裂缝等问题 。与传统测量方法相比，近景摄影测量技术具有非接触、测量范围广、数据获取速度快等优势，能够实现对复杂形状结构物的变形监测 。此外，无人机摄影测量技术的发展为大面积工程变形监测提供了高效解决方案 。无人机可搭载高清相机和激光雷达等设备，对大型工程区域进行快速扫描，获取高精度的地形和结构物变形数据 。

三、变形监测技术的应用实例

3.1 桥梁工程中的应用

某大型跨海大桥在建设和运营过程中，采用了多种变形监测技术 。在施工阶段，利用北斗卫星定位系统对桥梁墩台的沉降和位移进行实时监测，确保施工过程中结构的稳定性 。同时，在桥梁的关键部位安装光纤光栅传感器，监测桥梁结构的应力和应变变化 。在运营阶段，引入测量机器人对桥梁的线形和变形进行定期监测 。通过多年的监测数据积累和分析，建立了桥梁结构健康监测模型，能够准确预测桥梁的变形趋势，及时发现潜在的安全隐患 。例如，在一次台风过后，监测系统通过数据分析发现某桥段的位移出现异常，及时通知相关部门进行检查和维护，避免了安全事故的发生 。

3.2 建筑工程中的应用

在某超高层建筑项目中，为确保建筑物在施工和使用过程中的安全，采用了智能传感器和近景摄影测量技术相结合的变形监测方案 。在建筑物的基础、墙体和顶部等关键部位安装智能位移传感器和倾角传感器，实时监测建筑物的沉降、倾斜和位移情况 。同时，利用近景摄影测量技术定期对建筑物的外观进行拍摄和分析，检测是否存在裂缝等表面缺陷 。通过将两种技术的数据进行融合分析，能够全面、准确地评估建筑物的变形状态 。在施工过程中，根据监测数据及时调整施工工艺，有效控制了建筑物的变形，保障了工程质量和安全 。

3.3 矿山工程中的应用

在矿山开采过程中，为防止山体滑坡、地表塌陷等地质灾害，对矿山边坡和采空区进行变形监测至关重要 。某矿山采用了基于物联网的分布式光纤监测系统和无人机摄影测量技术 。分布式光纤传感器被埋设在矿山边坡和采空区的关键部位，实时监测岩土体的变形情况 。无人机定期对矿山区域进行航拍，获取高分辨率的地形图像，通过对比不同时期的图像，分析地表变形趋势 。通过这两种技术的协同应用，实现了对矿山变形的全方位、实时监测 。在一次监测中，通过数据分析发现某区域的地表出现明显下沉趋势，及时采取了加固措施，避免了可能发生的地质灾害，保障了矿山的安全生产和周边居民的生命财产安全 。

四、变形监测技术应用面临的挑战与发展建议

4.1 挑战

变形监测技术虽有进步，但实际应用中存在挑战。监测技术间数据格式和接口差异导致数据融合和共享困难，影响监测系统性能。处理和分析监测数据需大量计算资源和专业知识，快速准确提取信息和预测变形趋势是当前重要问题。监测设备长期稳定性和可靠性需提高，复杂环境下可能出现故障或测量误差增大。

4.2 建议

为应对挑战，需加强变形监测技术标准化研究，制定统一数据格式和接口规范，促进数据融合与共享。增加监测数据处理和分析算法研发投入，引入人工智能、大数据分析等技术，提高处理效率和分析精度，实现监测智能化。加强监测设备研发和质量控制，提升设备稳定性和可靠性，降低维护成本。注重培养专业人才，提高从业人员技术水平和综合素质。

五、结论

变形监测技术对工程安全至关重要。卫星定位、传感器、摄影测量等技术进步显著提高了监测精度、效率和可靠性。这些技术在桥梁、建筑、矿山等工程中应用，提供了准确及时的变形信息，预防了安全事故。尽管如此，技术应用仍面临挑战，需通过标准化、研发和人才培养解决。未来，变形监测技术将向智能化、集成化、高精度发展，拓宽工程测量的应用前景。

参考文献

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