水利工程变形监测中测绘技术的动态分析与应用 

引言：

水利工程长久以来受到水荷载、地质构造等要素的影响，很容易出现结构变形，而变形监测是确保工程安全运行的重要部分。随着水利工程规模不断增大，安全标准不断改进，传统的测绘技术在精确度、及时性方面已不能达到需求，现代测绘技术如 GNSS 定位，遥感监测，无人机航测飞速发展，给变形监测带来高精度，高效率，智能化技术的融合，特别是推进了监测工作的自动化，智能化，深入探究这些技术在水利工程变形监测中的应用，对于改善监测品质，确保工程安全十分关键。

一、测绘技术在水利工程变形监测中的动态分析

1.1 传统测绘技术回顾

水准测量是经典的高程测量方法，利用水准仪测定两点的高差，进而推算高程，精度可达毫米级，数据可靠，适合地形平坦、通视条件良好的地区。但其作业效率受到逐站测量的影响，在山区、丛林等地形复杂的区域难以布站，大气折光、仪器沉降等因素也容易造成数据偏差。全站仪集测角、测距、测高差于一体，能够进行位移、倾斜等多维监测，操作简便，精度达到亚毫米级，常用于大坝坝肩、水闸闸墩等小范围高精度监测场景。但是该技术需要通视条件，峡谷、建筑遮挡区域难以使用，接触式测量在高边坡、深基坑等危险区域作业风险较高，人为操作也会产生误差。

1.2 现代测绘技术发展

GNSS 技术（GPS、北斗系统）具有高精度、全天候、非接触式定位的优势，突破了传统通视限制，利用 RTK 技术可以实现平面厘米级、高程分米级的实时动态监测，广泛应用于堤防沿线、水库库区等大范围变形监测。但是山区密林、峡谷等地信号易被遮挡，多路径效应和电离层延迟会造成定位精度降低，需要进行差分改正或采用多系统融合。遥感监测技术，InSAR 技术利用雷达干涉测量技术实现毫米级地表形变监测，适用于区域地壳运动。光学遥感靠影像对比看表面变形，但天气会干扰它，亚米级分辨率影像形变监测精度只有米级。无人机带的 LiDAR 和倾斜摄影相机能快得到点云数据和三维模型，适合河道和边坡变形监测，机动性好，成本低，然而续航时间短，飞行不稳定，数据处理要用专门软件，计算量大。

1.3 智能化测绘技术趋势

随着物联网、大数据与 AI 技术相互融合，测绘技术向着“智能感知 - 自动分析 - 实时预警”方向发展，部署光纤光栅传感器、MEMS 加速度计等智能终端，借助 5G/ 北斗短报文传输网络，可以做到变形数据每分钟采集几次并无线传输；利用深度学习算法（LSTM、Transformer 模型），针对 GNSS 坐标、InSAR形变场、无人机点云等多种来源的数据进行特征提取，可自动检测出沉降突变、裂缝扩大等异常模式，并用 BP 神经网络来预测变形趋势。像在大坝监测方面，AI 系统分析如果察觉到坝基的沉降速率超出 0.5mm/ 天，就会自动触发声光警报并且给出应急处理建议，这种智能化监测手段将人工巡检的工作量削减 70% 以上，并且做到实时的数据闭环，从而完成从“事后分析”到“事前预警”的改变，给水利工程的安全运作赋予全程的技术支撑。

二、测绘技术在水利工程变形监测中的应用

2.1 大坝变形监测

在大坝变形监测的位移监测环节，GNSS 技术的作用不容小觑，在坝顶这些关键位置设置监测点，就能对三维坐标发生的变化实施监测，从而给大坝整体位移情形给予动态的数据支撑，全站仪主要被用于局部区域的加密测量，可以针对大坝某个部位展开高精度的点位坐标获取，沉降监测方面，水准测量是主要手段，它的精度可以达到毫米级，可以准确地反映出大坝的沉降情况，GNSS技术能够改进沉降监测的效率和实时性，二者结合使用，既确保了精度又确保了时效，倾斜监测存在多种方法，垂准线法的精度较高，然而操作复杂，倾斜仪法安装使用方便，适合持续监测，无人机倾斜摄影测量法可以迅速得到大面积倾斜信息，适合做宏观监测，可以依照需求来选取合适的方法。

2.2 堤防变形监测

针对堤防表面位移监测，GNSS 和全站仪是常用技术手段，GNSS 具备覆盖范围广、实时性强的特点，适用于堤防大面积区域的实时监测，能够及时察觉堤防表面整体位移趋向，全站仪在重点部位高精度测量方面表现良好，可以对堤防关键地段的位移执行精确测定，在内部变形监测里，测斜仪和分层沉降法是主要方法，测斜仪可用来测定堤防内部水平位移，分层沉降法则能监测各个土层的沉降状况，给了解堤防内部变形情形给予详细数据。此外，光纤光栅传感器开始在堤防内部变形监测当中被采用，这种传感器具备长时间实时，高精度监测的优点，可以做到对堤防内部变形持续，准确的监测。

2.3 其他水利设施变形监测

水闸变形监测内容较多，包括闸墩的位移、沉降、倾斜及闸门的变形等。为了能够进行全面监测，采用了多种技术和设备，GNSS 用于监测闸墩的位移，水准测量可以准确获取闸墩的沉降数据，倾斜仪可以监测闸墩的倾斜情况，全站仪可以对闸墩和闸门的局部变形进行高精度测量。渡槽变形监测内容包括槽身的位移、沉降、裂缝及支撑结构的变形等，在监测过程中采用 GNSS 和全站仪对槽身和支撑结构的位移进行监测，裂缝计用于对槽身裂缝进行检测，无人机倾斜摄影测量技术可以获取渡槽整体的变形信息，多种技术和设备的综合使用可以对渡槽变形进行全面准确的监测。

三、结论

测绘技术在水利工程变形监测上不断迭代升级，水准测量、经纬仪测量这些传统技术作为根基，GPS、InSAR 这些现代技术打破时空限制，做到大范围动态监测，AI、物联网驱动的智能化技术依靠实时数据分析与预警，促使监测效能产生质的飞跃，多种技术在大坝、堤防等水利设施监测中优势互补，明显改善监测精度与效率。展望将来，随着多技术深度融合和跨学科协同创新，测绘技术会为水利工程变形监测筑起数据防线，给工程全生命周期安全运行给予更有力的技术支撑。

参考文献：

[1] 高起林 . 水利工程大断面隧洞变形监测分析 [J]. 甘肃水利水电技术 ,2024,60(06):27-31.

[2] 王柏恒 , 黄开鑫 , 曹亮 . 基于点云数据的水利工程变形信息可视化研究 [J]. 江西测绘 ,2023,(03):8-11.