1、精密工程测量与变形监测新方法介绍与分析摘要：本文主要介绍当前应用到精密工程测量及变形监测的新方法，对这些新的技术方法进行简单介绍与分析，同时也为今后使用这些技术方法的测量单位及技术人员提供参考。文中介绍的技术方法主要有地面SAR（合成孔径雷达）技术、激光跟踪仪测量技术、无线传感器网络技术等。 关键词：精密工程测量、变形监测、无线传感器网络技术、地面 SAR技术、激光跟踪仪 中图分类号：TB22 文献标识码： A 文章编号： 1、引言 测量是从人类生产实践中发展起来的一门悠久的科学，是人类与大自然作斗争的一种手段，可以说测量是伴随着整个人类文明的发展的。随着社会经济建设的发展，各种工程建设对测量
2、的技术手段及方法的要求也越来越高。现如今，生产力发展水平已经得到空前的发展，各种大型的、精密的工程建设如火如荼的进行。各种工程建设都离不开测量，不仅仅在建设过程中，对一些大型的工程建设（如高铁、地铁、大型桥梁、大型坝体、高层及超高层建筑等）在其工程完成后还需定期对其进行变形监测以保证其安全运行，以免给国家和人民的生命财产带来巨大损失。而这些工程往往是高科技尖端工程或是国家战略工程，对测量精度和测量效率要求极高，普通的测绘方法根本无法满足现实的测量要求。在此背景下，通过近年来无数的专家学者的艰辛钻研，各种新型的测量仪器被生产出来，对应的新型测量技术手段及测绘方法也应运而生。GNSS 测量技术、影
3、像全站仪测量技术、三维激光扫描技术、无线传感器网络技术、地面 SAR（合成孔径雷达）等技术的出现为精密工程测量及变形监测提供了有力保障。新的测量技术方法的出现为各种大型精密的工程项目从基础建设、设备安装、投产使用过程中的变形监测提供了坚实的保证。 2、精密工程测量与变形监测新方法浅析 为了便于本文对一些技术方法的分析，为方便广大读者的借鉴与参考，本文按照精密控制测量、施工实时监测、设备安装测量及竣工后的变形监测的顺序进行阐述。 2.1 精密工程控制测量 所谓精密工程测量，对控制网测量要求较高，平面精度保证在毫米级甚至亚毫米级，高程精度达到 0.1 毫米。控制网精度问题，如今的测量技术已经完全能
4、够完全满足要求。 首级控制一般采用 GPS 测量方法完成平面控制测量，如今的 GPS 测量技术已经相当成熟，通过基线解算测量精度已经能达到毫米甚至亚毫米级，并且这已经被广泛的应用到各种工程测量中。高程控制测量一般还是采用一、二等水准测量，如今的电子水准仪精度高、稳定性好，完全能将精度控制在亚毫米级。 在完成首级控制网后，现实中还无法满足工程需要，我们还需要对控制点进行加密，建立高精度的控制网。如今随着全站仪技术的飞速发展，我们可以使用全站仪观测法进行网观测，即全站仪架设在不同的控制点上对其他不同点进行重复观测，由观测基线最终构成复杂的多边形控制网。我们经过平差，这种方法建立的控制网精度已能达亚
5、毫米级甚至更高，能够满足众多精密工程测量，并且这种方法已经被应用到许多精密工程中去。各地专家及教授通过研究应用，将此种方法已经成功应用到许多工程项目中，在三峡大坝三峡升船机控制网、上海磁悬浮铁路地面控制网等国家级重点项目中均有应用。 （右图为某升船机网控制网略图。 ） 2.2 施工实时监测 施工过程中由于外部影响因素很多，施工体本身结构不够稳定，为保障安全施工，必须进行变形监测。此时我们可选择地面 SAR（合成孔径雷达）测量技术进行，地面 SAR 测量技术只需在被监测目标附近建立稳定观测站就可实行，测量过程中能够精确的反应出被监测对象的局部细微变化，从而达到监测效果。此种测量方法精度已经能够达
6、到亚毫米级甚至更高，如 IBIS(Image by Interferometric Survey)是基于微波干涉技术的高级远程监控系统，其中 IBIS-S(Image by Interferometric Survey-Structure)监测精度可达 0.01mm 0.1mm，IBIS-L (Image by Interferometric Survey-Landside)精度也能达到 0.1mm。这种监测方法只需被监测对象不被遮挡， IBIS-S 系统能对目标进行静态和动态监测，遥测距离动态 500 米，静态能达 1km；IBIS-L 系统遥测距离可达 4km，这样给监测工作带来了许多便利
7、。 此外这种测量方法还可以应用于地表沉降监测、山体滑坡监测、桥梁精密监测、塔形建构筑物监测、高层建构筑物监测等项目。 运用地面 SAR（合成孔径雷达）测量技术进行监测的优点是能精确的反应监测过程中被监测对象的细微变化，缺点是不能精确确定两个不同的监测时段之间被监测对象的变形量。 2.3 设备安装测量 精密设备安装需要做到严丝合缝，并能准确无误的进行就需要借助精密测量仪器进行。现如今被广泛应用的设备安装领域的主要有激光跟踪仪。激光跟踪仪的工作基本原理是在目标点上安置一个反射器，跟踪头发出的激光射到反射器上，又返回到跟踪头，当目标移动时，跟踪头调整光束方向来对准目标。同时，返回光束为检测系统所接收
8、，用来测算目标的空间位置。简单的说，激光跟踪测量系统的所要解决的问题是静态或动态地跟踪一个在空间中运动的点，同时确定目标点的空间坐标，从而达到精密定位的目的。 激光跟踪仪精度可靠，但也存在误差，其误差分为系统误差和偶然误差。系统误差主要有两部分组成，激光干涉仪测量误差和角度编码器测量误差。激光干涉仪分辨率为 0.00126mm，角编码器分辨率为0.14，那么理论上其在 10 米范围内系统误差不超过 0.01mm。目前Leica AT901 型激光跟踪仪为世界上较为先进的测量仪器之一，其测距精度已达在全量程范围内仅为 10um。偶然误差主要影响因素和其他仪器基本一样，主要有温度、湿度、气流波动、
9、空气污染等因素。 目前激光跟踪仪不仅被应用到精密工程设备安装领域，它在工业制造领域也有广泛应用，尤其在飞机制造、汽车制造、精密机床等方面的应用较为广泛也比较成功。 2.4 变形监测 变形监测的方法很多，这里我们仅对全站仪自动监测系统和传感器网络技术在变形监测中的应用进行介绍和分析。 全站仪自动监测系统所使用的全站仪为自动跟踪型全站仪，即我们通常讲的“测量机器人” 。这种全站仪能自动跟踪和识别目标棱镜，是实现自动化测量的基础。近年来它被广泛应用到大坝变形监测、隧道变形监测等较为复杂的变形监测项目中。监测系统由计算机、全站仪、和若干被监测棱镜组成，它可通过计算机直接或者远程控制全站仪实现对被监测对
10、象的自动监测，从而实现自动化高精度监测目标。 近年来随着传感器网络技术的发展，传感器网络技术在变形监测中也有广泛应用。在地质滑坡、雪崩、大坝、桥梁、房屋建筑、钻井平台倾斜等各种变形监测中均有应用，并取得良好效果。传感器网络技术包括有线和无线两种，随着无线网络技术的发展，无线传感器网络技术将成为主流。这种变形监测方法是通过传感器采集信息，通过有线或无线传播的方式将信号传输给终端设备即我们所用的计算机，然后通过信息分析得出监测数据从而达到监测的目的。传感器能采集的信息有温度、湿度、重量、应力、开关量、距离、形变量，速度、加速度等，采集信息面相当广泛。传感器网络技术在变形监测领域的应用将更加频繁，意
11、义深远。 此外，三维激光扫描技术、GNSS 定位技术、地面 SAR 测量技术等在变形监测中均有广泛应用。 3、结束语 本文的创作主要为了介绍近年来兴起的精密工程测量与变形监测测量新方法，以便读者更能方便快捷的了解各种新测量方法概念和基本应用。但因篇幅有限本文对各种测量方法只做简单介绍，不足之处欢迎广大读者批评指正。 参考文献： 1 赵吉先，刘荣，郑加柱，丁克良，聂运菊. 精密工程测量M.科学出版社, 2010,(01) . 2 苏韬,孔祥元. 跨进新世纪的特种精密工程测量J. 测绘工程, 2000,(01) . 3 张正禄,邓勇,罗长林,刘祖强,杨红. 论精密工程测量及其应用J. 测绘通报, 2006,(05) . 4 张洪波,徐进军,郭文增. 精密工程测量的发展概述J. 四川测绘, 2006,(02) .
