精密工程測量與變形監(jiān)測新方法介紹與分析

1、<p>　　精密工程測量與變形監(jiān)測新方法介紹與分析</p><p>　　摘要：本文主要介紹當(dāng)前應(yīng)用到精密工程測量及變形監(jiān)測的新方法，對這些新的技術(shù)方法進(jìn)行簡單介紹與分析，同時(shí)也為今后使用這些技術(shù)方法的測量單位及技術(shù)人員提供參考。文中介紹的技術(shù)方法主要有地面SAR（合成孔徑雷達(dá)）技術(shù)、激光跟蹤儀測量技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：精密工程測量、變形監(jiān)測、

2、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、地面SAR技術(shù)、激光跟蹤儀 </p><p>　　中圖分類號：TB22文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　1、引言 </b></p><p>　　測量是從人類生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)展起來的一門悠久的科學(xué)，是人類與大自然作斗爭的一種手段，可以說測量是伴隨著整個人類文明的發(fā)展的。隨著社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，各種工程建設(shè)

3、對測量的技術(shù)手段及方法的要求也越來越高?，F(xiàn)如今，生產(chǎn)力發(fā)展水平已經(jīng)得到空前的發(fā)展，各種大型的、精密的工程建設(shè)如火如荼的進(jìn)行。各種工程建設(shè)都離不開測量，不僅僅在建設(shè)過程中，對一些大型的工程建設(shè)（如高鐵、地鐵、大型橋梁、大型壩體、高層及超高層建筑等）在其工程完成后還需定期對其進(jìn)行變形監(jiān)測以保證其安全運(yùn)行，以免給國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失。而這些工程往往是高科技尖端工程或是國家戰(zhàn)略工程，對測量精度和測量效率要求極高，普通的測繪方法根本無

4、法滿足現(xiàn)實(shí)的測量要求。 </p><p>　　在此背景下，通過近年來無數(shù)的專家學(xué)者的艱辛鉆研，各種新型的測量儀器被生產(chǎn)出來，對應(yīng)的新型測量技術(shù)手段及測繪方法也應(yīng)運(yùn)而生。GNSS測量技術(shù)、影像全站儀測量技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、地面SAR（合成孔徑雷達(dá)）等技術(shù)的出現(xiàn)為精密工程測量及變形監(jiān)測提供了有力保障。新的測量技術(shù)方法的出現(xiàn)為各種大型精密的工程項(xiàng)目從基礎(chǔ)建設(shè)、設(shè)備安裝、投產(chǎn)使用過程中的變形監(jiān)測提

5、供了堅(jiān)實(shí)的保證。 </p><p>　　2、精密工程測量與變形監(jiān)測新方法淺析 </p><p>　　為了便于本文對一些技術(shù)方法的分析，為方便廣大讀者的借鑒與參考，本文按照精密控制測量、施工實(shí)時(shí)監(jiān)測、設(shè)備安裝測量及竣工后的變形監(jiān)測的順序進(jìn)行闡述。 </p><p>　　2.1 精密工程控制測量 </p><p>　　所謂精密工程測量，對控制網(wǎng)測

6、量要求較高，平面精度保證在毫米級甚至亞毫米級，高程精度達(dá)到0.1毫米?？刂凭W(wǎng)精度問題，如今的測量技術(shù)已經(jīng)完全能夠完全滿足要求。 </p><p>　　首級控制一般采用GPS測量方法完成平面控制測量，如今的GPS測量技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，通過基線解算測量精度已經(jīng)能達(dá)到毫米甚至亞毫米級，并且這已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到各種工程測量中。高程控制測量一般還是采用一、二等水準(zhǔn)測量，如今的電子水準(zhǔn)儀精度高、穩(wěn)定性好，完全能將精度控制在亞

7、毫米級。 </p><p>　　在完成首級控制網(wǎng)后，現(xiàn)實(shí)中還無法滿足工程需要，我們還需要對控制點(diǎn)進(jìn)行加密，建立高精度的控制網(wǎng)。如今隨著全站儀技術(shù)的飛速發(fā)展，我們可以使用全站儀觀測法進(jìn)行網(wǎng)觀測，即全站儀架設(shè)在不同的控制點(diǎn)上對其他不同點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)觀測，由觀測基線最終構(gòu)成復(fù)雜的多邊形控制網(wǎng)。我們經(jīng)過平差，這種方法建立的控制網(wǎng)精度已能達(dá)亞毫米級甚至更高，能夠滿足眾多精密工程測量，并且這種方法已經(jīng)被應(yīng)用到許多精密工程中去。各

8、地專家及教授通過研究應(yīng)用，將此種方法已經(jīng)成功應(yīng)用到許多工程項(xiàng)目中，在三峽大壩三峽升船機(jī)控制網(wǎng)、上海磁懸浮鐵路地面控制網(wǎng)等國家級重點(diǎn)項(xiàng)目中均有應(yīng)用。（右圖為某升船機(jī)網(wǎng)控制網(wǎng)略圖。） </p><p>　　2.2 施工實(shí)時(shí)監(jiān)測 </p><p>　　施工過程中由于外部影響因素很多，施工體本身結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，為保障安全施工，必須進(jìn)行變形監(jiān)測。此時(shí)我們可選擇地面SAR（合成孔徑雷達(dá)）測量技術(shù)進(jìn)行，地

9、面SAR測量技術(shù)只需在被監(jiān)測目標(biāo)附近建立穩(wěn)定觀測站就可實(shí)行，測量過程中能夠精確的反應(yīng)出被監(jiān)測對象的局部細(xì)微變化，從而達(dá)到監(jiān)測效果。此種測量方法精度已經(jīng)能夠達(dá)到亞毫米級甚至更高，如IBIS(Image by Interferometric Survey)是基于微波干涉技術(shù)的高級遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其中IBIS-S(Image by Interferometric Survey-Structure)監(jiān)測精度可達(dá)0.01mm ~ 0.1mm，IBI

10、S-L (Image by Interferometric Survey-Landside)精度也能達(dá)到0.1mm。這種監(jiān)測方法只需被監(jiān)測對象不被遮擋， IBIS-S系統(tǒng)能對目標(biāo)進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)監(jiān)測，遙測距離動態(tài)500米，靜態(tài)能達(dá)1km；IBIS-L系統(tǒng)遙測距離可達(dá)4km，這樣給監(jiān)測工作帶來了許多便利。 </p><p>　　此外這種測量方法還可以應(yīng)用于地表沉降監(jiān)測、山體滑坡監(jiān)測、橋梁精密監(jiān)測、塔形建構(gòu)筑物監(jiān)測、高

11、層建構(gòu)筑物監(jiān)測等項(xiàng)目。 </p><p>　　運(yùn)用地面SAR（合成孔徑雷達(dá)）測量技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測的優(yōu)點(diǎn)是能精確的反應(yīng)監(jiān)測過程中被監(jiān)測對象的細(xì)微變化，缺點(diǎn)是不能精確確定兩個不同的監(jiān)測時(shí)段之間被監(jiān)測對象的變形量。 </p><p>　　2.3 設(shè)備安裝測量 </p><p>　　精密設(shè)備安裝需要做到嚴(yán)絲合縫，并能準(zhǔn)確無誤的進(jìn)行就需要借助精密測量儀器進(jìn)行。現(xiàn)如今被廣泛應(yīng)用的設(shè)

12、備安裝領(lǐng)域的主要有激光跟蹤儀。激光跟蹤儀的工作基本原理是在目標(biāo)點(diǎn)上安置一個反射器，跟蹤頭發(fā)出的激光射到反射器上，又返回到跟蹤頭，當(dāng)目標(biāo)移動時(shí)，跟蹤頭調(diào)整光束方向來對準(zhǔn)目標(biāo)。同時(shí)，返回光束為檢測系統(tǒng)所接收，用來測算目標(biāo)的空間位置。簡單的說，激光跟蹤測量系統(tǒng)的所要解決的問題是靜態(tài)或動態(tài)地跟蹤一個在空間中運(yùn)動的點(diǎn)，同時(shí)確定目標(biāo)點(diǎn)的空間坐標(biāo)，從而達(dá)到精密定位的目的。 </p><p>　　激光跟蹤儀精度可靠，但也存在誤差

13、，其誤差分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差。系統(tǒng)誤差主要有兩部分組成，激光干涉儀測量誤差和角度編碼器測量誤差。激光干涉儀分辨率為0.00126mm，角編碼器分辨率為0.14″，那么理論上其在10米范圍內(nèi)系統(tǒng)誤差不超過0.01mm。目前Leica AT901型激光跟蹤儀為世界上較為先進(jìn)的測量儀器之一，其測距精度已達(dá)在全量程范圍內(nèi)僅為10um。偶然誤差主要影響因素和其他儀器基本一樣，主要有溫度、濕度、氣流波動、空氣污染等因素。 </p>

14、<p>　　目前激光跟蹤儀不僅被應(yīng)用到精密工程設(shè)備安裝領(lǐng)域，它在工業(yè)制造領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用，尤其在飛機(jī)制造、汽車制造、精密機(jī)床等方面的應(yīng)用較為廣泛也比較成功。 </p><p><b>　　2.4變形監(jiān)測 </b></p><p>　　變形監(jiān)測的方法很多，這里我們僅對全站儀自動監(jiān)測系統(tǒng)和傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在變形監(jiān)測中的應(yīng)用進(jìn)行介紹和分析。 </p>

15、<p>　　全站儀自動監(jiān)測系統(tǒng)所使用的全站儀為自動跟蹤型全站儀，即我們通常講的“測量機(jī)器人”。這種全站儀能自動跟蹤和識別目標(biāo)棱鏡，是實(shí)現(xiàn)自動化測量的基礎(chǔ)。近年來它被廣泛應(yīng)用到大壩變形監(jiān)測、隧道變形監(jiān)測等較為復(fù)雜的變形監(jiān)測項(xiàng)目中。監(jiān)測系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、全站儀、和若干被監(jiān)測棱鏡組成，它可通過計(jì)算機(jī)直接或者遠(yuǎn)程控制全站儀實(shí)現(xiàn)對被監(jiān)測對象的自動監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)自動化高精度監(jiān)測目標(biāo)。 </p><p>　　近年來隨著傳

16、感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在變形監(jiān)測中也有廣泛應(yīng)用。在地質(zhì)滑坡、雪崩、大壩、橋梁、房屋建筑、鉆井平臺傾斜等各種變形監(jiān)測中均有應(yīng)用，并取得良好效果。傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括有線和無線兩種，隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將成為主流。這種變形監(jiān)測方法是通過傳感器采集信息，通過有線或無線傳播的方式將信號傳輸給終端設(shè)備即我們所用的計(jì)算機(jī)，然后通過信息分析得出監(jiān)測數(shù)據(jù)從而達(dá)到監(jiān)測的目的。傳感器能采集的信息有溫度、濕度、重量、應(yīng)力、開關(guān)

17、量、距離、形變量，速度、加速度等，采集信息面相當(dāng)廣泛。傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在變形監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用將更加頻繁，意義深遠(yuǎn)。 </p><p>　　此外，三維激光掃描技術(shù)、GNSS定位技術(shù)、地面SAR測量技術(shù)等在變形監(jiān)測中均有廣泛應(yīng)用。 </p><p><b>　　3、結(jié)束語 </b></p><p>　　本文的創(chuàng)作主要為了介紹近年來興起的精密工程測量與變

18、形監(jiān)測測量新方法，以便讀者更能方便快捷的了解各種新測量方法概念和基本應(yīng)用。但因篇幅有限本文對各種測量方法只做簡單介紹，不足之處歡迎廣大讀者批評指正。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 趙吉先，劉榮，鄭加柱，丁克良，聶運(yùn)菊. 精密工程測量[M].科學(xué)出版社, 2010,(01) . </p><p>