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一、變形監測概述

隨著國民經濟的發展，各類土木工程建設項目規模日益擴大，重大工程項目如高聳結構、大跨結構、超高層建筑物、大跨橋梁、隧道、地鐵等日益增多。這些工程具有一些共同特點如規模大、體型復雜、施工周期長等。由于自然條件和建筑物的自重、動荷載、附加荷載、地質勘探不充分、設計錯誤、施工質量差、施工方法不當等的因素的影響，會造成施工階段結構內力的復雜性和終成型結構受力的不確定性。所以在其施工過程中及竣工運營期間進行動態的監測觀測，提供反饋信息，以確保工程建筑物及周邊環境安全。

隨著人們對土木工程施工中監測重要性認識的深入，以及國家有關法規的實施，土木工程監測已經成為繼勘察、設計、施工、監理之后的又一個產業。

變形是自然界普遍存在的現象，它是指變形體在各種荷載作用下，其形狀、大小及位置在時間域和空間域中的變化。

變形監測就是通過對變形體動態監測，獲得精確的觀測數據，對監測數據進行綜合處理，從而對各種工程建筑物在施工或使用過程中的異常變形作出預報，提供施工和管理方法，以便及時采取措施，保證工程質量和建筑物安全的各項工作。其任務是確定在各種荷載和外力作用下，變形體的形狀、大小、及位置變化的空間狀態和時間特征。在工程測量中，具代表性的變形體有大壩、橋梁、高層建筑物、邊坡、隧道和地鐵等。 　　

變形監測的內容，應根據變形體的性質和地質、氣象等情況決定。

對工程建筑物主要觀測水平位移、垂直位移、滲透及裂縫觀測，這些內容稱為外部觀測。為了了解建筑物內部結構的情況，還應對混凝土應力、鋼筋應力、溫度等進行觀測，這些內容常稱為內部觀測，在進行變形監測數據處理時，特別是對變形原因做物理解釋時，將內、外觀測資料結合起來進行分析。 　　

變形監測涉及工程測量、工程地質、水文、結構力學、地球物理、計算機科學等諸多學科的知識，它是一項跨學科的研究，并正向邊緣學科的方向發展。 　　

變形監測工作的意義主要表現在兩個方面：首先是掌握工程建筑物的穩定性，為安全運行診斷提供必要的信息，以便及時發現問題并采取措施；其次是科學上的意義，包括根本的理解變形的機理，提高工程設計的理論，進行反饋設計以及建立有效的變形預報模型，從而更加有效的指導設計、施工。

二、南方SMOS變形監測系統

南方自動監測系統（South Deformation Monitoring System，簡稱SMOS）是基于南方強大的技術力量而研發出的一套針對各種結構物監測的變形監測系統。該系統由分為全站儀自動變形監測系統、GPS變形監測系統和傳感器變形監測系統。具有高精度自動化、數據傳輸途徑自動化和便捷化、數據處理實時化和自動化等特點。

SMOS適用于下列安全變形監測項目

l 結構物健康監測：各種大壩、高大建筑物、橋梁、鉆井平臺、龍門吊、防波堤、遂道等重要結構物和工作平臺的健康安全監測預警；

l 地質災害監測：巖石崩塌、山體滑坡、人工高邊坡、地面沉降、火山活動等造成重大人員和財產損失的安全變形預警監測；

l 非煤礦山監測：尾礦庫、各種礦山高邊坡、采空區威脅到大量人員安全的變形沉降預警監測。

l 其他適合用SMOS技術的監測項目。

南方變形監測系統構成

u 數據采集系統：高精度自動型全站儀、GPS、各類傳感器等；

u 通訊系統：各類數據傳輸電纜、無線電臺、無線網橋等；

u 數據分析、預警系統：南方SMOS軟件。

南方測繪變形監測系統本著 “技術、可靠、經濟實用”的原則為各類建筑物、大壩、礦山提供可靠參考數據，防患于未然。系統的高度集成化、智能化、網絡化將一改傳統監測手段的不足，實時有效的反應監測對象的健康情況，有效的保障群眾的生命安全及財產。

1.SMOS-TS系統

全站儀自動監測系統由高精度自動照準型全站儀、目標棱鏡、SMOS軟件及計算機、通訊模塊四大部分構成。該系統將自動完成測量周期、實時評價測量成果、實時顯示變形趨勢等智能化的功能合為一體，是進行各類建筑物自動變形監測、滑坡監測、地鐵監測、高鐵線路、橋梁、水庫大壩、露天礦開采、礦山尾礦壩等形變監測的理想系統。

技術特點：

v 不需要接觸測點，從而避免了傳統監測方法的缺點，同時具有、快速、省力、數據處理自動化程度高等優點；

v 建立高精度的基準點，采用實時差分式的測量方案，可以大限度地消除或減弱多種誤差因素，大幅度地提高測量結果的精度；

v 簡化了氣象等附加設備，為系統在計算機的控制下實現全自動、高可靠的變形監測，創造了有利條件；

v 在無人值守的情況下，實現全天24小時連續地自動監測；

v 實時進行數據采集、數據處理、數據分析、報表輸出及提供圖形等。

v 在短時間內同時求得被測點位的三維坐標，因此根據設計方案的要求，可作全方位的預報。

v 系統維護方便，運行成本低。

突出優勢

1、全天24h無人值守，對監測點數據進行24小時實時或準實時差分處理，進行變形監測，不會間斷；
2、當系統在意外的情況下崩潰時，在不需移動全站儀的前提下，重新啟動本系統，并打開剛才的監測工程，系統即可加載剛才的所有測量信息，然后在自動測量界面開始自動監測即可，使得一切變得簡單而；

3、支持多個監測站：在監測環境比較特殊的情況下可以使用多個監測站進行監測，也無需再多買幾套軟件節省了投資，而且根據多個測站的觀測數據，同時對多個測站的數據差分處理，提高點位精度和可靠性；
4、通訊方式靈活：根據不同的監測環境可以靈活的選擇有線方式和無線方式。

5、系統自動報警：一旦某個監測點累積形變量超出限差可以馬上通過E-MAIL或手機短消息的方式報警。
6、反射棱鏡價格低廉，有利于增加監測點數，有效的節省投資；
7、可根據自動測量設置，靈活處理自動測量時某些突發事件，例如，目標遮擋后如何處理等；

8、消息框實時顯示監測點三維實測坐標值以及提醒測量過程中出現的錯誤。
9、測量方案,系統組成合理。在監測基準網的基礎上,采用差分處理可消除和減弱各種誤差對測量結果的影響,大幅度提高測量精度并可同時獲得每個變形點的平面和垂直位移信息。
10、自動化程度高,可靠性強，系統可以實現自動監測,并可實時進行數據處理、分析、打印變形曲線圖，報表輸出。

11、監測時間靈活、時效性強，可以根據不同的周期時間進行監測。

12、系統維護方便、運行成本低。

2.SMOS-GPS系統

技術特點：

Ø 可對GNSS雙星原始數據進行實時差分和后處理解算；

Ø 實時顯示基線的變化情況，點位的移動情況等，軟件包括如下視圖：實時數據視圖、實時網圖、趨勢圖、衛星視圖、數據管理、位移過程線等；

Ø 系統可以在不間斷工作的同時，自動化采集靜態數據，并支持處理單頻和雙頻數據；

Ø 對監測站、基站接收機的遠程設置功能；

Ø 系統完備性監測功能，可對整個系統的健康狀況進行監測；

Ø 軟件兼容性強，可以同時處理進口及國內不同廠家的GNSS接收機數據；

Ø 系統具有保存歷史記錄功能，方便數據的查閱以及輸出報表。

突出優勢：

l 高度自動化，數據實時性強

l 觀測點之間無需通視，選點方便

l 觀測不受天氣條件限制，可以全天候監測

l 可同時測定觀測點的三維坐標和位移速率

l 在測程較遠時，精度優于光電測距儀

GPS監測的精度：

Ø 系統2h觀測結果：水平位移精度達到±1mm，垂直精度達到±2mm；

Ø 系統6h觀測結果：水平位移精度達到＜1mm，垂直精度達到1mm；

Ø 系統實時監測精度：水平位移精度優于±3mm，垂直精度達到5mm。

3.傳感器監測系統

傳感器監測系統由各種傳感器組成的采集系統、SMOS軟件、通訊系統組成，該系統能夠實現建筑物內部、外部的應力、應變、位移、傾斜、壓力等連續、精確、自動化的監測。

技術特點：

Ø 代替傳統人工測量方式，實現自動化測量；

Ø 可實現24小時動態連續觀測；

Ø 可多臺傳感器聯合使用，實現高密度觀測，真實反映被測物狀態；

Ø 維護方便。