精密工程測(cè)量與變形監(jiān)測(cè)新方法介紹與分析

1、<p>　　精密工程測(cè)量與變形監(jiān)測(cè)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(cè)量及變形監(jiān)測(cè)的新方法，對(duì)這些新的技術(shù)方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹與分析，同時(shí)也為今后使用這些技術(shù)方法的測(cè)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(cè)量技術(shù)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：精密工程測(cè)量、變形監(jiān)測(cè)、

2、無(wú)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(hào)：TB22文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　1、引言 </b></p><p>　　測(cè)量是從人類生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)展起來(lái)的一門(mén)悠久的科學(xué)，是人類與大自然作斗爭(zhēng)的一種手段，可以說(shuō)測(cè)量是伴隨著整個(gè)人類文明的發(fā)展的。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，各種工程建設(shè)

3、對(duì)測(cè)量的技術(shù)手段及方法的要求也越來(lái)越高。現(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(kāi)測(cè)量，不僅僅在建設(shè)過(guò)程中，對(duì)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(duì)其進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)以保證其安全運(yùn)行，以免給國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大損失。而這些工程往往是高科技尖端工程或是國(guó)家戰(zhàn)略工程，對(duì)測(cè)量精度和測(cè)量效率要求極高，普通的測(cè)繪方法根本無(wú)

4、法滿足現(xiàn)實(shí)的測(cè)量要求。 </p><p>　　在此背景下，通過(guò)近年來(lái)無(wú)數(shù)的專家學(xué)者的艱辛鉆研，各種新型的測(cè)量?jī)x器被生產(chǎn)出來(lái)，對(duì)應(yīng)的新型測(cè)量技術(shù)手段及測(cè)繪方法也應(yīng)運(yùn)而生。GNSS測(cè)量技術(shù)、影像全站儀測(cè)量技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)、無(wú)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(cè)量及變形監(jiān)測(cè)提供了有力保障。新的測(cè)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(guò)程中的變形監(jiān)測(cè)提

5、供了堅(jiān)實(shí)的保證。 </p><p>　　2、精密工程測(cè)量與變形監(jiān)測(cè)新方法淺析 </p><p>　　為了便于本文對(duì)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(cè)量、施工實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、設(shè)備安裝測(cè)量及竣工后的變形監(jiān)測(cè)的順序進(jìn)行闡述。 </p><p>　　2.1 精密工程控制測(cè)量 </p><p>　　所謂精密工程測(cè)量，對(duì)控制網(wǎng)測(cè)

6、量要求較高，平面精度保證在毫米級(jí)甚至亞毫米級(jí)，高程精度達(dá)到0.1毫米?？刂凭W(wǎng)精度問(wèn)題，如今的測(cè)量技術(shù)已經(jīng)完全能夠完全滿足要求。 </p><p>　　首級(jí)控制一般采用GPS測(cè)量方法完成平面控制測(cè)量，如今的GPS測(cè)量技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，通過(guò)基線解算測(cè)量精度已經(jīng)能達(dá)到毫米甚至亞毫米級(jí)，并且這已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到各種工程測(cè)量中。高程控制測(cè)量一般還是采用一、二等水準(zhǔn)測(cè)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(jí)。 </p><p>　　在完成首級(jí)控制網(wǎng)后，現(xiàn)實(shí)中還無(wú)法滿足工程需要，我們還需要對(duì)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(cè)法進(jìn)行網(wǎng)觀測(cè)，即全站儀架設(shè)在不同的控制點(diǎn)上對(duì)其他不同點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)，由觀測(cè)基線最終構(gòu)成復(fù)雜的多邊形控制網(wǎng)。我們經(jīng)過(guò)平差，這種方法建立的控制網(wǎng)精度已能達(dá)亞毫米級(jí)甚至更高，能夠滿足眾多精密工程測(cè)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(guò)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(guó)家級(jí)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(cè) </p><p>　　施工過(guò)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(cè)。此時(shí)我們可選擇地面SAR（合成孔徑雷達(dá)）測(cè)量技術(shù)進(jìn)行，地

9、面SAR測(cè)量技術(shù)只需在被監(jiān)測(cè)目標(biāo)附近建立穩(wěn)定觀測(cè)站就可實(shí)行，測(cè)量過(guò)程中能夠精確的反應(yīng)出被監(jiān)測(cè)對(duì)象的局部細(xì)微變化，從而達(dá)到監(jiān)測(cè)效果。此種測(cè)量方法精度已經(jīng)能夠達(dá)到亞毫米級(jí)甚至更高，如IBIS(Image by Interferometric Survey)是基于微波干涉技術(shù)的高級(jí)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其中IBIS-S(Image by Interferometric Survey-Structure)監(jiān)測(cè)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(cè)方法只需被監(jiān)測(cè)對(duì)象不被遮擋， IBIS-S系統(tǒng)能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，遙測(cè)距離動(dòng)態(tài)500米，靜態(tài)能達(dá)1km；IBIS-L系統(tǒng)遙測(cè)距離可達(dá)4km，這樣給監(jiān)測(cè)工作帶來(lái)了許多便利。 </p><p>　　此外這種測(cè)量方法還可以應(yīng)用于地表沉降監(jiān)測(cè)、山體滑坡監(jiān)測(cè)、橋梁精密監(jiān)測(cè)、塔形建構(gòu)筑物監(jiān)測(cè)、高

11、層建構(gòu)筑物監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目。 </p><p>　　運(yùn)用地面SAR（合成孔徑雷達(dá)）測(cè)量技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是能精確的反應(yīng)監(jiān)測(cè)過(guò)程中被監(jiān)測(cè)對(duì)象的細(xì)微變化，缺點(diǎn)是不能精確確定兩個(gè)不同的監(jiān)測(cè)時(shí)段之間被監(jiān)測(cè)對(duì)象的變形量。 </p><p>　　2.3 設(shè)備安裝測(cè)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(wú)誤的進(jìn)行就需要借助精密測(cè)量?jī)x器進(jìn)行?，F(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(gè)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(dòng)時(shí)，跟蹤頭調(diào)整光束方向來(lái)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。同時(shí)，返回光束為檢測(cè)系統(tǒng)所接收，用來(lái)測(cè)算目標(biāo)的空間位置。簡(jiǎn)單的說(shuō)，激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的所要解決的問(wèn)題是靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地跟蹤一個(gè)在空間中運(yùn)動(dòng)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(cè)量誤差和角度編碼器測(cè)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(guò)0.01mm。目前Leica AT901型激光跟蹤儀為世界上較為先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器之一，其測(cè)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(dòng)、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(cè) </b></p><p>　　變形監(jiān)測(cè)的方法很多，這里我們僅對(duì)全站儀自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行介紹和分析。 </p>

15、<p>　　全站儀自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所使用的全站儀為自動(dòng)跟蹤型全站儀，即我們通常講的“測(cè)量機(jī)器人”。這種全站儀能自動(dòng)跟蹤和識(shí)別目標(biāo)棱鏡，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量的基礎(chǔ)。近年來(lái)它被廣泛應(yīng)用到大壩變形監(jiān)測(cè)、隧道變形監(jiān)測(cè)等較為復(fù)雜的變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、全站儀、和若干被監(jiān)測(cè)棱鏡組成，它可通過(guò)計(jì)算機(jī)直接或者遠(yuǎn)程控制全站儀實(shí)現(xiàn)對(duì)被監(jiān)測(cè)對(duì)象的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化高精度監(jiān)測(cè)目標(biāo)。 </p><p>　　近年來(lái)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(cè)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(tái)傾斜等各種變形監(jiān)測(cè)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(wú)線兩種，隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將成為主流。這種變形監(jiān)測(cè)方法是通過(guò)傳感器采集信息，通過(guò)有線或無(wú)線傳播的方式將信號(hào)傳輸給終端設(shè)備即我們所用的計(jì)算機(jī)，然后通過(guò)信息分析得出監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)從而達(dá)到監(jiān)測(cè)的目的。傳感器能采集的信息有溫度、濕度、重量、應(yīng)力、開(kāi)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(cè)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(cè)量技術(shù)等在變形監(jiān)測(cè)中均有廣泛應(yīng)用。 </p><p><b>　　3、結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　本文的創(chuàng)作主要為了介紹近年來(lái)興起的精密工程測(cè)量與變

18、形監(jiān)測(cè)測(cè)量新方法，以便讀者更能方便快捷的了解各種新測(cè)量方法概念和基本應(yīng)用。但因篇幅有限本文對(duì)各種測(cè)量方法只做簡(jiǎn)單介紹，不足之處歡迎廣大讀者批評(píng)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(cè)量[M].科學(xué)出版社, 2010,(01) . </p><p>