一、变形监测概述

随着国民经济的发展，各类土木工程建设项目规模日益扩大，重大工程项目如高耸结构、大跨结构、超高层建筑物、大跨桥梁、隧道、地铁等日益增多。这些工程具有一些共同特点如规模大、体型复杂、施工周期长等。由于自然条件和建筑物的自重、动荷载、附加荷载、地质勘探不充分、设计错误、施工质量差、施工方法不当等的因素的影响，会造成施工阶段结构内力的复杂性和终成型结构受力的不确定性。所以在其施工过程中及竣工运营期间进行动态的监测观测，提供反馈信息，以确保工程建筑物及周边环境安全。

随着人们对土木工程施工中监测重要性认识的深入，以及国家有关法规的实施，土木工程监测已经成为继勘察、设计、施工、监理之后的又一个产业。

变形是自然界普遍存在的现象，它是指变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时间域和空间域中的变化。

变形监测就是通过对变形体动态监测，获得精确的观测数据，对监测数据进行综合处理，从而对各种工程建筑物在施工或使用过程中的异常变形作出预报，提供施工和管理方法，以便及时采取措施，保证工程质量和建筑物安全的各项工作。其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小、及位置变化的空间状态和时间特征。在工程测量中，具代表性的变形体有大坝、桥梁、高层建筑物、边坡、隧道和地铁等。 　　

变形监测的内容，应根据变形体的性质和地质、气象等情况决定。

对工程建筑物主要观测水平位移、垂直位移、渗透及裂缝观测，这些内容称为外部观测。为了了解建筑物内部结构的情况，还应对混凝土应力、钢筋应力、温度等进行观测，这些内容常称为内部观测，在进行变形监测数据处理时，特别是对变形原因做物理解释时，将内、外观测资料结合起来进行分析。 　　

变形监测涉及工程测量、工程地质、水文、结构力学、地球物理、计算机科学等诸多学科的知识，它是一项跨学科的研究，并正向边缘学科的方向发展。 　　

变形监测工作的意义主要表现在两个方面：首先是掌握工程建筑物的稳定性，为安全运行诊断提供必要的信息，以便及时发现问题并采取措施；其次是科学上的意义，包括根本的理解变形的机理，提高工程设计的理论，进行反馈设计以及建立有效的变形预报模型，从而更加有效的指导设计、施工。

二、南方SMOS变形监测系统

南方自动监测系统（South Deformation Monitoring System，简称SMOS）是基于南方强大的技术力量而研发出的一套针对各种结构物监测的变形监测系统。该系统由分为全站仪自动变形监测系统、GPS变形监测系统和传感器变形监测系统。具有高精度自动化、数据传输途径自动化和便捷化、数据处理实时化和自动化等特点。

SMOS适用于下列安全变形监测项目

l 结构物健康监测：各种大坝、高大建筑物、桥梁、钻井平台、龙门吊、防波堤、遂道等重要结构物和工作平台的健康安全监测预警；

l 地质灾害监测：岩石崩塌、山体滑坡、人工高边坡、地面沉降、火山活动等造成重大人员和财产损失的安全变形预警监测；

l 非煤矿山监测：尾矿库、各种矿山高边坡、采空区威胁到大量人员安全的变形沉降预警监测。

l 其他适合用SMOS技术的监测项目。

南方变形监测系统构成

u 数据采集系统：高精度自动型全站仪、GPS、各类传感器等；

u 通讯系统：各类数据传输电缆、无线电台、无线网桥等；

u 数据分析、预警系统：南方SMOS软件。

南方测绘变形监测系统本着 “技术、可靠、经济实用”的原则为各类建筑物、大坝、矿山提供可靠参考数据，防患于未然。系统的高度集成化、智能化、网络化将一改传统监测手段的不足，实时有效的反应监测对象的健康情况，有效的保障群众的生命安全及财产。

1.SMOS-TS系统

全站仪自动监测系统由高精度自动照准型全站仪、目标棱镜、SMOS软件及计算机、通讯模块四大部分构成。该系统将自动完成测量周期、实时评价测量成果、实时显示变形趋势等智能化的功能合为一体，是进行各类建筑物自动变形监测、滑坡监测、地铁监测、高铁线路、桥梁、水库大坝、露天矿开采、矿山尾矿坝等形变监测的理想系统。

技术特点：

v 不需要接触测点，从而避免了传统监测方法的缺点，同时具有、快速、省力、数据处理自动化程度高等优点；

v 建立高精度的基准点，采用实时差分式的测量方案，可以大限度地消除或减弱多种误差因素，大幅度地提高测量结果的精度；

v 简化了气象等附加设备，为系统在计算机的控制下实现全自动、高可靠的变形监测，创造了有利条件；

v 在无人值守的情况下，实现全天24小时连续地自动监测；

v 实时进行数据采集、数据处理、数据分析、报表输出及提供图形等。

v 在短时间内同时求得被测点位的三维坐标，因此根据设计方案的要求，可作全方位的预报。

v 系统维护方便，运行成本低。

突出优势

1、全天24h无人值守，对监测点数据进行24小时实时或准实时差分处理，进行变形监测，不会间断；
2、当系统在意外的情况下崩溃时，在不需移动全站仪的前提下，重新启动本系统，并打开刚才的监测工程，系统即可加载刚才的所有测量信息，然后在自动测量界面开始自动监测即可，使得一切变得简单而；

3、支持多个监测站：在监测环境比较特殊的情况下可以使用多个监测站进行监测，也无需再多买几套软件节省了投资，而且根据多个测站的观测数据，同时对多个测站的数据差分处理，提高点位精度和可靠性；
4、通讯方式灵活：根据不同的监测环境可以灵活的选择有线方式和无线方式。

5、系统自动报警：一旦某个监测点累积形变量超出限差可以马上通过E-MAIL或手机短消息的方式报警。
6、反射棱镜价格低廉，有利于增加监测点数，有效的节省投资；
7、可根据自动测量设置，灵活处理自动测量时某些突发事件，例如，目标遮挡后如何处理等；

8、消息框实时显示监测点三维实测坐标值以及提醒测量过程中出现的错误。
9、测量方案,系统组成合理。在监测基准网的基础上,采用差分处理可消除和减弱各种误差对测量结果的影响,大幅度提高测量精度并可同时获得每个变形点的平面和垂直位移信息。
10、自动化程度高,可靠性强，系统可以实现自动监测,并可实时进行数据处理、分析、打印变形曲线图，报表输出。

11、监测时间灵活、时效性强，可以根据不同的周期时间进行监测。

12、系统维护方便、运行成本低。

2.SMOS-GPS系统

技术特点：

Ø 可对GNSS双星原始数据进行实时差分和后处理解算；

Ø 实时显示基线的变化情况，点位的移动情况等，软件包括如下视图：实时数据视图、实时网图、趋势图、卫星视图、数据管理、位移过程线等；

Ø 系统可以在不间断工作的同时，自动化采集静态数据，并支持处理单频和双频数据；

Ø 对监测站、基站接收机的远程设置功能；

Ø 系统完备性监测功能，可对整个系统的健康状况进行监测；

Ø 软件兼容性强，可以同时处理进口及国内不同厂家的GNSS接收机数据；

Ø 系统具有保存历史记录功能，方便数据的查阅以及输出报表。

突出优势：

l 高度自动化，数据实时性强

l 观测点之间无需通视，选点方便

l 观测不受天气条件限制，可以全天候监测

l 可同时测定观测点的三维坐标和位移速率

l 在测程较远时，精度优于光电测距仪

GPS监测的精度：

Ø 系统2h观测结果：水平位移精度达到±1mm，垂直精度达到±2mm；

Ø 系统6h观测结果：水平位移精度达到＜1mm，垂直精度达到1mm；

Ø 系统实时监测精度：水平位移精度优于±3mm，垂直精度达到5mm。

3.传感器监测系统

传感器监测系统由各种传感器组成的采集系统、SMOS软件、通讯系统组成，该系统能够实现建筑物内部、外部的应力、应变、位移、倾斜、压力等连续、精确、自动化的监测。

技术特点：

Ø 代替传统人工测量方式，实现自动化测量；

Ø 可实现24小时动态连续观测；

Ø 可多台传感器联合使用，实现高密度观测，真实反映被测物状态；

Ø 维护方便。