形变监测系统方案

基于双频GPS定位技术的大桥实时变形监测系统解决方案引言GPS（全球卫星定位系统）自八十年代中期投入民用后，已广泛地在导航、定位等各领域应用，尤其在测量界的控制测量中起了划时代的作用。正因为是它在静态相对定位中的高精度、高效益、全天候、不需通视等优点，使人们普遍采用其来代替（逐渐地）常规的三角、三边、边角等方法，并在理论、实践中取得了可喜的成果。在精密工程变形监测中也逐步得到广泛的应用。随着社会经济和科学技术的快速发展，造桥技术不断进步，桥梁结构逐步向轻巧、纤细方面发展。与此同时桥梁的载重、跨径和桥面宽度不断增长，结构型式不断变化。传统的变形监测手段越来越不能满足变形监测要求，这就迫切需要性能更可靠的设备来监测大桥的形变。目前，随着GPS技术的不断成熟，GPS自动化监测系统已经在桥梁、建筑、地震、大坝等行业中应用并取得很好的效益。GPS自动化监测系统仪器以其卓越的性能受到专家的好评。目前，采用GPS技术用于桥梁等工程变形监测的手段已经被广泛的应用于世界各地。例如：英国Humber桥的GPS监测系统、日本明石海峡大桥的GPS监测系统、虎门大桥GPS监测系统、青马大桥、汲水门大桥和汀九大桥的GPS监测系统。上海华测导航技术有限公司秉承“振兴中华，测绘天下”的公司理念，利于自身的技术研发优势，自主研发了一整套以GPSensor为核心的变形监测系统，并先后成功应用于润扬大栋东海大桥、阳逻江大桥、上海长江大桥等国家重点项目，实践证明，以GPSensor为核心的实时变形监测系统是一个非常有效的桥梁监测技术，GPS能够与其它传感器完美结合用于桥梁健康监测。1GPS工作原理和应用概况1.1GPS工作原理全球定位系统（GlobalPositioningSystem一GPS）是美国国防部研制组建的新一代的军民两用的卫星导航定位系统。该系统从本世纪七十年代初开始研制，美国政府于1995年4月宣布该系统已组建完毕并投入运行。全球定位系统是美国继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的又一庞大的空间计划。它的出现不仅使导航技术和定位技术产生了根本性的变革，而且对交通运输、空间技术、地学研究、军事等诸多领域及社会生活的各个方面都将产生重大影响。全球卫星定位系统卫星星座，设计由24颗卫星（事实上目前经常保持27至32颗卫星）组成。它们分布间距为60度的6个轨道上轨道倾角55度每个轨道面上均匀分布4颗卫星卫星的地面高度为20200公里。这样分布的卫星星座，可以保证任意时间任意位置的接受机可同时收到4颗以上卫星信号，以便进行瞬时的定位观测。差分是2个或更多个测站之间的相对定位，如图1—1所示，如果A和B两点在同一时间内观测了相同的一组卫星（至少四颗）。而且A是一个已知点，通过某种数据链，把原始改正信息传到B点，那么B点的位置就可以加以确定。1-1差分GPS示意图实施GPS监测的必要性变形监测是桥梁安全监测系统中的关键项目。传统变形监测系统在保证工程正常运行方面发挥了重要作用，但存在如下缺陷：1） 大量采用手工采集数据的方法，自动化测点少，自动化程度低，工作量大，观测易受气候和其它外界条件的影响，容易漏过重要和危险的信号；2） 各监测点的变形量在时间上不是同步的；3） 平面位移和垂直位移数据是在不同的测点上、不同的时间里采集的；4） 精密水准网路线长。利用GPS监测系统对桥梁进行变形监测，能克服传统监测系统所存在的缺陷，精度能满足规范要求，而且可以更全面地了解桥梁各时期的变化，甚至瞬时变化，实现连续观测与数据的自动处理。可以更有效地掌握桥梁的运行状态，及时发现问题，确保桥梁的安全，并为桥梁提供更可靠的安全监测资料。GPS应用概况由于GPS定位技术具有速度快、精度高、全天侯、费用省、自动化程度高等优点，因而近年来在我国也已迅速得以推广。据统计目前我国引进的测量型GPS接收机的数量已超过数千台。GPS定位这一高新技术已在大地测量、精密工程测量、地壳形变监测、石油勘探、资源调查、城市测量等领域内成功地得以应用和普及，极大地推动了上述行业的技术进步。GPS精密定位基本上都是以毫米级精度（在数公里的短边上）和厘米级精度（在数百公里或数千公里的长边上）为目标的。早在1984年美国已在斯坦福粒子加速器的工程测量中采用了GPS定位技术，平差后控制点的平面位置精度为1一2MM，高程精度为2一3MM。90年代初，我国在控制面积和平均边长都要大得多的大港油田地面垂直形变监测网中也采用了GPS定位技术，大地高的测定精度为3.4MM。上述精度可以认为是这一时期利用GPS定位技术进行精密工程测量和大地测量时所能达到的典型精度。98年3月，武汉大学（原武汉测绘科技大学）在清江隔河岩水利枢纽成功地建成了大坝外观变形与高边坡GPS自动化安全监测系统；当年清江流域普降暴雨，长江的防汛形势也极为严峻，为了减轻长江防汛的压力，防汛部门将隔河岩的蓄水位提高到204M，超正常蓄水位4M；防汛部门能作出如此英明决策，是由于利用了高性能的GPS系统，对大坝进行连续观测与数据的实时动态处理，及时地掌握了大坝的运行状态。隔河岩建成的GPS系统定位精度在水平方向为0.5MM，垂直方向为1MM，这一精度水平已在国内居领先地位。事实证明GPS监测技术在隔河岩大坝已取得成功，并在1998年长江全流域特大洪水期间经受了考验，发挥了重要作用。GPS在国内外已建成桥梁健康监测系统中的应用1） 英国Humber桥的GPS监测系统英国的Humber悬索桥全长2220米，主跨1410米，南跨530米，北跨280米（图1—1）。英国诺丁汉大学于1996年使用2台双频GPS接收机，一对甚高频数据链对该桥进行了动态监测试验。该试验以2Hz采样频率，分别测量了中跨1/2、边跨1/2和支撑塔顶的位移。数据处理采用随机RTK软件。该试验显示桥面垂直位移最大为40厘米，大多数时间位移量为15厘米左右，桥面横向位移最大为14厘米，塔顶纵向位移1—2厘米，横向0.5—1厘米。1998年，英国Bmnel大学使用双频GPS接收机对该桥进行了动载和静载试验，采样率为5Hz。本次试验动用5辆货车，进行了若干动、静载试验。结果表明，GPS测量的三维位移结果与该桥的有限元模型的计算结果相当吻合。英国Humber大桥2） 日本明石海峡大桥的GPS监测系统明石海峡大桥是目前世界最长的悬索桥，其跨度全长3911米，中跨为1991米，两个边跨均为960米，如图1—2所示。从1998年开始，采用GPS监测系统对该桥进行连续三维位移测量。该桥安装了3个GPS接收机，分别位于左桥台、中跨1/2和左塔顶，如图1—3所示。因为温度是产生桥面垂直位移的主要因素，为了分析垂直位移与温度的相关性，同时还进行了缆索温度和空气温度测量。试验结果表明，垂直方向位移与温度的相关性在0.97以上，位移与温度的关系为一6.4厘米/度。中跨1/2位移范围为0至168厘米。日本明石海峡大桥日本明石海峡大桥GPS和温度传感器位置3） 青马大桥、汲水门大桥和汀九大桥的GPS监测系统等青马大桥、汲水门大桥、汀九大桥GPS监测系统1.5总结从国内外的有关研究和应用可以看出GPS是一个非常有效的桥梁监测技术GPS与其它传感器结合用于桥梁健康监测已形成了趋势。它的观测方法主要分为两个流派：单基站RTK模式和控制中心实时统一解算模式。目前单基站RTK模式的GPS监测方法在桥梁监测中的常见精度为1到3厘米，数据采样频率一般为1Hz。另外、目前大部分的桥梁监测系统已经做到数据自动传输、自动解算处理、准实时测量结果和测量结果图形演示。利用控制中心实时统一解算模式的监测方法虽然难度较大，但精度较好。本方案中推荐的就是这种模式。随着GPS技术（软硬件及数据处理模型）的不断改善，我们可以预计这一技术将不断改进，例如现在20Hz采样率的GPS接收机已逐渐出现并取代采样率较低的接收机GPS在桥梁监测环境下的精度也会逐渐提高。目前的典型精度为1厘米以内。1.5.1 本监测方法的应用案例1）东海大桥GPS实时监测系统东海大桥是连接海港城与深水港的唯一通道，同时为供水、供电、通讯等需求提供服务，具有特殊重要地位。东海大桥总长约为31km,大桥按双向六车道加紧急停车带的高速公路标准设计，桥宽31.5米，设计车速80km/h[8]。东海大桥包含主航道斜拉桥和颗珠山斜拉桥，主航道桥全长830m，主跨420m；颗珠山桥全长610m，主跨332m。GPS被用来对这两座斜拉桥的实时形变进行监测。东海大桥桥梁结构健康监测系统运用现代传感器与通信技术，实时监测东海大桥桥梁运营阶段在各种环境条件下的结构响应与行为，获取反映大桥结构状况和环境因素的各种信息，由此分析结构健康状态、评估结构的可靠性，为桥梁的管理与维护决策提供科学依据。其中，GPS被用来监测两座斜拉桥塔顶和跨中的实时位移。东海大桥形变监测系统由三部分组成：监测单元、数据传输和控制单元、数据处理分析及管理单元。这三部分形成一个有机的整体，监测单元跟踪GPS卫星并实时采集数据，数据通过通讯网络传输至控制中心，控制中心相关的软件对数据处理并分析，实时监测桥梁的形变，并将监测结果保存到数据库中，以及实时发送给监测终端。监测点和基准站的分布主航道GPS分布副航道GPS分布除上面列举的以外，还有润扬大桥GPS监测系统、阳逻江大桥GPS监测系统、上海长江隧桥GPS监测系统、宁波五路四桥GPS监测系统。1.6系统设计依据GPS监测子系统的技术设计及工程建造依据相关的国家标准和相关行业标准进行，本设计书中所引用的部分技术规范参见下表：技术规范名称编号批准单位年份全球定位系统测量规范GB/T18341-2001国家技术监督局精密工程测量规范GB/T15314-94国家技术监督局1994全球定位系统城市测量技术规程CJJ73-97中国建设部1997UNAVCO基准站建立规范国际UNAVCO组织IGS基准站建立规范国际IGS委员会混凝土结构设计规范GBJ10-89建设部参照规范1.7项目总体设计的原则大桥GPS实时变形监测系统是一个集计算机技术、通信技术、网络技术、GPS技术等高新技术于一体的综合系统工程。为使大桥实时变形监测系统成为一个功能强大并能真正长期用于结构损伤和状态评估，满足桥梁管理和运营的需要，同时又具经济效益的结构健康安全监控系统，本监测系统根据监测区域的地质地貌、工程规模和工程特点，结合国内外发展现状，其设计的总体构想是突出重点，兼顾全面，仪器布置力求少而精，使监测系统形成一个统一的整体遵循如下设计原则：遵循简洁、实用、性能可靠、经济合理的指导思想;系统设置立足实用性原则第一，兼顾考虑科学试验和设计验证等方面因素;可靠性：为确保桥梁安全监测系统能真正发挥应有的作用，系统必须稳定可靠，系统所采集的数据必须准确，必须正确反映各建筑物及其基础在不同时期的变化情况，系统故障率低，发生故障时能及时排除；先进性：数据采集速度快，精度高，系统具备数据快速采集处理、管理和预报等功能。选用稳定可靠且先进的观测设备，实现自动化观测与数据处理；经济性：应尽可能力求功能好而成本低；系统应具有可扩展性。1.8GPSensor的系统结构软件结构GPSensor软件通过网络或串口(RS232，或者CAN总线)获得GPS的原始数据(载波相位和伪距)，对其进行差分处理和滤波，并根据系统设置，实现图形显示、记录、报警、输出、分析。输出的各监测点三维坐标的格式我们会依据客户的要求做相应修改，保证客户端软件正常读取数据。另外软件还提供了一个远程组件，方便用户的二次开发。GPSensor软件结构软硬件平台硬件平台：至强服务器2CPU，2G内存(GPS专用)软件平台：Windows2003数据库平台：Oracle或SQL网络平台：十兆或百兆以太网；GPS所有的应用软件均部署在上述的硬件平台上必须保证软件在正常工作时CPU的平均使用率不超过60%。系统架构整个软件系统技术实现构架图：GPSensor系统架构其中：数据传输中间件可在远程运行，可以封装在用户的应用程序内，是实现数据传输的软件，封装了数据传输的细节。可以实现实时数据发送和反向控制和服务器事件响应基本功能和指标可对GPS原始数据进行实时差分处理，数据更新率可达1Hz、5Hz、10Hz、20Hz；可根据系统参数设置，对不同的监测站的实时差分结果进行Kalman滤波，达到不同的动态要求和精度要求；最多可同时处理多个基站和32个监测站的数据;4） 输入接口协议：RS232、CAN、TCP/IP；5） 输出接口协议：TCP/IP；6） 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、三维视图、数据管理。7） 原始数据、解算结果的自动保存功能，可根据用户需求进行设置；8） 对监测站、基站接收机的远程设置功能，软件上有各个GPS接收机的独立监控模块，可以向GPS接收机发送用户更改参数的命令（如采样间隔、高度截止角等）；9） 系统完备性监测功能，可对整个系统的健康状况进行监测，包括软件和硬件，比如，一旦某个监测站出现死机现象，软件马上会通过数据信号触发的方式实现接收机自动重启；10） 每个监控站的监控范围可根据用户设置，相应的精度可从2毫米到1厘米（具体精度还与所使用的GPS接收机及其天线有关）。11） 回放功能。回放功能分为两个层次：原始数据层，软件记录原始数据后，可以任意截取其中部分数据，并根据原始数据重新解算并回放的功能；历史状态层，即根据所选择的时段，对系统的实际工作状态进行回放。12） 实时的数据采集的延迟不大于1秒。13） 可以调整各个监测站的位置更新率；14）连接数据库，记录用户需要保留的各项信息；记录的内容如下:GPS定位数据坐标；精度（水平和垂直）；PDOP值；使用卫星颗数；解类型。卫星数据卫星颗数；每颗卫星的坐标；每颗卫星的信噪比；每颗卫星的仰角；基线解信息基线向量；基线误差（中误差和相对误差）；比率值；协方差阵。系统状态数据软件本身的工作状态；各个机站的工作状态是否正常；网络连接状态。15） 第三方软件接口，用COM组件的方式实现，可实现远程查询、管理、报警；16） 报警功能，报警项可根据用户要求设定，可通过短信、电子邮件等方式进行报警。17） 权限管理：一般用户只能浏览数据，系统管理员才可能对一些参数进行设置。18） 可靠性：7x24小时持续可靠工作。19） 数据分析功能：根据用户要求，对监控点进行频域和时域分析。实时显示各监测点的点位信息各监测点在某段时间段的平均变化量各监测截面上下游平均变化量的三维实时显示桥面各监测点的实时三维变化两塔顶监测点变化量的实时显示1.8.5GPSensor的特点（与RTK比较）集成了RTK功能的GPSensor软件，除了也能采用RTK方法之外，采用其自身与RTK不同的算法后，还具有如下一些特点。1） 算法相比RTK方法而言，GPSensor的算法具有如下特点：uGPSensor采用采用同时刻（在1微秒之内）的GPS原始观测值进行差分解算；而RTK方法不需要差分改正数和流动站的观测数据保持同步，一般的参考站接收机差分改正数广播更新率为1Hz，因此，一般情况下差分改正数会延迟0.5秒到2秒不等，在特别情况下，流动站能允许1分钟之前的差分改正数参与解算；u GPSensor可以采用扩展的动态非线性Kalman滤波算法进行差分解算。u GPSensor的算法对系统的硬件要求较高，在高性能计算机上运行，而RTK的算法总是由GPS接收机生产厂商提供，固化在GPS接收机内部。2） 精度GPSensor直接应用GPS接收机的原始数据，参考站和流动站的观测数据保持严格的同步，所以，大气层延迟造成的公共误差被最大程度地抵消，GPSensor还采用滤波方法消除GPS动态定位数据中的各种随机误差，是输出的定位结果更符合真实的情况，所以GPSensor根据采用的GPS接收机和GPS天线的不同，可以保证毫米级的定位精度，而通常的RTK接收机动态定位精度为厘米级。3）通讯因为GPSensor仅要求收到GPS接收机的原始观测数据，所以，原则上，应要求软件（服务器）与GPS接收机之间仅要求实现单向通讯。而通常的RTK方法，要求参考站和流动站之间进行通讯，又要求流动站和数据中心之间进行通讯。下图是在采用串行端口GPS接收机进行网络监控的情况下，GPSensor和RTK方式需要建立的数据通讯链路示意图：RTK方式下的数据通讯由图可见，RTK方式下，差分改正数和定位结果需要进行多次传输，上图中，一个监测点的差分数据发送到数据中心，需要进行3次串口数据传输，两次网络数据传输。GPSensor方式下的数据传输由图可见，在GPSensor方式下，流动站的原始数据仅需要一次串口数据通讯和一次网络数据通讯，就可以到达数据中心，参考站可以直接与数据中心服务器相连。4） 系统可靠性RTK通常应用于测量、高精度导航等，对于RTK接收机而言，如GPS信号发生失锁那么接收机需要重新初始化，求解整周模糊度，从而造成短时间隔内不能正常输出厘米级定位解。而GPSensor专为变形监测而设计，适用于桥梁、大坝、矿区、滑坡等的变形监测，软件能长时间持续可靠工作，诸如RTK经常需要重新初始化等缺点在GPSensor里并不存在。GPSensor软件运行在数据中心的计算机上，整个计算功能可以设计成冗余模式，增加系统的可靠性，而RTK方法不能实现类似的功能。5） 结论u通过上面的介绍，我们可以对GPSensor软件的各项性能和特点有了一个粗略的了解，其中，特别是GPSensor对数据通讯的要求较低；同样的数据，GPSensor可以获得更高的精度；GPSensor可以实现比RTK方法更高的可靠性。2 技术服务与系统维护系统的安装、调试本系统核心软件必须在约定时间内开发完成，软件开发完成后乙方派技术人员到现场安装及调试，并进行与本系统有关的必要的技术培训。在安装调试的过程中，乙方必须出示安装、调试大纲、流程以及技术指导书，同时密切和甲方配合，在施工现场必须遵守安全施工的有关规定。免费保修承诺所有产品保修期为两年。保修期内，非因用户人为原因造成的产品故障，公司均有义务免费维修，并在维修期间向用户免费提供备用产品，以确保不延误用户生产和科研。如在保修期内，产品多次发生故障，合计维修时间（不包括在途时间）超过30天，公司将为用户更换同型号产品。保修期自公司开具发票之日起计算，保修期满，用户仍享受免费维修服务，如需更换元器件，用户需支付元器件成本费。专业软件免费升级承诺用户享有终生免费软件升级权利，软件升级指厂方为改进和完善产品的系统和操作而进行的版本升级。技术培训承诺设备安装所在地为用户方人员提供技术培训，培训人员的人数和培训时间用户方确定。培训计划应包括以下内容：1） 设备的工作原理和技术性能。2） 设备安装、测试。3） 设备维护、操作等。乙方培训效果及提供以下必要的培训资料、文件和设施：1） 乙方负责对用户进行全面的技术培训，使用户达到能独立进行管理、维护和故障处理等工作，以便用户所使用的硬件、软件产品能够正常、安全地运行。如果甲方在短时间内不能完全接受系统所有内容，乙方有义务多次讲解；2） 乙方的培训对象为系统使用的系统管理员、系统操作员，乙方需提供培训教材。3） 技术培训内容及时间安排：乙方负责派出具有工程师以上职称并具有教学经验的教员，在用户方指定地点、时间提供免费（讲义、资料）培训服务。技术服务承诺乙方为甲方提供每周7天，每天24小时电话服务和EMAIL咨询服务；对于系统产生的任何问题，我公司承诺响应时间为4小时，24小时内解答客户疑问。本系统运行三个月后，公司将于双方均感方便之时到用户单位回访，与用户探讨深层次技术问题，征求用户对本系统和服务的意见，从而使本系统得到改进与完善。维修服务承诺对于所投标的产品，提供终身维修服务，保修期内的维修（如果非人为的因素）提供免费维修。如保修期内设备出现故障，乙方将在4小时内通过电话、传真进行技术维修支持，如无法排除，乙方在一周内提供备件等方式并由合格技术人员指导下排除故障。超过保修期的维修承诺对超过保修期的设备，厂家提供维修或提供相应的维修备件，收费仅限于基本材料费及相应杂费。配合使用者进行二次功能性开发提供一切必要技术支持的承诺对于用户要进行二次功能开发，我们公司提供全面的技术支持，可以提供二次开发数据结构的源代码。定期向供产品升级和更新信息承诺所投标产品如果厂家有升级和更新的信息，上海华测公司承诺在第一时间通知用户，并每隔一个月主动和用户进行电话交流。南方测绘变形监测系统（SMOS）解决方案引言变形监测是为了监视变形体点位移动状况而进行长期、重复的测量工作，其关键在于提取变形敏感部位和各观测周期的变形点的形变信息，对提取的变形信息进行分析、解释，按照一定的数学模型进行合理的预测及预警。GPS测量技术用于生产作业，其作业模式从静态测量，快速静态测量，后处理高精度动态测量，发展到动态初始化（OTF）厘米级实时RTK测量作业。目前厘米级实时RTK技术以其高效、可靠和适用性强等诸多优点已经被用户所接受，并广泛应用于各种测绘生产作业。RTK技术优势主要体现在以下几点：野外可实时获得最终坐标，野外质量控制，室内工作量少，野外生产效率高，精度（1-2cm），用途广，如：放样，公路施工，机械引导等等。在科学技术飞速发展的今天，GPS卫星定位、导航技术与现代通信技术、计算机技术相结合，在空间定位技术方面引起了革命性的变化，大大拓宽了它的应用范围。而在变形监测领域，在过去很长的一段时间里使用常规光学和电子测量仪器进行监测的方法占据着主导地位，由于GPS测量具有高精度的三维定位能力，与传统方法相比较，应用GPS不仅具有精度高、速度快、操作简便等优点，而且利用GPS卫星定位和导航技术、现代通讯技术、计算机技术及数据处理与分析技术进行集成，还可实现对变形体的全自动化、实时监测。南方测绘多年以来致力于GPS技术的研发及GPS终端产品的生产，已发展为行业的领导者。在系统集成方面也是硕果累累，宜昌NRS系统的成功应用启动了CORS系统国产化进程，而后南方NRS系统以其稳定的性能、高性价比为不同精度要求的用户提供了便利的定位和导航服务。如今南方测绘已经在全国范围内建了超过500个CORS基站，NRS技术也已经被批准列入国家“863计划”。作为CORS系统的发展应用的热点，南方测绘研发出了GPS变形监测系统SMOS（SOUTHMonitorSystem）。解决方案先从硬件结构上介绍南方变形监测系统，然后详细介绍南方最新变形监测系统软件SMOS，最后就南方以往实施的项目中总结的经验给出一些建议和展望。一、南方测绘变形监测系统（SMOS）结构1、系统结构总体介绍南方变形监测系统由四个子系统组成：前端数据采集子系统、数据传输子系统（数据通讯）、数据处理分析及管理子系统（控制中心），辅助支持子系统。四个子系统形成一个有机的整体，前端数据采集子系统跟踪GPS卫星并实时采集数据，数据由数据通讯网络传输全控制中心，控制中心软件对数据处理并分析，实时监测变形体的位移情况。系统整体拓扑如下：图1监测系统整体拓扑图2、各子系统介绍（1）前端数据采集子系统前端数据采集子系统由GPS接收机及天线、馈线、电源等组成。GPS接收机采用高精度进口主板，同时采用大地形扼流圈天线，其能够有效抑制多路径效应的影响，结合不妥协的稳定的相位中心（小于0.8mm）且可以抑制射频干扰使系统更可靠。（2）数据传输子系统数据传输子系统：数据传输是整个系统的大动脉，只有数据畅通稳定的传输才能够保证系统的正常运行，保证数据解算的精度。数据传输的方式可以分为两类：1）有线通讯。有线通讯目前有多种接入技术。从数据传输稳定性、成本、维护等角度考虑，使用光缆作为媒介无疑是最理想的。使用光纤作为监测系统数据传输的介质，既能有效保证数据采集端与控制中心数据通信的带宽和质量，又能为系统拓展提供充足的带宽储备，还能方便监测系统组网。带宽宽，传输距离较远，传输速度不受距离的限制，传输介质物理性能稳定，不受电磁干扰，因此光缆在监测工程项目中得到广泛的应用。2） 无线通讯。无线通讯我们最常用的有无线局域网（WIFI）技术，GPRS/CDMA，蓝牙技术、ZigBee等。根据监测点到控制中心的距离及传输的数据量选择适当的无线传输方式。一般的监测点的分布范围从几百米到几公里远，WI-FI通讯技术从性能、带宽、传输距离是比较适用于监测系统的。而GPRS/CDMA和现在发展得如火如荼的3G通信技术，由于其传输不受视距及距离因素影响而倍受青睐。但其依赖于信号基站，因此在偏僻山区并不适用。接收机提供了RS232、TCP/IP多种协议数据接口，方便选择不同的通讯设备。可以根据现场情况确定最佳的通讯方式。3） 数据处理与控制子系统：由监控中心的服务器系统及监测软件、SQLSever2005等组成。变形监测系统整个体系是以数据处理与控制子系统为中心节点的星型网络。各监测站作为系统网络的子节点。应该说控制中心是整个系统的心脏，它的结构与性能也会直接影响整个系统的运行与可靠性。4） 辅助支持系统：包括外场机柜、外场机箱、配电箱及UPS、防雷和远程电源监控、报警装置等组成。辅助支持子系统是整个监测系统中不可或缺的重要组成部分，外场机柜、仪器保护箱等对安装在野外的设备起到防水、防尘、防盗等作用°UPS保证了系统运行的连续性，稳定性。防雷设备也起到至关重要的作用，一般的设备安装在野外，雷击对电源电路，GPS接收机内部电路，通讯电路等破坏比较严重，雷雨过后需要更换大量的电源板、通讯模块等，因此防雷设备是非常重要的。二、南方变形监测系统软件SMOSSMOS软件是南方测绘在VisualC++环境下编写的高精度变形监测系统软件，软件实现了数据处理、地图表现、数据库建立、图形管理和成果输出功能。软件系统软件技术实现构架图如图2：图2SMOS构架图1、SMOS功能设计（1）系统可以连续、自动、实时地完成监测对象外部变形数据的采集及处理;（2） 控制中心根据处理的数据，实现分析、过程线图形绘制、判断、预测、报表打印和WEB发布；（3） 数据通过互联网或者GPRS/CDMA等无线通信技术转发其他分管中心或者上级单位，分管中心数据与现场控制中心的数据完全一致；（4） 系统设置用户权限，一般用户可以对数据进行查询、浏览、历史数据回放等操作，而不能更改系统参数。而只有系统管理员才能对系统进行全权管理；（5） 参考相关标准规范及经验数据，为变形体设置预警值，实现超限报警功能。2、SMOS特点（1） 算法先进，精度更高较传统RTK算法，SMOS有如下特点：SMOS采用同时刻（在1微秒之内）的GPS原始观测值进行差分解算；而RTK方法不需要差分改正数和流动站的观测数据保持同步，一般的参考站接收机差分改正数广播更新率为1Hz，因此，一般情况下差分改正数会延迟0.5秒到2秒不等，在特别情况下，流动站能允许1分钟之前的差分改正数参与解算；SMOS可以采用扩展的动态非线性Kalman滤波算法进行差分解算。SMOS的算法对系统的硬件要求较高，通常在高性能计算机上解算，而RTK的算法是由GPS接收机生产厂商提供，固化在GNSS接收机内部；静态解算则需人工干预，一般采用双差固定解的方式。（2） 兼容性高SMOS软件提供多种格式数据接入，以及提供第三方软件数据接口。软件可兼容进口及国产主流GPS接收机，最高可支持20Hz频率接收机。（3） 系统可靠性RTK通常应用于测量、高精度导航等，对于RTK接收机而言，如GPS信号发生失锁，那么接收机需要重新初始化，求解整周模糊度，从而造成短时间隔内不能正常输出厘米级定位解。而SMOS专为变形监测而设计，适用于桥梁、大坝、矿区、滑坡等的变形监测，软件能长时间持续可靠工作，诸如RTK经常需要重新初始化等缺点在SMOS里并不存在。SMOS软件运行在控制中心的服务器上，整个计算功能可以设计成冗余模式，增加系统的可靠性，而RTK方法不能实现类似的功能。SMOS集成WEBSERVER，可以在远程PC端查看各基站在线情况，方便管理、及时查看各站当前情况。数据库采用安全可靠的MSSQL2005,实时保存解算成果，方便用户查询数据，并具有用户权限管理，只有最高权限用户方可对数据进编辑及修改。软件具有参数转换功能，根据客户提供现场坐标参数进行转换。SMOS还可以查看各个天线实时的卫星情况，信噪比示意图等。三、结论和建议实际工程中为保证GPS测量的正常进行和定位精度，一般监测点的点位选择自由度较低，从我们实施过的项目中发现，某些关键部位的监测点卫星遮挡情况比较严重，导致锁定卫星数目不足或者数据受到干扰等不良影响，而这些点又在关键部位，是不得不进行监测的。鉴于以上情况，我们可以选择双星系统(GPS+GLONASS)的接收机进行监测，它有效解决了GPS在遮挡情况比较严重的情况下出现观测卫星较少，每颗卫星连续的时间短，导致整周模糊度无法固定。加入GLONASS卫星数据后，卫星数增加，几何图形改善，因而定位精度也有所提高。同时为了增强系统的可靠性，建议建立两个参考站。南方变形监测系统软件SMOS支持多个参考站，进行双重检核。如果其中一个参考站出现通讯故障，另外一个参考站可作为备份对任何基线组合进行处理。在中心服务器上安装NRS系列软件，在服务器可以接入互联网的条件下，基站可以为移动终端提供差分服务。南方测绘变形监测系统适用于大桥、水库大坝、高层建筑物、崩塌滑坡等需要进行建构健康监测及可能造成重大损失和人员伤亡的形变体。由于其全天候工作、自动化观测，数据的采集、传输、处理(包括分析、管理)无需人为十预、成果精度可靠、超限自动报警，因此具有传统监测方法无法比拟的优势。变形监测系统作为相关管理部门灾害预警系统的一个分支，其监测成果为领导人做出正确决策提供有力依据，同时提高管理部门处理突发事件的能力，为减轻灾害对人民生命和财产安全造成的重大损失有着重要的意义。中海达高精度变形监测预警系统中海达高精度变形监测预警系统是中海达高精度GNSS技术与中海达ZNetMonitor高精度变形监控预警服务器软件相结合的综合变形监测分析预警系统。中海达高精度变形监测预警系统具有目标明确、结构简单、流程清晰、功能完备等特点，解决方案因地制宜、具有鲜明的针对性，系统在确保监测功能及精度性能的前提下，充分考虑工程的实际条件并兼顾工程投资的经济性，最大程度实现客户的既定要求。系统数据可靠、运行稳定，既能准确表达监测点的工作状态，也能对相关数据进行分析并提出初步风险评价，还能多渠道多形式适时分级发布预警信息，为运行单位随时随地掌握工程结构安全和决策部门在关键时刻的决策分析提供了坚实的技术支持与信息参考。中海达高精度变形监测预警系统技术成熟、稳定经济，目前已成功应用于滑坡地质灾害监测、矿山边坡变形监测、尾矿坝变形监测、矿山采空区沉陷监测、水库大坝变形监测、堤防渠道变形监测、深基坑及周边影响区变形监测、大型桥梁健康监测、高层建筑及大型场馆健康监测等领域，应用前景十分广阔。应用领域安全监测：滑坡监测、大坝监测、沉陷监测健康监测：大型桥梁监测、大型场馆监测、高层建筑监测痕移监测：板块漂移监测、冰川运动监测行业优势相对传统测量手段，运用GNSS技术进行变形监测具有非常明显的优越性，主要优点如下：■观测站之间无须通视，并且不要求网形具有良好的几何结构，点位选择更加灵活。■观测误差不会被积累，各监测点观测精度分布均匀。■操作简便，无需进行手工重复劳动，可以节省大量人力物力。■定位精度高，即使在极短基线条件下其相对定位精度仍可达1X10-6。■响应快速，可实现短基线快速定位，定位观测时间仅需数分钟。■可全天候作业，真正实现连续实时观测，特别适合变形监测和高频动态监测。■可直接提供三维坐标及其绝对或相对变化量，没有量程限制，这是传感器类、声纳类、光波类、影像类、频普类监测手段不可比拟的。■自动化程度高，可以完全实现远程监测、远程控制、远程数据下载与共享，方便实现预警信息发布。系统结构中海达高精度变形监测预警系统是由：①数据采集系统、②数据传输系统、③数据处理系统、④分析预警系统、⑤综合管理系统等五个子系统组成，其中综合管理系统是服务器软件管理中心，数据处理系统是GNSS数据解算中心，分析预警系统是监测数据分析预警中心，也是中海达高精度变形监测预警系统的核心。综合管理系统（控制中心）：1、数据采集系统一一设备自检数据采集远程控制2、 数据通讯系统一一线路检查数据传输远程下载3、 数据处理系统——基线解算坐标计算精度估算4、 分析预警系统一一曲线生成监测分析预警发布系统管理用户管理数据管理综合管理系统：可有效进行用户管理、数据管理、系统运行管理，确保系统安全和数据安全，可方便进行参数设置、状态本地/远程浏览、数据本地/远程下载以及数据共享等。数据采集系统：中海达采集系统关键设备采用高精度进口主板，确保数据采集准确。数据采集系统一般由基准站、监测站以及包括野外电源和防雷系统组成的保障支持系统组成。数据传输系统：中海达数据传输系统可采用RS232、专线有线/无线Modem、TCP/IP、GPRS无线、CDMA无线、UHF无线电台等方式，组建方便灵活。系统不仅支持野外就地拖拽式数据下载，还能实现远程实时数据流传输和文件包下载。数据处理系统：中海达数据处理系统可进行长时间连续实时数据处理，数据解算采用先进的卡尔曼滤波集成单历元整数解算法，轻松达到毫米级定位精度，确保系统运行稳定及数据的可靠性。分析预警系统：中海达监测预警系统的数据分析处理能力非常强大，分析角度多、手段丰富，能计算三维位移分量及各向变形速率，自动生成变形历时曲线、变形分布图和多因素相关图；能根据实地地形数据生成三维仿真图形，并生成变形场等高图和渐变色谱图以及变形场任意剖面图；能综合其他监测数据进行初步分析与简单评价；能根据预设警界值进行风险断别，实时以短信或屏显等形式进行多渠道状态信息发布，紧急状态还能适时多渠道多形式进行预警信息播报（发布渠道包括运行技术人员、单位领导、上级管理部门信息中心等，形式包括短信、语音电话、警报声音、大屏幕显示等）。系统特点中海达高精度变形监测预警系统在具有行业通用优势外，还具有以下特点：数据采集快：完全实现高达20Hz连续高速精密数据采集；监测精度高：算法先进，能运用小波精密分析法对数据进行分析处理，实现单历元毫米级高精度连续解算；硬件层次少：系统组成简单、结构清晰、运行稳定、维护方便；分析手段多：能计算三维位移分量及各向变形速率，能自动生成变形历时曲线图、变形分布图、多变量相关图，能根据实地地形数据生成三维仿真图，并能生成实体变形场等高图或渐变色谱图以及变形场任意剖面图；信息发布快：能对变形监测数据进行初步分析与简单评价，并根据预设警界值和实测值进行判别，能及时进行多渠道多形式预警信息或状态信息发布，随时随地掌握运行状态，真正实现远程监控和无人值守；应用范围广：本监控系统不仅能应用于滑坡等地质灾害监测，也能在高边坡、高剪力墙、港口、船坞、矿山、水库大坝以及江河堤坝监测、大型桥梁场馆和高层建筑健康监测中广泛应用。系统产品VNet系列分体式GNSS接收机中海达VNet系列GNSS接收机是国内最先进的分体式监测型GNSS接收机。产品的硬件和软件设计更适合长期、持续、稳定、精确的监测工作要求，具有传统GNSS接收机无法比拟的优势。■稳定低功耗的嵌入式ARM系统■开放稳定的Linux操作系统■支持所有GNSS信号接收■高精度测量技术■高速的数据更新率■六种数据传输模式■海量数据存储、数据下载、数据流传输■方便的网络远程访问■宽电压多模式供电VNet6静态精度：平面：±(2.0mm+1x10-6D)高程：±(4.0mm+1x10-6D)数据更新率：20HzVNet3静态精度：平面：±(2.5mm+1x10-6D)高程：±(5.0mm+1x10-6D)数据更新率：10HzHD8200N型一体式智能静态接收机HD8200N型一体式智能静态接收机是中海达十年GNSS技术积累和上万客户应用体验的经典之作。■一体化设计■性能稳定■操作简便■全能通讯■智能语音技术■项目化文件管理HD8200N静态精度：平面：±(2.5mm+1X10-6D)高程：±(5.0mm+1X10-6D)系统软件ZNetMonitor软件是中海达高精度GNSS监测站系统服务器软件，是HD-AMWS系统(AccurateMonitoringWarningSystem高精度监控预警系统)的核心软件。软件界面清晰、功能强大、可扩展性强，还可根据用户实际需要进行定制开发。功能■具有远程数据传输、远程状态浏览、远程系统设置以及数据管理、用户管理、安全管理等功能；■能进行超短基线解算、已知点符合归算、坐标计算、精度估算；■能计算三维位移分量及各向变形速率；■能自动生成变形历时曲线图、变形分布图和多因素相关图；■能根据实地地形数据生成三维仿真图，并能生成实体变形场等高图或渐变色谱图以及变形场任意剖面图；■能结合相关因子原型观测数据和变形监测数据进行初步综合分析与简单评价；■能根据预设警界值进行风险断别，适时以短信、屏显、广播等多渠道多形式进行状态信息发布和预警信息播报。方案设计设计流程中海达高精度变形监测预警系统采用循序渐进式的方案设计流程，形成的方案更加契合工程现有条件和实际需要，解决方案的每一个细节都能体现“量体裁衣”式的设计理念。主要内容中海达高精度变形监测预警系统方案能充分把握客户的既定需求，做好监测范围的整体规划和断面设计，优化监测项目设置和系统结构，在平衡好工程经济性的同时确定系统的最佳技术指标，并能根据工程总体需要定制开发系统软件，最大程度地发挥系统功能，完美实现工程的总体目标。中海达高精度变形监测预警系统方案设计的主要内容有：■工程条件分析■总体目标设计■功能模块设计■监测系统布置■技术指标设计■设备选型设计■系统可行性分析■系统经济性分析■工程实施计划典型方案定期经济型系统配置:8200N型一体式智能静态卫星接收主机+网络服务器实时监测软件。适用范围：小型监测项目、采取固定观测墩、定期间断性观测的方案。例如：边坡变形监测、深基坑变形及其周边沉降监测等项目。方案特点：精度高、成本低、系统简单、观测方便，监测仪器用完后还可兼用于其他工程。分体网络型1系统配置：VNet3精密监测型卫星接收主机+专业大地测量型天线+网络服务器实时监测软件。系统特点：监测部分采用分体式主机、扼流圈天线、即插即用式网络数据传输技术。野外监测部分便于安装维护。系统精度高、稳定性好。适用范围：滑坡监测、大坝监测、矿山监测、桥梁监控，大型永久性监测网。永久基站型系统配置：将单/双频静态卫星接收主机长期固定安装在观测站、利用GPRS（或网络光纤数据传输）进行观测数据的传输、经过网络服务器监测软件定期进行数据综合处理。适用范围：长期固定安装条件和监测需要的项目，工程造价相对较高，系统运行稳定，采用双频静态GPS天线和主板，精度高。例如：大坝变形监测、尾矿坝、矿山沉降变形监测等重大型监测项目。分体网络型2系统配置：VNet6精密监测型卫星接收主机+扼流圈天线+GPRS数据传输（或网络光纤）+网络服务器实时监测软件。系统特点：监测部分采用分体式主机、扼流圈天线、即插即用式网络数据传输技术。野外监测部分便于安装维护。精度高、系统稳定性非常好。适用范围：滑坡监测、大坝监测、矿山监测、桥梁监控，大型永久性监测网。经典案例中海达高精度变形监测系统在东莞凤岗滑坡监测中的应用项目背景广东省东莞市凤岗镇滑坡，滑坡体顺坡长约100米、上口宽约40米、下口宽约200米，平均厚度约20米，整个滑坡体体积约20余万立方米。该滑坡全景图如上：因该滑坡对周边住宅楼、厂房及道路交通形成严重威胁，政府部门对此高度重视，采用中海达高精度变形监测预警系统对设置在滑坡体中上部的两个监测点进行长期变形监测，由本系统对监测数据进行处理分析、状态预测与预警信息发布。方案设计1.1整体目标设计本监测系统能进行长期、稳定、不间断运行；长时间观测精度水平方向不低于3mm、垂直方向不低于6mm；具有远程数据传输、远程状态浏览、远程系统设置、数据管理、用户管理等功能；能进行超短基线解算、坐标计算、精度估算；能自动生成变形历时曲线；能计算三维位移分量及各向变形速率，能根据预设警界值进行自动比较判断并适时发布预警信息，能对变形数据进行初步分析与简单评价。1.2功能模块设计本系统主要功能模块分为数据采集、数据传输、数据处理、监测分析、曲线生成、系统管理、用户管理、数据管理、报表管理、信息发布等。其中数据采集主要为硬件模块，数据传输为硬件软件接合模块，其它为软件模块。1.3系统结构设计本监测系统共设置1个远程数据中心及控制管理中心、1个基准站、2个监测站。根据实地踏勘，将基准站选在全策电子公司大楼顶部，周围视野开阔，无高层建筑物遮挡，附近无大型无线电发射装置及能产生多路径效应的大面积水域等设施，高压线也在有效影响范围之外；监测站则根据具体监测需要，将一个点布置在滑坡体的中上部，另一个点则布置在滑坡中下部隆起的滑坡台阶上；考虑到系统长期运行的需要及系统安全需要，在系统中还设置了三套太阳能供电系统、三套防雷电系统和接收机保护装置，而系统采集端的数据传输方式均采用GPRS无线传输方式。整个系统的组成结构及其运行流程如下图所示：1.4设备选型设计根据系统整体目标及技术指标的要求，我们对系统中的主要仪器设备进行如下选型：一、主要硬件采用AT-1200型专业大地测量型单频GPS天线及中海达VNet3专业分体式GPS接收机，能有效接收现有GPS卫星信号，其静态定位精度为平面2.5mm、垂直5.0mm，完全满足系统要求。中海达VNet3接收机是基于Linux操作系统内核开发的真正的多用户、多任务、多平台操作系统，系统稳定性强，管理功能和网络功能强大，体积小、功耗低（仅4.6W），适合长期无人值守连续监测，它具有独立的12个并行通道，支持数据更新率高达20Hz，支持UHF无线电台、宽带接口、TCP/IP、FaxModem、数据专线Modem、内置GSM/CDMA/TDMA无线通信功能、互联网或内联网及无线网络、蓝牙等多种通信方式。二、系统软件采用“中海达ZNetCaster网络数据服务器软件”，该软件是基于“BCT”概念研发的新一代网络服务器软件，采用了著名的LAMBDA算法和卡尔曼滤波方法进行严格实时平差，提供真正的网解，系统采用模块化设计，具有参考站（监测站）参数设置、运行状态监控、用户管理、数据管理、数据解算、坐标平差、监测分析、报表打印、事件报警、信息发布等功能模块。其中监测分析预警子系统功能十分强大，能计算三维位移分量及各向变形速率，能自动生成变形历时曲线和变形分布图以及相关图；能根据相关参数进行警界判定并适时进行预警信息发布。项目实施本项目自2009年8月10日起正式进入实施阶段，整个实施过程分为前期的现场踏勘、测试阶段和中期的建站、安装、调试、联测阶段以及后期的试运行、运行阶段。工程实施总共历经20几天，实行全过程质量控制，确保了整个工程系统的施工质量。安装后的基准站如下图所示：系统运行自从硬件系统安装完成、软件系统调试正常后，整个系统包括野外电源保障模块、数据采集模块、数据无线传输模块、数据处理模块（数据解算及精度估算）、监测成果分析模块、报表生成模块（包括历时曲线和成果表等）、信息发布模块以及系统管理、用户管理、数据管理等模块均运行正常，数据完整、成果可靠，完全实现了实时采集、实时传输、实时监控、远程浏览、远程控制等功能，是真正做到了无人值守的放心系统，整个系统完全满足解决方案的整体要求。系统服务器运行状态如下图所示：综合评价中海达为广东省东莞市凤岗镇滑坡监测工程定制的GPS监测系统解决方案目标明确、结构简单、功能完备、流程清晰，整个方案因地制宜、具有鲜明的针对性。系统设计方面既考虑了监测功能及精度需要，也兼顾了工程投资的经济性。目前整个系统运行良好、数据可靠，能够准确表达监测点的工作状态，为运行单位及相关部门随时随地掌握滑坡信息提供了放心的平台。项目运作流程图变形监测预警系统应用案例广东东莞凤岗滑坡GPS监测工程、重庆万安奉节滑坡GPS监测工程、新疆克拉玛依某明渠GPS监测工程、陕西渭南某竦矿尾库监测工程、湖北咸宁多个水库大坝监测工程、广州某大桥桥梁健康监测工程现代变形监测技术的发展与展望随着现代科学技术的发展，变形监测的技术手段，逐渐形成多层次、多视角、多技术、自动化的立体监测体系。以RTS（自动全站仪、测量机器人）为代表的现代测量技术，逐步取代以经纬仪、全站仪为代表的常规测量技术，成为主要的地面监测技术手段。以测斜仪、分层沉降仪、光纤传感器等为代表的地下观测监测技术，已实现数字化、自动化。以GPS（全球定位系统）、差分干涉合成孔径雷达（D-InSAR）技术和机载激光雷达技术为代表空间对地观测技术，正逐步得到发展和应用。同时有线网络通讯、无线移动通讯、卫星通讯等多种通讯网络技术的发展，为工程变形监测信息的实时远程传输提供可靠的通讯保障。在监测分析方面，利用GIS的数据管理与分析功能而开发的专家系统对采集到的各种大量信息进行有效快速分析与处理。地面观测监测技术在地面上设站，测量变形体的变化，通称地面观测监测技术，主要以经纬仪、全站仪、引张线、激光扫描仪、摄影测量等技术为主。目前地面观测技术的主要发展为测量机器人和激光三维扫描技术。1.1自动全站仪监测技术自动全站仪俗称测量机器人(RoboticTotalStationSystem)，自20世纪九十年代面世以来，已在众多自动化监测工程、高精度控制测量中广泛使用。针对不同的监测对象和要求，自动全站仪可组成以下的监测方式。移动式监测方式：利用短通讯电缆(1—2米)将便携计算机与全站仪连接，由便携机自动控制全站仪进行测量；或者直接将控制软件安装在自动全站仪内部，控制全站仪测量。移动式监测方式成本低，已应用在上海磁悬浮工程、南水电站大坝监测等工程的外部变形监测中。固定式持续监测系统是将全站仪长期固定在测站上，如在野外需在测站上建立监测房，通过供电通信系统，与控制机房内的控制计算机相连，实现无人职守、全天候的连续监测、自动数据处理、自动报警、远程监控等，该类系统主要包括单台极坐标在线模式、多台空间前方交会在线模式、多台网络模式等。单台极坐标持续监测方式，配置简单，设备利用率高，但监测范围较小，无法组网测量，要达到亚毫米级精度必须采取合理的测量方案和数据处理方法。特别适用于小区域(约1km2内)，需实时自动化监测的变形体的测量。目前该模式已在新疆三屯河水库大坝、港口湾水库大坝、明珠线二期南浦大桥、小浪底大坝、广州地铁等进行了很好的应用。空间前方交会主要采用距离空间前方交会，以三边或多边交会法确定监测点的三维坐标，采用此模式的主要意图是利用高精度的边长，获取高精度的点位。采用三边交会系统已应用在五强溪大坝监测中。多台网络模式是将多台测量机器人和多台或一台计算机通过网络、通讯供电电缆连接起来，组成监测网络系统。其主要技术手段、管理方式和单台极坐标在线模式一致。1.2地面三维激光扫描测量技术激光雷达LIDAR(LightDetectionandRanging)是通过发射红外激光直接测量雷达中心到地面点的一项技术。同样使用极坐标测量原理，该仪器与全站仪最大的不同，是应用无合作目标测量方式实现从全站仪点测量到面测量的跃升，能够快速获取被测物高密度的三维数据，所以又称三维激光扫描技术。根据承载平台不同，激光扫描技术又分机载、车载、站载三维激光扫描，其中车载型和站载型属于地面三维激光扫描。影响三维激光扫描仪测量精度的因素较多，主要包括：步进器的测角精度、仪器的测时精度、激光信号的信噪比、反射率、回波信号的强度、背景噪声的强度、激光脉冲接受器的灵敏度、被测点的距离、仪器与被测目标面所形成的角度等等。一般中远程三维激光扫描仪的单点测量精度在几毫米到数厘米之间，模型的精度要远高于单点精度，可达2—3mm。三维激光扫描系统的速度快，不需接触目标，精度高，信息丰富（不仅获取空间信息，还获取灰度信息和真彩色纹理）、自动化程度高、3mm的面型测量精度等特点，这些技术优势决定在变形监测领域将有着广阔的应用前景。已开始在桥梁、文物、滑坡体、泥石流、火山等领域快速面监测中进行应用。但由于激光扫描系统得到的是海量数据，一个目标多幅距离影像，以及点云的散乱性、没有实体特征参数等，直接利用三维激光扫描数据比较困难。针对三维激光扫描技术的整体变形监测概念，研究与三维激光扫描仪相适应的变形监测理论及数据处理方法，主要考虑以下问题：（1） 现有的基于变形监测点的变形监测模式不适用于基于三维激光扫描仪的变形监测，必须摒弃变形监测点，探讨无变形监测点的监测对象测量方法。考虑采用监测对象自身的特征点或人工投射的特征信息来替代变形监测点的作用。（2） 要研究监测对象三维模型的建立和模型的匹配。三维激光扫描仪的采样数据包括监测对象的三维点云和同步采集的纹理信息，利用点云信息能够很快构建监测对象的三维数据模型，再加上纹理信息，就能建立研究对象的仿真模型。通过两次模型对比即模型求差来获取变形量。（3） 基于三维监测对象模型的变形分析理论及方法研究。变形监测的最终结果是要进行相应的应力及应变分析，这里的分析是基于整体监测对象模型的，和传统的基于变形点的以点代面的分析方式存在较大差异，所以，有必要对基于三维监测对象模型的变形分析理论及方法进行相应研究。地下观测监测技术地下观测监测技术主要指监测结构体及岩土内部变形的技术。常用的内部位移观测仪器有位移计、测缝计、测斜仪、沉降仪、垂线坐标仪、引张线、多点变位计和应变计等。传统的位移计、变位计和应变计等点式监测手段，通常采用电阻式、电感式、钢弦式、电容式、压电式、压磁式等传感器，易受雷击等电磁干扰大，故障概率高。近些年，作为高速通讯线缆的光纤，利用光在光纤中的反射及干涉原理，开始开发出各种各样的光纤传感器，这里包括多种用于监测形变的传感器。采用光纤传感器优点主要有：光纤应变监测技术可以进行分布式监测，可做长距离，大范围的面状监测；它对测点输入的不是电源，而是光源，因此，不受电磁干扰，稳定性好；监测精度高，可以满足工程监测要求；光纤传感器本身又是信号的传输线，可以进行远程监测。目前开发的光纤传感器各种各样，大多是利用光的反射及干涉原理来测定某一段光的变化，利用光的某种变化量与应变、压力及温度等物理量之间的关系来推求物理量值的变化。由于光纤应变监测需要将监测传感器布置到需要监测的部位，对于一些不能布点的监测部位，光纤应变监测无法使用。空间对地观测监测技术空间对地观测监测技术，是利用卫星或飞机上的测量传感器实现对地面进行沉降或位移监测的技术。目前主要包括GPS全球定位系统、D-InSAR（Differential—InterferometricSyntheticApertureRadar）差分干涉雷达测量和机载激光三维扫描等技术。GPS监测技术GPS测量技术以其测站点之间无需通视、全天候观测、提供三维信息、测量范围大等特点，已成为现代测量的主要技术手段。GPS可以提供点位基于全球坐标系统的变化，不受局部变形的影响，可以监测全球范围或区域范围内的地球板块的运动，为地震监测提供必要的数据。目前，我国利用GPS已建立中国地壳运动观测网络。由于GPS不需要各种点（基准点、监测点）之间通视，测量范围也不受限制，同时具有高速数据采样率，使其在工程变形