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[摘 要]本文主要介绍了大坝变形监测的常用技术，并介绍了大坝变形监测的主要预测方法，其中对每种方法都进行了简单的介绍，为测量技术人员提供了一定的指导和建议。
[关键词]大坝变形监测技术 变形预测 预测方法
中图分类号：TU915 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）30-0038-01
[Abstract]This paper mainly introduces the common technology of dam deformation monitoring， and introduces the main prediction method of dam deformation monitoring， which are introduced for each method， provides some guidance and suggestions for the measurement of technical personnel.
[Key words]dam deformation monitoring technology； deformation prediction； prediction method
一、引言
我國今年来发生水库溃坝3400多座，这些事故不仅对国家经济造成了巨大的损失，而且更严重的是威胁到了人们的生命和财产安全。面对溃坝事件带来的巨大损失，人们深刻的认识到大坝的安全监测的重要性。采用监测技术对大坝坝体进行变形监测，测出大坝上各点的位置变化，才能分析大坝安全运行状态，并建立大坝的变形预测模型，实现大坝变形的定量预测。只有这样，才能及时发现大坝的异常变化，对其安全性能做出准确的判断，然后采取必要措施，防止事故的发生。
二、大坝变形监测技术
大坝变形监测技术可以分为内部监测和外部监测技术两大类。内部监测技术主要是通过埋设在坝体内部特定部位的仪器，如压力盒、渗压计等，对大坝的应力应变、渗流渗压等进行持续自动化监测的技术。而外部监测技术主要是通过各种变形监测仪器，对大坝体主要部位布设的变形监测点在某一时刻的空间位移或者某一特定方向的位移进行测定的技术，目前主要有四种。
2.1 常规大地测量技术
在20世纪80年代以前，变形监测主要是采用常规大地测量技术。常规大地测量主要是应用水准仪、全站仪等常规测量仪器，通过对观测点的高程、坐标等来测定变形的技术。其优点主要表现在：可以测量出变形体变形的整体状态；灵活性大，对各种不同形式的变形体都可以进行；监测结果和观测精度可以通过联立的整体监测网进行评定，可以提供绝对变形信息等。其缺点主要表现在：观测时间长，野外做业工作量大；监测点点位的分布受地理条件的影响比较大；不易实现连续监测和自动实时的全天监测等。
2.2 GPS监测技术
全球定位系统（GPS）在测量方面的应用是对测量技术的一个巨大变革，它可以在测站点不通视的情况下，对观测点的三维坐标同时进行测定，并且观测精度高。与传统的变形监测技术比较，GPS监测技术不仅具有操作简便、全天候、高精度、速度快等优势，而且GPS监测技术将计算机技术、数据通信技术等结合，从而实现了对监测数据的自动采集、自动传输、分类管理，最终达到变形监测系统的远程实时监控目的。1998年，我国的隔河岩大坝外部变形首次采用GPS自动化系统，对坝体表面的各观测点进行变形监测，测量精度可达到亚毫米级，其监测效果相当理想。
2.3 地面摄影测量技术
地面摄影测量技术是通过对测量物体摄影，再进行图像处理和摄影测量处理，从而获取被摄影地面物体的形状、大小、实时状态等信息的一门技术。相比于其它变形监测技术，地面摄影测量技术测量时不需要直接接触被测物体，可以同时测定变形体上所有点的变形，可以提供变形体完全和瞬时的三维空间信息等。但由于地面摄影测量的距离不能太远，摄影测量所需的仪器设备比较昂贵，大部分测量单位没有相关仪器，所以地面摄影测量技术在变形监测中的应用还不是很普及。
三、变形预测方法
利用上面所述的监测技术进行监测，可以了解大坝真正的变形状态。考虑到大坝的安全意义，变形监测只能是基础，分析是手段，预测预报才是目的。目前，大坝变形预测的主要方法有以下几种。
3.1 回归分析法
回归分析是确定两种或两种以上变数间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法，即根据自变量来拟合出它与因变量间的函数最佳表达式。在大坝回归分析模型中，一般情况下取变形量为因变量，环境量（如水压等）为自变量，然后依据数理统计理论形成多元线性回归模型，并用回归法得到环境量与效应量之间的函数模型，通过该方法可以做大坝变形的物理解释和变形预测。
3.2 时间序列分析法
时间序列分析利用观测值的相关性来建立相关模型，利用过去的观测数据资料对将来的数据进行预测。在大坝变形监测中，各个监测点上的各种作用量，例如用引张线仪等所获取的观测数据，组成一组离散的随机时间序列数据，如果考虑到观测粗差的影响，一般情况下可以建立比较平稳的时间序列分析模型。
3.3 人工神经网络法
人工神经网络是一种应用类似于大脑神经突触联接的结构进行信息处理的数学模型。在对大坝进行变形监测分析时，大坝的变形与变形的影响因子之间是种非线性、非确定性的复杂关系，通过计算机去解决大数据量情况下的训练、学习、控制和预报等问题，是大坝变形监测分析发展起来的一种非常有效的方法。
3.4 小波分析法
小波变换是时间（空间）频率的局部化分析，它通过伸缩平移运算对信号逐步进行多尺度细化，最终达到高频处时间细分，低频处频率细分，能自动适应时频信号分析的要求，从而可聚焦到信号的任意细节。通过利用离散小波变换对变形观测数据进行分解和重构，可有效地分离误差，从而更好地反映局部变形特征和整体变形趋势。
四、总结
对大坝变形进行分析和预测时，其结果的好坏与所选择的方法关系密切，不同的方法有自己的特点，在不同变形监测技术基础之上，在结合不同的预测方法可以得到不同的预测结果，不同的预测方法有其不同的侧重点，所以对于不同的变形监测项目，选择预测方法是必不可少的环节之一。
参考文献
[1] 党亚民，秘金钟，成英燕.全球导航卫星系统原理与应用[M].测绘出版社，2007.
[2] 黃声亨，尹晖，蒋征.变形监测数据处理[M].武汉：武汉大学出版社，2003.
[3] 胡友健，梁新美，许成功.GPS变形监测技术的现状与发展趋势，2006，（9）；31—36.
[4] 岳建军，华锡生.GPS在大坝变形监测中的应用[J].大坝观测与土工测，1996，17（3）.
作者简介
刘玉杰（1989.12-）汉，本科，测绘工程专业，助理工程师，毕业于江西理工大学，就职于马钢集团测绘有限责任公司。
[关键词]大坝变形监测技术 变形预测 预测方法
中图分类号：TU915 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）30-0038-01
[Abstract]This paper mainly introduces the common technology of dam deformation monitoring， and introduces the main prediction method of dam deformation monitoring， which are introduced for each method， provides some guidance and suggestions for the measurement of technical personnel.
[Key words]dam deformation monitoring technology； deformation prediction； prediction method
一、引言
我國今年来发生水库溃坝3400多座，这些事故不仅对国家经济造成了巨大的损失，而且更严重的是威胁到了人们的生命和财产安全。面对溃坝事件带来的巨大损失，人们深刻的认识到大坝的安全监测的重要性。采用监测技术对大坝坝体进行变形监测，测出大坝上各点的位置变化，才能分析大坝安全运行状态，并建立大坝的变形预测模型，实现大坝变形的定量预测。只有这样，才能及时发现大坝的异常变化，对其安全性能做出准确的判断，然后采取必要措施，防止事故的发生。
二、大坝变形监测技术
大坝变形监测技术可以分为内部监测和外部监测技术两大类。内部监测技术主要是通过埋设在坝体内部特定部位的仪器，如压力盒、渗压计等，对大坝的应力应变、渗流渗压等进行持续自动化监测的技术。而外部监测技术主要是通过各种变形监测仪器，对大坝体主要部位布设的变形监测点在某一时刻的空间位移或者某一特定方向的位移进行测定的技术，目前主要有四种。
2.1 常规大地测量技术
在20世纪80年代以前，变形监测主要是采用常规大地测量技术。常规大地测量主要是应用水准仪、全站仪等常规测量仪器，通过对观测点的高程、坐标等来测定变形的技术。其优点主要表现在：可以测量出变形体变形的整体状态；灵活性大，对各种不同形式的变形体都可以进行；监测结果和观测精度可以通过联立的整体监测网进行评定，可以提供绝对变形信息等。其缺点主要表现在：观测时间长，野外做业工作量大；监测点点位的分布受地理条件的影响比较大；不易实现连续监测和自动实时的全天监测等。
2.2 GPS监测技术
全球定位系统（GPS）在测量方面的应用是对测量技术的一个巨大变革，它可以在测站点不通视的情况下，对观测点的三维坐标同时进行测定，并且观测精度高。与传统的变形监测技术比较，GPS监测技术不仅具有操作简便、全天候、高精度、速度快等优势，而且GPS监测技术将计算机技术、数据通信技术等结合，从而实现了对监测数据的自动采集、自动传输、分类管理，最终达到变形监测系统的远程实时监控目的。1998年，我国的隔河岩大坝外部变形首次采用GPS自动化系统，对坝体表面的各观测点进行变形监测，测量精度可达到亚毫米级，其监测效果相当理想。
2.3 地面摄影测量技术
地面摄影测量技术是通过对测量物体摄影，再进行图像处理和摄影测量处理，从而获取被摄影地面物体的形状、大小、实时状态等信息的一门技术。相比于其它变形监测技术，地面摄影测量技术测量时不需要直接接触被测物体，可以同时测定变形体上所有点的变形，可以提供变形体完全和瞬时的三维空间信息等。但由于地面摄影测量的距离不能太远，摄影测量所需的仪器设备比较昂贵，大部分测量单位没有相关仪器，所以地面摄影测量技术在变形监测中的应用还不是很普及。
三、变形预测方法
利用上面所述的监测技术进行监测，可以了解大坝真正的变形状态。考虑到大坝的安全意义，变形监测只能是基础，分析是手段，预测预报才是目的。目前，大坝变形预测的主要方法有以下几种。
3.1 回归分析法
回归分析是确定两种或两种以上变数间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法，即根据自变量来拟合出它与因变量间的函数最佳表达式。在大坝回归分析模型中，一般情况下取变形量为因变量，环境量（如水压等）为自变量，然后依据数理统计理论形成多元线性回归模型，并用回归法得到环境量与效应量之间的函数模型，通过该方法可以做大坝变形的物理解释和变形预测。
3.2 时间序列分析法
时间序列分析利用观测值的相关性来建立相关模型，利用过去的观测数据资料对将来的数据进行预测。在大坝变形监测中，各个监测点上的各种作用量，例如用引张线仪等所获取的观测数据，组成一组离散的随机时间序列数据，如果考虑到观测粗差的影响，一般情况下可以建立比较平稳的时间序列分析模型。
3.3 人工神经网络法
人工神经网络是一种应用类似于大脑神经突触联接的结构进行信息处理的数学模型。在对大坝进行变形监测分析时，大坝的变形与变形的影响因子之间是种非线性、非确定性的复杂关系，通过计算机去解决大数据量情况下的训练、学习、控制和预报等问题，是大坝变形监测分析发展起来的一种非常有效的方法。
3.4 小波分析法
小波变换是时间（空间）频率的局部化分析，它通过伸缩平移运算对信号逐步进行多尺度细化，最终达到高频处时间细分，低频处频率细分，能自动适应时频信号分析的要求，从而可聚焦到信号的任意细节。通过利用离散小波变换对变形观测数据进行分解和重构，可有效地分离误差，从而更好地反映局部变形特征和整体变形趋势。
四、总结
对大坝变形进行分析和预测时，其结果的好坏与所选择的方法关系密切，不同的方法有自己的特点，在不同变形监测技术基础之上，在结合不同的预测方法可以得到不同的预测结果，不同的预测方法有其不同的侧重点，所以对于不同的变形监测项目，选择预测方法是必不可少的环节之一。
参考文献
[1] 党亚民，秘金钟，成英燕.全球导航卫星系统原理与应用[M].测绘出版社，2007.
[2] 黃声亨，尹晖，蒋征.变形监测数据处理[M].武汉：武汉大学出版社，2003.
[3] 胡友健，梁新美，许成功.GPS变形监测技术的现状与发展趋势，2006，（9）；31—36.
[4] 岳建军，华锡生.GPS在大坝变形监测中的应用[J].大坝观测与土工测，1996，17（3）.
作者简介
刘玉杰（1989.12-）汉，本科，测绘工程专业，助理工程师，毕业于江西理工大学，就职于马钢集团测绘有限责任公司。