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变形监测的若干新技术 秦 滔 摘要：主要介绍了光纤监测技术、卫星合成孔径雷达差分干涉测量技术及GPS伪卫星组合定位技术在变形监测中的应用，同时分析了使用这些新技术的优势和应用前景。 关键词：变形监测 GPS伪卫星组合定位 光纤监测 合成孔径雷达差分干涉测量 Abstract: Mainly introduce the fiber-optic monitoring technology, D-InSAR and integration of GPS and Pseudolite positioning technology in the application of deformation monitoring, and analysis of the use of the advantages of these new technologies and applications. Keywords: deformation monitoring integration of GPS and Pseudolite positioning fiber-optic monitoring D-InSAR 1 引言 我国的变形监测工作起步于20世纪50年代，经过半个世纪的发展，形成了完成的理论体系和技术方法。尤其近20年来，许多大型工程开工建设，各种先进的仪器设备飞速发展，变形监测工作也取得了很大的进步。 早期的变形监测，主要采用精密的光学测量仪器进行观测，例如精密水准测量、经纬仪、垂线及视准线等。随着电子仪器的发展，应变计、无应力计、测缝计、钢筋计、测压计、渗压计等广泛应用于变形监测中。另外，用于监测环境量的电子温度计、水位计等也开始使用。电子计算机的广泛应用和发展，促使变形监测工作提高效率，走向自动化、智能化之路，尤其是全站仪、GPS等先进仪器出现，计算机技术不断发展，数据处理技术不断优化，变形监测工作走上了数据采集、传输、存储、处理自动化的道路。 近年来，变形监测工作中又出现了若干新的技术方法，这些新技术拥有广阔的应用前景，本文主要介绍以光纤传感器为基础的光纤监测技术、以卫星合成孔径雷达为基础的差分干涉测量技术（D-InSAR）及以GPS伪卫星组合定位技术在变形监测中的应用。 2 光纤监测技术 光纤技术是一种集光学、电子学为一体的新兴技术，其核心技术是光纤传感器。广义上说，凡是采用了光纤的传感器都可称为光纤传感器，它主要可分为两种类型，即传光型光纤传感器和传感型光纤传感器。传光型光纤传感器已在数字通信领域有了广泛的应用，在变形监测自动化系统中也常使用其来传输数据，而传感型光纤传感器，可用于测量温度、渗流等外部环境变化，也能测量位移、应力、应变等变形量。 光纤传感器系统由光源、入射光纤、出射光纤、光调制器、光探测器以及解调器组成，其基本原理是将光源的光经入射光纤送入调制区，光在调制区内与外界被测参数相互作用，使光的光学性质发生变化而成为被调制的信号光，再经出射光纤送入光探测器、解调器而获得被测参数。 国内外工程变形监测领域主要的光纤传感器主要包括光纤Bragg光栅传感器（FBG）、Brilliouin光时域反射计（BOTDR）、Fabry-Pérot空腔传感器（FPI）及SOFO点式光纤传感器等。FPI和SOFO分辨率高，但受信号传输和解调技术的限制，布点数量有限，还不能从根本上突破点式测量的局限，比较适用于结构重点部位的监测。分布式的BOTDR可对结构进行大范围监测，但分辨率较低，测得应变是所在位置后面一定距离（空间分解率）的平均应变值。FBG不仅分辨率高，所测的应变位置明确易定，且能使用波分复用技术在一根光纤中串接多个传感器，实现真正意义上的多点线式分布测量。 目前，光纤技术已从初期的单纯温度监测，发展到渗流监测、应力应变监测、位移监测等多个方面，例如：渗漏定位监测、裂缝监测、混凝土应力应变监测、动应变及结构振动监测、岩石锚固监测（锚杆及锚索预应力监测）、钢筋混凝土薄体结构物受力监测、混凝土固化监测、钢筋锈蚀监测、温度与渗流的耦合监测等。 与传统技术相比，光纤监测技术具有独特的优越性: (1)光纤传感器以光信号作为载体，以光纤作为媒质，光纤的纤芯材料为二氧化硅，因此，光纤传感器具有耐腐蚀、抗电磁干扰、防雷击等特点； (2)光纤本身轻细纤柔，光纤传感器的体积小，重量轻，不仅便于布设安装，而且对埋设部位的材料性能和力学参数影响甚小，能实现无损埋设； (3)光纤传感器灵敏度高，可靠性好，潜在故障大大低于传统技术； 使用寿命长，具有良好的性能价格比； (4)可以准确地测出光纤沿线任一点的监测量，信息量大，监测效应量分布连续，成果直观，有助于实现动态监控。 3 卫星合成孔径雷达差