遥感技术对大坝变形监测系统的改进

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇遥感技术对大坝变形监测系统的改进范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要： 在基于前人研究的基础上，提出了利用遥感技术对于大坝变形监测系统的改进意见。主要阐述了，遥感技术特有的不接触物体本身而探测感知物体，从而获得物体相关信息的特点，以及利用该特点对大坝变形监测系统的完善。主要从利用遥感影像技术和近景摄影测量技术两个方面加以论述。

关键词： 遥感；摄影测量；变形；GPS；建模

0 引言

近年来，遥感技术应用已非常广泛。但是，我了解到对于在大坝变形监测系统的应用仍然较为有限。前人的研究主要集中在GPS系统的应用，而稍有忽略遥感、摄影测量本身在这方面的应用。我认为，对于大坝变形监测系统应当全方位的引进遥感技术，从而使其更具有精确性，适时性，可靠性。

1 大坝变形监测现状及改进方向

遥感作为先进的量测地形与解密影像的技术，已经普及到社会的各个领域，其中对于大坝的变形观测也有突出的贡献，并且也已经取得了良好的效果。据我了解，现在遥感应用于大坝变形观测系统的技术，仍然是以GPS作为主导。多数的GPS大坝变形观测系统都是采用通用的数据后处理软件，这些软件具有数据处理和通用图形绘制的基本功能。但是对于通过遥感影像，近景摄影测量技术来监测大坝变形情况，依旧是有待发展。

目前，GPS形变监测系统是利用高精度卫星定位技术、计算机通讯技术等监测大坝等构造物实时或近实时的系统。系统是在一定区域内建立起一个或者两个基准站、多个GPS监测站，通过GPS监测站的精确坐标计算，实现对该区域的地形监测。由此可以得出，应用于大坝变形监测的GPS技术，基本是在对于大坝所处的地形进行监测，而多少忽略了大坝自身存在的一些细节问题，譬如说大坝的坝体出现裂缝，或者导流线路出现问题等，这些从GPS技术的角度来讲都还不能得到精确的分析。我认为，随着目前科技的进步，对于大坝的变形监测可以扩大到更广的范围，譬如说通过摄影测量的方法对大坝细节处的变化进行分析处理，然后提出改进的意见，也可以通过处理后的航拍影像来对比大坝所处流域的水域变化，进而对大坝的功能进行分析和改进。

2 遥感影像应用于大坝变形监测

2.1 遥感影像的获取及特点

所谓就是用遥感手段获得的影像地图，一般按获取渠道不同分为航片和卫片。航片是指利用航天飞机拍摄获得的影像，包括低空摄影，高空摄影等；卫片是指通过遥感卫星得到的影像。遥感影像相较于其他普通影像主要具有以下特点，一是信息量大，包含多个波段的不同信息，可以根据选用波段类别的不同和波段波长的不同，获得不同信息的影像数据；二是，具有适时性，遥感特测器按一定的时间周期重复采集数据，可以获得不同时间段内的最新影像数据；三是，具有高分辨率，能够识别较小的地物。

2.2 提取分析遥感影像中的数据

根据需要监测地区的实际地理情况，获取不同的遥感影像数据。例如TM1波段对于清洁水信息的提取效果较好；TM5波段，可用于作物生长期内叶绿素浓度、水分含量的推定等；红外波段对于伤情探测有重大帮主；以及ETM+的影像，对于水体信息提取有显著的效果。在不同的季节时段，应当选择不同波段的遥感影像，并从中提取所需要的数据。例如，在夏季洪水易发的阶段，应当定期获取实时的遥感影像数据，根据获取信息中水中所含泥沙浓度的变换，以及江河中各上游流域河岸、水中洲岛的变化情况，可以判断出夏季水流的变化。从而可以提前开启大坝的预警系统，制定防洪蓄水的方案。从遥感影像中提取有用的信息，主要意义在于，将信息数据整合或建立数学模型。

2.3 根据遥感影像数据建立数学模型

根据已经获得遥感影像，提取出其中有用的数据信息，可以建立相应的模型。模拟水流情况的改变与大坝内在承受力的关系，从而得到一个基本的函数模型，使得水流变化与大坝安全承受力处在一种动态形势下，便于分析大坝承受力的变化，减轻由于大坝内在损伤的逐渐累计而造成的影响。我们可以利用不同的遥感平台获得的航片或卫片，分析大坝所处区域内，水流走向的变化等，来判断大坝是否处于安全的状态，以及应对该水流变化时大坝内在机制的调整是否正确。并且对于突发的情况，例如山洪暴发，可以应用实时拍摄的遥感影像，处理后得到真实的水流变化情况，再根据之前建立的各种模型等分析应该采取的大坝应急措施。由于遥感影像的获取真实可靠，并且具有实时更新的优势，对于地质灾害的监测效果十分明显，因此用于大坝的变形监测系统很有利，而且有助于大坝预警系统的准确及时。此外，还可以利用遥感影像中的不同波段的影像对于大坝进行探伤检测，如热红外波段，可以探测出肉眼不易发觉的内在损伤，此方法可对坝体内部的伤情定期排查，从而防止险情出现。

3 近景摄影测量应用于大坝变形监测

3.1 近景摄影测量技术及其特点

近景摄影测量是通过近景摄影和随后的图像处理以获取被摄目标，形状大小和运动状态的一门技术。近景摄影一般使用量测摄影机，它是框标、内方位元素已知并且物镜畸变小的专用仪器。也可以使用非量测摄影机，如高速摄影机、全息摄影机、显微摄影机等。图像处理同通常的摄影测量类似，分为模拟法和解析法。近景摄影测量不是以测制地形图为主要目的，而是以摄影测量为主要手段，对被研究的物体进行摄影，根据影像上获得的信息，进行量测、解算。近景摄影测量的优点在于，它兼有非接触性量测手段，不伤及被测物体，信息容量高且易储存，精度高，速度快，信息可重复使用。这些优点使得该技术非常适用于，不易直接接触量测的物体，以及需要定期进行安全检查的物体。对于大坝变形监测具有重要意义。

3.2 提取分析影像数据

近景摄影测量获取相片可以通过量测摄影机和非量测摄影机获得。一般而言，专业的量测摄影机获得相片光学畸变较小，但是社会的应用并不十分广泛。相对于量测摄影机，非量测摄影机的社会拥有量较大，使用更为灵活，也无需专业的技术操作人员。无论是利用量测摄影机还是非量测摄影机，获取像片时都需要注意多角度、全方位的获取物体信息，同时也要保证相片具有较高的重叠度。在对大坝进行变形监测时，应定期对获取的像片进行数据的提取与分析，尤其对于坝体的核心部位更要缩短排查的周期。将获得的数据记录，提取出有用的信息，用于三维建模、趋势变化等的分析。

3.3 根据影像数据建立模型

从近景摄影测量来说，它是利用对物距不大于300m的目标物摄取的立体像对进行的摄影测量。通过量测摄影机、非量测摄影机等仪器，对于大坝的实体进行拍摄，从而得到影像。对于已经得到的立体像对，可以通过相关的摄影测量图像处理的软件，对立体像对进行解析，从而获得检测点的三维坐标。将批量的影像数据导入专业的图像处理软件，可以建立基本的坝体三维模型，对于坝体的状态可以得到一个宏观的评价。再采用图像处理中的模拟法和解析法，可以获得平面图、立体图、断面图、透视图、等值线图以及包括物点坐标在内的多种物理参数。然后对于以上得到的各种图形进行整体的分析，并且通过后处理技术，还可以得到相应摄影物体的纹理分析图，相应细节点的精准定位等，更容易对大坝细节处肉眼不易察觉的变化进行监测。其中，由美国公司研制的PhotoModeler Pro5软件可以从影像中迅速获取大量细节，提取三维量测数据，并建立目标物含贴图的三维模型。

在一阶段的数据处理完成后，应当将最新的测量结果导入进数据库，并在数据库中调用前期的处理结果，进行对比分析，从而得到相应的变化趋势图，对于大坝坝体细节的改进提供数据上的支持。

4 结论

遥感专业的应用现在已经十分广泛，并且在大坝变形监测的领域，遥感可以占据更大要重要的成分，也将为变形监测系统的改进做出更多贡献。遥感技术应用于大坝变形监测也应当更多的侧重于对遥感图像的分析以及近景摄影测量技术。其中，对遥感图像的分析价值，主要体现在获取水流量的变化情况，从而判断大坝应该启动的应急方案；近景摄影测量的价值，主要体现在对于不易排查的坝体部位，采用多角度的摄影方式获取数据信息，并可建立宏观的坝体三维模型。我认为，如果可以很好的将遥感技术全面应用，将对变形监测的工作产生重大意义。

参考文献：

[1] 刘玉庆，李艳杰，徐成业. GPS大坝变形监测系统[J].中国新技术新产品，2011.

[2] 葛从兵，鲍亮. 基于智能客户端的GPS大坝变形监测资料整编与分析[J].水利水电科技进展，2010.

[3]梁菲.近景摄影测量在桥梁变形监测中的应用[D].重庆：重庆交通大学，2010.

[4]孙家炳.遥感原理与应用[M].武汉：武汉大学出版社，2009.