變焦視覺位移監測的基坑結構安全新方案：本文介紹了基坑監測的背景、優勢對比分析、設計依據、系統組成與工作原理、系統特點和優勢、監測解決方案和實際應用案例分析。其中，變焦視覺位移監測儀具有非接觸式、高精度、高效率、低成本等優勢，可實時監測基坑變形情況，為工程安全決策提供科學依據。實際應用案例表明，該監測系統能夠有效保障基坑開挖過程中的穩定安全，評價基坑的穩定性能并為后續工程措施提供設計依據。
一、基坑監測的背景
隨著城市建設的發展，基坑深度和規模也在不斷擴大。基坑工程易受到土體性質、鄰近建筑物、地下水位、周邊交通等環境，以及設計合理性和施工工序的影響；可能引發不可預測的安全事故。
然而，傳統的基坑監測方法往往依賴于人工測量和定期巡查的低效手段，普通的自動化監測設備存在精度不夠、施工布線成本高等問題，已經不能滿足現代化高精度、實時性、高效率、低成本的監測需求；因此，變焦視覺位移監測儀應運而生。
二、優勢對比分析
2.1 與人工監測的對比
2.2 與普通自動化設備的對比
三、設計依據
? 《建筑深基坑工程施工安全技術規范》JGJ 311-2013
? 《建筑基坑支護技術規程[附條文說明]》JGJ 120-2012
? 《建筑基坑工程監測技術標準》GB 50497-2019
? 《濕陷性黃土地區建筑基坑工程安全技術規程[附條文說明] 》JGJ 167-2009
? 《復合土釘墻基坑支護技術規范[附條文說明]》GB 50739-2011
四、系統組成與工作原理
變焦視覺位移計監測系統集光學、機械、電子、邊緣計算、AI識別、云平臺軟件等技術為一體的自動化系統。系統由編碼靶標、變焦視覺位移監測儀、安銳云及多終端組成。基于變焦機器視覺原理，采用特殊波段成像識別技術和無源靶標，將監測數據實時傳輸至安銳測控云平臺，實現非接觸式大空間、多斷面、多測點的高精度水平、豎向位移的自動化監測。
五、系統特點和優勢
①非接觸式二維位移監測：無需在每個測點上都安裝儀器設備，只需安裝或貼裝一個靶標即可實現二維位移監測。
②多斷面，多靶標自動掃描測量：基于變焦自動控制鏡頭，遠近的靶標均可清晰成像，實現多個斷面，多個靶標測點的自動化監測。
③無需額外照明補光：新一代夜視技術，采用特殊波段成像，無需外加補光燈及照明設備，簡化了系統的組成。
④微米級高精度測量：采用高分辨率圖像傳感器及亞像素技術，精度可達微米級。
⑤無源靶標，無需供電排線：采用無源靶標，可以是定制的靶標、一塊金屬片、打印的紙張甚至是噴涂的靶標均可清晰成像識別，無需排線供電。
六、監測解決方案
6.1 監測內容
變焦視覺位移監測的基坑結構安全新方案：圍繞變焦視覺位移監測儀在基坑項目的應用進行設計，主要對基坑結構的表面位移進行監測，包括水平位移監測、豎向位移監測和裂縫監測等。同時，系統還可以間接進行地下水位、降雨量、溫濕度等，全面反映基坑表面的變形狀態，為工程安全決策提供科學依據。
6.2 監測點位布置
測點布設需按照設計院的基坑設計文件、地質勘察文件、抗震防護等級、支護樁直徑以及結構受力計算來得到結構性能指標，進而將測點布設在基坑的關鍵位置，同時在基坑高差較大等薄弱部位增加測點數量，以保證結構的安全。
① 監測點的布置應滿足監控要求：監測點應布置在內力及變形關鍵特征點上，確保能夠反映該區域的實際狀態及其變化趨勢。
② 監測點數量與間距的確定：開挖深度不同的基坑，其監測點間距也有所不同。例如，開挖深度不超過7m的三級基坑，監測點間距不大于20m；而開挖深度超過7m的一、二級基坑，監測點間距不大于10m。此外，每一典型坡段應至少設置3個監測點。
③ 特殊位置的監測點布置：對于支撐內力較大或在整個支撐系統中起控制作用的桿件上，應設置監測點。同時，基坑每邊中部、陽角處和地質條件復雜的區段也應布置監測點。
④ 便于監測與減少干擾：監測點的位置應避開障礙物，便于監測。同時，監測點的布置應不妨礙監測對象的正常工作，并應減少對施工作業的不利影響。
⑤ 考慮現場具體情況：監測點的位置，包括間距，以及距基坑邊坡邊緣的距離，應根據現場具體情況而定，可減少支護樁的監測距離，來獲取更完整的基坑形變趨勢。
綜上，正常10米左右就要一個監測點，若使用靜力水準儀或激光傳感器，在兩百米的監測距離下，單個測點就需要安裝一個傳感器，將近安裝20多個傳感器，大大增加了整套設備的成本，變焦視覺位移監測系統每增加1個靶標測點的成本并不高，在視野范圍內靶標測點想裝就裝，無需考慮高額成本。
6.3 監測設備安裝
首先需要對監測儀安裝點進行科學合理的選址和布局，務必確保儀器和所有測點靶標之間能夠通視，全面覆蓋基坑的重要區域和關鍵設施。變焦視覺位移監測儀一般在基坑的四角穩固的位置（安裝位置如圖）各安裝一臺，（若無硬化的路面，需澆筑邊長為600mm立方體混凝土基礎，預埋鋼支架，保證監測儀的墩臺的穩固，因為變焦視覺為高精密儀器，墩臺稍微的熱脹冷縮都將會影響監測精度）。
同時需調整變焦視覺位移監測儀位置，使靶標在視野的正中間，但靶標不能與主機處于同一直線，避免視野中的靶標相互有所遮擋。
①圍護結構水平位移、沉降、傾角監測
（1）根據項目特點，基坑安裝好一定數量的靶標后，接上電源，無需現場進行復雜的靶標框選和調試，即可實現基坑水平位移、沉降、樁身傾斜（傾斜監測方向與監測儀法線方向垂直）的二維位移自動化監測，機器自動識別視野范圍內的靶標，非接觸式測量，無需拉線布線安裝傳感器，節省勞動力、成本，方便快捷，巡回掃描監測。通過編碼靶標對圍護結構變形情況的監測，可以實時了解基坑施工的整體穩定性和安全性。
（2）若基坑的邊寬度較小的長條形深基坑，則只需在一側安裝一臺即可實現兩端圍護結構水平位移、沉降、樁身傾斜的自動化監測，實測測點可達1000個，理論還可增加測點數量，且靶標大小一致，監測長度可達400米，測點只需要安裝靶標即可，無需拉線布線安裝傳感器，方便快捷，巡回掃描監測，測點數量越多，相對的監測頻率會降低。
②基坑地表沉降監測
在可能發生地表沉降的地方安裝測點靶標，將監測儀安裝在遠離沉降區域的穩定地域，且能看見所有地表沉降區域靶標的地方，然后再插上電源，手動框選靶標或監測儀智能識別視野范圍內的靶標，即可實現基坑地表沉降監測，還可實現沉降區域測點的振動頻率高頻采集。通過編碼靶標對基坑地表沉降情況的監測，可以實時了解基坑的整體穩定性和安全性。
③基坑環境輔助監測
變焦視覺位移監測儀可間接完成其他影響基坑的穩定性因素（降雨量、溫濕度、土壤含水率、土體內部測斜、土壓力等），僅需在儀器接口接入環境監測傳感器（或其他監測項的傳感器）即可，無需外加網關采集器、重新拉線，實現環境監測和位移監測數據綜合分析，以不同的角度剖析基坑穩定性，更準確地評估基坑的穩定性，從而采取有效的措施來預防地質災害的發生。
6.4 后期維護
整體安裝完成后，因為變焦視覺位移監測儀屬于微米級高精度測量設備，建議在主機上安裝保護罩，以保護主機不被雨水直接沖刷、強風及粉塵造成的振動及視線遮擋。同時輕微的熱脹冷縮都將會影響監測精度，建議在立柱上繼續澆筑300mm的混凝土加固層，以保證立柱的穩定，同時建議在墩臺、立柱以及保護罩均覆蓋保溫棉，以減少溫度引起的熱脹冷縮對監測精度產生的影響。
后續需要定期的巡檢和維護，包括但不限于鏡頭擦拭、視野阻擋、雜草遮擋靶標灰塵及雨跡擦拭等直接影響監測的問題，及時發現并處理潛在問題。
變焦視覺位移監測儀可將監測數據存儲在安銳云平臺或本地儲存（無網絡也可儲存）中，方便后續查詢和分析。通過基坑實時監測數據，可以實時了解基坑圍護結構的安全狀況，實時顯示基坑位移變化情況。當位移量超過預設閾值時，系統自動觸發預警機制，現場聲光預警、平臺彈窗以及短信預警，及時通知相關人員進行處理，為基坑的安全施工提供保障。
六、實際應用案例分析
某建筑項目是市、區重點建設項目，項目建成發展實施低碳循環經濟的示范工程，帶動湖北資源整合、技術研發、技術集成三個平臺建設。為保證基坑開挖過程中的穩定安全、評價基坑的穩定性能并為后續工程措施提供設計依據，對基坑本體的支護結構頂部位移開展變形監測。
項目共沿基坑的兩條長邊布設兩條地表位移監測軸線，測線上間隔10米布設一個支護結構位移測點，共設置36個靶標測點，每條監測軸線采用1臺變焦視覺位移監測儀對靶標測點的沉降和水平位移進行監測，變焦視覺位移監測儀設置在開挖影響區以外的短邊邊緣，另在每臺變焦視覺位移監測儀需要安裝穩固的混凝土支墩，以保證主機的穩定性。
