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常 ［１２］ ；引张线式位移计则存在着钢丝热胀冷缩、徐变过程难确定、分线盘对钢丝支撑的影响等问题，
使仪器产生一定的监测误差 ［１３］ 。外观变形监测技术，如水准测量等则对测点间通视性要求高，测点布
设困难，人力物力消耗大 ［１４］ 。因此，常规监测技术已难以完全满足高土石坝的变形监测需求。
在人工智能、物联网、测绘遥感、大数据等技术飞速发展的时代背景下，土石坝变形监测得到长
足发展，为全方位、高精度、高时空分辨率的感知大坝变形奠定了基础。基于光纤传感、管道监测、
微机电系统（ Ｍｉｃｒｏ － Ｅｌｅｃｔｒｏ － ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ，ＭＥＭＳ）等的新型监测技术被逐步开发并应用于土石坝
中。由于技术原理不同，不同新型监测技术在测点密度、采样频率、监测精度、使用成本与可靠性等
方面各有差异。随着监测数据量剧增、数据结构多样化，传统的人工监测数据整编已难以满足智能
化、信息化安全监测的需求 ［１５ － １６］ 。综合使用工程经验丰富的常规技术与先进的新型技术，高土石坝变
形监测逐步形成了多技术协同、测点密集化等特征 ［１７］ 。随着国家雅下开发战略的实施，超深厚覆盖层
巨型土石坝对长寿命、长测距、大量程的变形监测技术需求更加迫切。需进一步提升监测仪器的关键
性能指标和耐久性，并重视海量多源数据处理问题，助力土石坝建设和运维由数字化向智能化跨越。
现有土石坝变形监测综述局限于简要分析监测技术原理与性能指标 ［１４，１８］ 。本文从土石坝变形监测
技术的发展历程和新型监测技术的工作原理、应用情况、技术优势和局限性，以及监测资料整编等方
面进行分析评述，分析行业发展变化对土石坝变形监测提出的新要求和出现的新问题，凝练出适应水
利行业数字孪生建设要求的高土石坝变形监测发展方向。

２ 土石坝变形监测技术发展历程

通过在中 国知 网 （ＣＮＫＩ）数 据 库 中 以 “土 石 坝、
变形监测” 或 “堆石坝、变形 监测” 作 为 关键词进
行文献检索，共检索出 ３５１篇相关论文。利用 ＶＯＳ
ｖｉｅｗｅｒ 软件 ［１９］ 构建并可视化文献计量网络，绘制了高
频关键词谱图（图 １）。结果显示，如分布式光纤传感
（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＦｉｂｅｒＯｐｔｉｃＳｅｎｓｉｎｇ，ＤＦＯＳ）、阵列式位移
计（Ｓｈａｐｅ － Ａｃｃｅｌ － Ａｒｒａｙ，ＳＡＡ）、合 成 孔 径 干 涉 雷 达
（ ＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃＳｙｎｔｈｅｔｉｃＡｐｅｒｔｕｒｅＲａｄａｒ，ＩｎＳＡＲ）等新
图 １ 土石坝变形监测高频关键词谱
型内外 观 监 测 技 术 已 在 土 石 坝 变 形 监 测 领 域 脱 颖
而出。
结合 ＷＯＳ（ＷｅｂｏｆＳｃｉｅｎｃｅ）与 ＣＮＫＩ数据库，以土石坝和变形监测技术名称作为关键词进行了全面
文献检索。图 ２展示了各变形监测技术在国内及我国承建的土石坝中首次应用的时间。自 １９５０年代
起，我国就进行了土石坝变形监测技术的相关研究，但当时仪器水平落后、监测系统不完整、手段单
一，以横梁式固结沉降管为主。随着技术的不断发展，我国在 １９７１年援建阿尔巴尼亚的 Ｖａｕｄｅｊｅｓ土
石坝上首次应用了水管式沉降仪，成果显著 ［２０］ 。随后，南京水利科学研究院将电磁式沉降环和引张线
式位移计列为重点研究项目，并在 １９８９年成功应用于鲁布革心墙堆石坝和牛头山沥青混凝土斜墙堆
石坝 ［２１ － ２２］ 。此后，这两种监测技术在土石坝工程中得到广泛应用。随着光纤传感、惯性导航、微机电
系统的飞速发展，分布式光纤传感技术、管道监测系统、阵列式位移计等先进的接触式变形监测技术
得以研发并应用于土石坝变形监测。这些技术具有监测精度高、测点密集、安装埋设方便等优势，显
著提升了土石坝变形监测水平。
在外观变形监测技术方面，全站仪、水准仪等设备需要观测点之间具备较好的通视性，因此在土
石坝的应用受 到一 定限制。２００２年，小浪底 土石坝构 建 了由 ３个观 测 点 组成 的 全 球导 航 卫 星 系 统
（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ，ＧＮＳＳ）变形监测试验基准网，实现了自动化、准实时的外观变形监
测，但其测点较稀疏且监测精度仍有提升空间 ［２３ － ２４］ 。三维激光扫描技术同样具备高密度、高分辨率、
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高精度测量优势。王举等 ［２５］ 于 ２０１４年在尖岗土石坝应用三维激光扫描技术，快速获取约 ５～７点?ｃｍ 的
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