大壩變形監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用與研究

馬杰 張歡

【摘要】當(dāng)下，國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，生產(chǎn)力水平提升，在一定程度上推動(dòng)了水利事業(yè)的迅猛發(fā)展，從目前來(lái)看，我國(guó)對(duì)于水利工程大壩的整體質(zhì)量特別關(guān)注。有效提升大壩質(zhì)量能夠保證大壩的正常運(yùn)行，而科學(xué)應(yīng)用變形監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)對(duì)于保障大壩安全至關(guān)重要。基于此，本文對(duì)HNSS、GPS技術(shù)在大壩變形監(jiān)測(cè)中的運(yùn)用進(jìn)行了詳細(xì)地分析與探究。

【關(guān)鍵詞】大壩變形；監(jiān)測(cè)；自動(dòng)化技術(shù)；運(yùn)用

一、大壩變形的影響因素

我國(guó)的大壩數(shù)量也不斷增加，需要對(duì)大壩的變形要素進(jìn)行連續(xù)、周期性的測(cè)定和實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的安全監(jiān)測(cè)。大壩變形的主要因素包括：靜水壓力的作用，大壩外體受到水平推力，導(dǎo)致大壩產(chǎn)生變形，水庫(kù)由于自身重力作用會(huì)導(dǎo)致庫(kù)底發(fā)生變形；壩體溫度變化，壩體的溫度隨著季節(jié)變化會(huì)使混凝土無(wú)規(guī)律的脹縮，會(huì)引起大壩壩頂下陷，新建成的大壩自身的混凝土?xí)l(fā)生脹縮，這樣導(dǎo)致了壩體變形；時(shí)效變化，時(shí)效變化是由于混凝土熱脹冷縮引起的變形，和基礎(chǔ)巖層在載荷作用下產(chǎn)生時(shí)效變化，時(shí)效變化在施工或運(yùn)營(yíng)初期表現(xiàn)顯著，時(shí)間長(zhǎng)久后，建筑會(huì)趨于穩(wěn)定，時(shí)效變化會(huì)變小。

二、GPS技術(shù)在大壩變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

在大壩變形監(jiān)測(cè)中運(yùn)用GPS定位技術(shù)是一種非常先進(jìn)的高科技手段。當(dāng)下世界上許多國(guó)家都特別重視此種檢測(cè)方式，并投入大量的人力物力開(kāi)展試驗(yàn)及研究。在大壩變形監(jiān)測(cè)中運(yùn)用GPS技術(shù)是一種非常典型的應(yīng)用，倘若利用GPS進(jìn)行大壩變形監(jiān)測(cè)，一般有兩種方法：第一種監(jiān)測(cè)方法：采用GPS接收機(jī)。定時(shí)定點(diǎn)到指定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)上進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析；第二種監(jiān)測(cè)方法：在監(jiān)測(cè)站上安裝無(wú)人值守的GPS觀測(cè)系統(tǒng)。再由軟件的控制，完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和變形分析。第一種方法費(fèi)用比較低，但是勞動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)比較大，自動(dòng)化程度比較低不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；第二種方法不但能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而且自動(dòng)化程度也很高，但是由于GPS接收機(jī)要安裝在每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，這樣就造成了系統(tǒng)的建設(shè)費(fèi)用大大提高。在我們國(guó)家除了以上兩種方法，還自主開(kāi)發(fā)了GPS多天線大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，讓一臺(tái)GPS接收機(jī)連接多臺(tái)天線，這樣既提高了自動(dòng)化程度、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)也降低了成本費(fèi)用，因?yàn)樵揋PS多天線大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)突出。

三、GNSS技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)中的主要應(yīng)用

（一）GNSS周期性重復(fù)變形監(jiān)測(cè)

當(dāng)被監(jiān)測(cè)工程的變形速率緩慢，在一定的空間域和時(shí)間域上被認(rèn)作是穩(wěn)定的，可以利用GNSS周期性重復(fù)變形監(jiān)測(cè)。針對(duì)每一個(gè)周期測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的相對(duì)位置，經(jīng)過(guò)計(jì)算兩個(gè)觀測(cè)周期之間的位置變化來(lái)測(cè)定其變形。監(jiān)測(cè)周期可以根據(jù)大壩的特性及危害程度來(lái)確定。這種模式是通過(guò)邊或網(wǎng)連接的方式建成監(jiān)測(cè)網(wǎng)，并用平差計(jì)算法得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，根據(jù)坐標(biāo)差值來(lái)確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形量。

（二）GNSS固定連續(xù)性變形監(jiān)測(cè)

利用固定的監(jiān)測(cè)儀器對(duì)變形進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)收集的方式稱為固定連續(xù)性變形監(jiān)測(cè)。在這種模式下測(cè)量是連續(xù)性的，時(shí)間分辨率高。通過(guò)選擇重點(diǎn)和關(guān)鍵部位布設(shè)永久GNSS觀測(cè)站，在這些測(cè)站上不間斷觀測(cè)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。由于大壩變形的緩慢性，因而在對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理時(shí)，把一段時(shí)間的觀測(cè)數(shù)據(jù)作為一組，用靜態(tài)相對(duì)定位和動(dòng)態(tài)相對(duì)定位方式處理。

（三）GNSS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方式是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大壩的動(dòng)態(tài)變形，其特點(diǎn)是采樣密度高，例如每秒鐘采樣一次，而且要計(jì)算每個(gè)歷元的位置。數(shù)據(jù)處理主要采用運(yùn)動(dòng)中載波相位模糊度解法，用已求得的整周模糊度計(jì)算每一歷元接收機(jī)的位置，進(jìn)而分析大壩的變形特征及原因。變形監(jiān)測(cè)要求實(shí)時(shí)性，需要建立GNSS自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)了解監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的實(shí)時(shí)變化情況。GNSS技術(shù)作為一種新的監(jiān)測(cè)技術(shù)，在大壩的變形監(jiān)測(cè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，例如在隔河巖大壩建立的 GNSS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要包括數(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理。

（四）監(jiān)測(cè)信息的反饋和自動(dòng)報(bào)警技術(shù)

利用GNSS技術(shù)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)后需要將變形監(jiān)測(cè)情況發(fā)布在互聯(lián)網(wǎng)上，同時(shí)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成變形過(guò)程的圖表，能實(shí)時(shí)觀察到變形過(guò)程，并配合自動(dòng)報(bào)警技術(shù)，當(dāng)變形達(dá)到一定范圍后，自動(dòng)報(bào)警裝置自動(dòng)報(bào)警，使觀測(cè)人員能及時(shí)做出反應(yīng)，降低損失。

四、結(jié)語(yǔ)

總之，GPS技術(shù)不僅能明顯降低監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的成本費(fèi)用，它也具有高效率、高精確度、全天候等眾多特點(diǎn)。科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，測(cè)繪技術(shù)的日漸成熟，GPS技術(shù)的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣闊，未來(lái)也一定會(huì)出現(xiàn)更好的大壩GPS自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該技術(shù)有著較好的應(yīng)用前景。而GNSS技術(shù)具有監(jiān)測(cè)精度高、速度快、全天候測(cè)量和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì)，在大壩變形監(jiān)測(cè)的實(shí)踐中取得很重要的成果，利用GNSS技術(shù)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)獲得精度高的測(cè)量數(shù)據(jù)，為建立自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

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