大壩變形監(jiān)測自動化技術的運用與研究

馬杰 張歡

【摘要】當下，國民經濟快速發(fā)展，生產力水平提升，在一定程度上推動了水利事業(yè)的迅猛發(fā)展，從目前來看，我國對于水利工程大壩的整體質量特別關注。有效提升大壩質量能夠保證大壩的正常運行，而科學應用變形監(jiān)測自動化技術對于保障大壩安全至關重要?；诖?，本文對HNSS、GPS技術在大壩變形監(jiān)測中的運用進行了詳細地分析與探究。

【關鍵詞】大壩變形；監(jiān)測；自動化技術；運用

一、大壩變形的影響因素

我國的大壩數(shù)量也不斷增加，需要對大壩的變形要素進行連續(xù)、周期性的測定和實時、準確的安全監(jiān)測。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，導致大壩產生變形，水庫由于自身重力作用會導致庫底發(fā)生變形；壩體溫度變化，壩體的溫度隨著季節(jié)變化會使混凝土無規(guī)律的脹縮，會引起大壩壩頂下陷，新建成的大壩自身的混凝土會發(fā)生脹縮，這樣導致了壩體變形；時效變化，時效變化是由于混凝土熱脹冷縮引起的變形，和基礎巖層在載荷作用下產生時效變化，時效變化在施工或運營初期表現(xiàn)顯著，時間長久后，建筑會趨于穩(wěn)定，時效變化會變小。

二、GPS技術在大壩變形監(jiān)測中的應用

在大壩變形監(jiān)測中運用GPS定位技術是一種非常先進的高科技手段。當下世界上許多國家都特別重視此種檢測方式，并投入大量的人力物力開展試驗及研究。在大壩變形監(jiān)測中運用GPS技術是一種非常典型的應用，倘若利用GPS進行大壩變形監(jiān)測，一般有兩種方法：第一種監(jiān)測方法：采用GPS接收機。定時定點到指定的監(jiān)測點上進行觀測，對獲取的數(shù)據進行處理和分析；第二種監(jiān)測方法：在監(jiān)測站上安裝無人值守的GPS觀測系統(tǒng)。再由軟件的控制，完成實時監(jiān)測和變形分析。第一種方法費用比較低，但是勞動強度相對比較大，自動化程度比較低不能實時監(jiān)測；第二種方法不但能實時監(jiān)測，而且自動化程度也很高，但是由于GPS接收機要安裝在每個監(jiān)測點上，這樣就造成了系統(tǒng)的建設費用大大提高。在我們國家除了以上兩種方法，還自主開發(fā)了GPS多天線大壩變形監(jiān)測系統(tǒng)，讓一臺GPS接收機連接多臺天線，這樣既提高了自動化程度、降低了勞動強度，以此來實現(xiàn)實時監(jiān)測，同時也降低了成本費用，因為該GPS多天線大壩變形監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點突出。

三、GNSS技術在變形監(jiān)測中的主要應用

（一）GNSS周期性重復變形監(jiān)測

當被監(jiān)測工程的變形速率緩慢，在一定的空間域和時間域上被認作是穩(wěn)定的，可以利用GNSS周期性重復變形監(jiān)測。針對每一個周期測量監(jiān)測點之間的相對位置，經過計算兩個觀測周期之間的位置變化來測定其變形。監(jiān)測周期可以根據大壩的特性及危害程度來確定。這種模式是通過邊或網連接的方式建成監(jiān)測網，并用平差計算法得到監(jiān)測點的三維坐標，根據坐標差值來確定監(jiān)測點的變形量。

（二）GNSS固定連續(xù)性變形監(jiān)測

利用固定的監(jiān)測儀器對變形進行長時間的數(shù)據收集的方式稱為固定連續(xù)性變形監(jiān)測。在這種模式下測量是連續(xù)性的，時間分辨率高。通過選擇重點和關鍵部位布設永久GNSS觀測站，在這些測站上不間斷觀測，并進行數(shù)據處理。由于大壩變形的緩慢性，因而在對監(jiān)測數(shù)據處理時，把一段時間的觀測數(shù)據作為一組，用靜態(tài)相對定位和動態(tài)相對定位方式處理。

（三）GNSS實時動態(tài)監(jiān)測

實時動態(tài)監(jiān)測方式是實時監(jiān)測大壩的動態(tài)變形，其特點是采樣密度高，例如每秒鐘采樣一次，而且要計算每個歷元的位置。數(shù)據處理主要采用運動中載波相位模糊度解法，用已求得的整周模糊度計算每一歷元接收機的位置，進而分析大壩的變形特征及原因。變形監(jiān)測要求實時性，需要建立GNSS自動監(jiān)測系統(tǒng)，采用全天候實時監(jiān)測，能夠及時了解監(jiān)測點位置的實時變化情況。GNSS技術作為一種新的監(jiān)測技術，在大壩的變形監(jiān)測中應用越來越廣泛，例如在隔河巖大壩建立的 GNSS自動化監(jiān)測系統(tǒng)，主要包括數(shù)據的采集、傳輸和處理。

（四）監(jiān)測信息的反饋和自動報警技術

利用GNSS技術進行變形監(jiān)測后需要將變形監(jiān)測情況發(fā)布在互聯(lián)網上，同時利用計算機技術生成變形過程的圖表，能實時觀察到變形過程，并配合自動報警技術，當變形達到一定范圍后，自動報警裝置自動報警，使觀測人員能及時做出反應，降低損失。

四、結語

總之，GPS技術不僅能明顯降低監(jiān)測系統(tǒng)的成本費用，它也具有高效率、高精確度、全天候等眾多特點?？茖W技術的飛速發(fā)展，測繪技術的日漸成熟，GPS技術的應用范圍也越來越廣闊，未來也一定會出現(xiàn)更好的大壩GPS自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)，該技術有著較好的應用前景。而GNSS技術具有監(jiān)測精度高、速度快、全天候測量和自動化監(jiān)測等優(yōu)勢，在大壩變形監(jiān)測的實踐中取得很重要的成果，利用GNSS技術的自動化數(shù)據處理系統(tǒng)獲得精度高的測量數(shù)據，為建立自動化監(jiān)測系統(tǒng)奠定了基礎。

參考文獻

[1]海翔，馬嘯.西霞院大壩外部變形監(jiān)測系統(tǒng)自動化改造方案設計綜述[J].中國水運（下半月），2015（12）：105～108.

[2]陶杰，羅小寶.GPS在變形監(jiān)測中的技術及相關應用[J].科技與企業(yè)，2015（05）：145.

[3]付淑娟.基于差分技術的大壩表面變形監(jiān)測研究[J].山東水利，2015（01）：28～30.

[4]阮俞嫻.大黑汀大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)防雷改造技術[J].楊凌職業(yè)技術學院學報，2015（03）：25～26，29.