大壩GPS表面位移觀測(cè)方案

1、1 工程概況參考本大壩監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)資料2 編寫(xiě)依據(jù)(1) 工程測(cè)量規(guī)范GB50026-2007(2)全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范 GB/T 18314-2009(3) 精密工程測(cè)量規(guī)范GB/T 153-94(4) 國(guó)家三角測(cè)量規(guī)范GB/T 17942-2000(5) 測(cè)繪技術(shù)總結(jié)編寫(xiě)規(guī)定CH/T 1001-2005(6) 本大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方案(7) 混凝土大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范SDJ336-893傳統(tǒng)表面變形監(jiān)測(cè)方案及精度估算1.1 傳統(tǒng)表面變形監(jiān)測(cè)方案目前大壩常規(guī)的監(jiān)測(cè)方法是將水平位移和垂直位移分開(kāi)觀測(cè)1.1.1 水平位移監(jiān)測(cè)水平位移監(jiān)測(cè)有如下幾種方法：引張線法，視準(zhǔn)線法，激光準(zhǔn)直法，正/倒垂

2、線法，前方交會(huì)法和精密導(dǎo)線法等。4引張線法該法采用一條不銹鋼鋼絲（直徑 0.61.2mm）在兩端點(diǎn)處施加張力，使其 在水平面的投影為直線從而測(cè)出被測(cè)點(diǎn)相對(duì)于該直線的偏距。引張線法的特點(diǎn) 是：受外界影響小，應(yīng)用普遍。其測(cè)量精度主要取決于讀數(shù)精度，人工讀數(shù)精度 為d0.2mmt 0.3mm ,自動(dòng)讀數(shù)精度優(yōu)于 如.1mm。但引張線的兩端一般要設(shè)有 正倒垂線，以提供測(cè)量的基準(zhǔn)，客觀上增加了系統(tǒng)的成本。4視準(zhǔn)線法視準(zhǔn)線法用于測(cè)量直線型大壩的水平位移，對(duì)于非直線型大壩，可采用分 段視準(zhǔn)線的方法施測(cè)。視準(zhǔn)線法又可分為活動(dòng)硯牌法和測(cè)小角法。測(cè)小角法精度優(yōu)于活動(dòng)硯牌法。 視準(zhǔn)線法的特點(diǎn)是：工程造價(jià)低，精度低，

3、不易實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)觀測(cè)，受外界條件的 影響比較大，而且變形值不能超出系統(tǒng)的最大偏距值。本激光準(zhǔn)直法激光準(zhǔn)直法利用激光的單色性好和方向性強(qiáng)的特點(diǎn)，建立起一條物理的視準(zhǔn) 線作為測(cè)量基準(zhǔn)，根據(jù)測(cè)量原理的不同可分為直接準(zhǔn)直和衍射法準(zhǔn)直，后者精度 高于前者。對(duì)于衍射法準(zhǔn)直，根據(jù)其傳播介質(zhì)不同，主要有 2種方式：大氣激光 準(zhǔn)直和真空激光準(zhǔn)直。a大氣激光準(zhǔn)直大氣激光準(zhǔn)直讓激光直接在大氣中傳播，應(yīng)用對(duì)象是壩長(zhǎng)小于 300m、壩高較 低的大壩，如泉水雙曲薄拱壩（壩長(zhǎng)109m）,測(cè)量相對(duì)精度為10'5-10'6o大 氣激光準(zhǔn)直由于受大氣折射及喘流的影響而引起光束的抖動(dòng)， 測(cè)量精度低且不易 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化觀

4、測(cè)。最新發(fā)展是采用 CCD技術(shù)，消除了光斑隨機(jī)抖動(dòng)的難題，實(shí) 現(xiàn)了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，測(cè)量精度達(dá)+/-0.1mm,在南梗河閘壩頂及陜西韓城電廠等工 程中有著成功的應(yīng)用。b真空激光準(zhǔn)直真空激光準(zhǔn)直將波帶板激光準(zhǔn)直系統(tǒng)置于一個(gè)真空管道中，減少了光束的折 射和抖動(dòng)的誤差，綜合精度高達(dá)1*10'72*10'7。與引張線法相當(dāng)，主要用于 長(zhǎng)壩、高壩的變形觀測(cè)，已成功應(yīng)用于太平哨、豐滿、龔且、云峰、桓仁'寶珠寺等工 程。激光準(zhǔn)直法的發(fā)展方向是雙向位移觀測(cè)（垂直位移和上下游水平位移），在 兩端點(diǎn)處安裝倒垂線作為水平位移的基準(zhǔn)點(diǎn)，安裝雙金屬標(biāo)作為順治位移的基準(zhǔn) 以實(shí)現(xiàn)雙向位移觀測(cè)。本正倒垂線法

5、正倒垂線既可以實(shí)現(xiàn)水平位移監(jiān)測(cè)，又可以實(shí)現(xiàn)土壩的撓度觀測(cè)。正垂線是 一端固定于壩頂附近，另一端懸掛重錘，以便觀測(cè)壩體各點(diǎn)間及壩體相對(duì)于壩基 的位移觀測(cè)，以及壩體的撓度觀測(cè)。倒垂線是一端埋設(shè)在大壩基礎(chǔ)深層基巖處， 另一端浮起，來(lái)測(cè)定大壩的絕對(duì)位移。新近研制的垂線觀測(cè)儀采用線陣 CCD傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)讀數(shù)，在X, Y方向上 的坐標(biāo)精度優(yōu)于d0.1mm。本 前方交會(huì)法對(duì)于拱壩的拱冠或下游面等觀測(cè)效率比較低或觀測(cè)位置不易到達(dá)的點(diǎn)位進(jìn) 行觀測(cè)時(shí)，可以用角度前方交會(huì)法測(cè)定其水平位移。前方交會(huì)的誤差源有：測(cè)角誤差，交會(huì)角及圖形結(jié)構(gòu)基線長(zhǎng)度外界條件的變 化等因素。其實(shí)際精度一般為 由mm-± 3mm,

6、精度較低，另外其測(cè)量和計(jì)算過(guò) 程復(fù)雜，因此不單獨(dú)使用，而是作為備用手段或配合其他方法使用。4精密導(dǎo)線法精密導(dǎo)線作為監(jiān)測(cè)拱壩水平位移的方法，應(yīng)用比較廣泛，但量邊工作量大， 測(cè)角的旁折光影響大。為克服這些問(wèn)題，宣布設(shè)成類似于高能物理加速器工程中 的測(cè)高直伸環(huán)形網(wǎng)，通過(guò)測(cè)量狹長(zhǎng)三角形的邊長(zhǎng)和高的途徑來(lái)間接提高測(cè)角精 度。從而避免旁折光的影響。該法的精度取決于量邊精度，如果用鈿瓦尺量邊，精度完全可以達(dá)到亞毫米級(jí)。但觀測(cè)方法繁瑣，計(jì)算復(fù)雜，誤差逐點(diǎn)累加，可靠 性差，工作效率低。1.1.2 垂直位移監(jiān)測(cè)垂直位移監(jiān)測(cè)主要有幾何水準(zhǔn)法和流體靜力水準(zhǔn)法。本幾何水準(zhǔn)法幾何水準(zhǔn)法是垂直位移監(jiān)測(cè)的主要方法， 精度容易

7、滿足。主要的測(cè)量工作有： a.由水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)校測(cè)各工作基點(diǎn)，對(duì)混凝土大壩和土壩分別用一、二等水準(zhǔn) 測(cè)量；b.用工作基點(diǎn)測(cè)定各變形點(diǎn)，較上述要求可降低一個(gè)等級(jí)。幾何水準(zhǔn)法可以滿足大部分要求，主要問(wèn)題是觀測(cè)自動(dòng)化問(wèn)題，目前可考慮 采用電子水準(zhǔn)儀（每公里往返測(cè)高差誤差為 i0.3mm-±0.4mm）,可以顯著工作 效率。本流體靜力水準(zhǔn)法流體靜力水準(zhǔn)法測(cè)量原理是連通管原理。用連通管法測(cè)定垂直位移，一般可采用移動(dòng)式的連通管，根據(jù)起測(cè)基點(diǎn)的高程，通過(guò)連通管測(cè)得的高差，來(lái)引測(cè)標(biāo) 點(diǎn)的高程。連通管由膠管、玻璃管及刻劃尺等組成。該法不受大氣折光的影響， 很容易實(shí)現(xiàn)讀數(shù)及傳輸?shù)淖詣?dòng)化，測(cè)量精度優(yōu)于 S.l

8、mm,在垂直位移監(jiān)測(cè)中有 著廣泛的應(yīng)用。但連通管法受溫度的影響較大， 不夠穩(wěn)定，而且測(cè)點(diǎn)基本上要處 于同一水平位置，高差測(cè)量范圍較小。近年來(lái)研制開(kāi)發(fā)出了通過(guò)壓力傳感器測(cè)量 液體壓力的變化來(lái)計(jì)算高差變化的儀器，擴(kuò)大了測(cè)量范圍。1.2 傳統(tǒng)觀測(cè)方案誤差來(lái)源測(cè)量誤差總體上分為三類：與操作者有關(guān)誤差、與儀器有關(guān)誤差以及與環(huán)境 有關(guān)誤差。隨著現(xiàn)在儀器的逐漸進(jìn)步以及觀測(cè)方法的改進(jìn)，觀測(cè)者只要認(rèn)真按照規(guī)范操 作，與觀測(cè)者有關(guān)的誤差可以降至很小，而與環(huán)境相關(guān)誤差如果能精確測(cè)定環(huán)境 溫度，氣壓及濕度，再避免在大氣環(huán)境劇烈變化等不利環(huán)境下觀測(cè)， 與觀測(cè)相關(guān) 的誤差同樣可以降到可以接受的程度。 當(dāng)前，制約觀測(cè)精度提

9、高的瓶頸仍然是觀測(cè)儀器自身的穩(wěn)定性及精度。4 傳統(tǒng)方案的局限性由于受現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)條件限制以及常規(guī)儀器自身不可避免的缺陷，傳統(tǒng)的觀測(cè)方案存在以下缺點(diǎn)：4.1 觀測(cè)精度低由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，工作基點(diǎn)大都離監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)公里遠(yuǎn)。距離的增加，各類誤差如目標(biāo)照準(zhǔn)誤差，大氣改正誤差，尤其是測(cè)角和測(cè)距誤差對(duì)點(diǎn)位的綜合誤差明顯增大。4.2 受通視條件限制常規(guī)儀器觀測(cè)要求觀測(cè)點(diǎn)與工作基點(diǎn)之間，工作基點(diǎn)與工作基點(diǎn)之間通視，這是制約現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的一個(gè)很大瓶頸。現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜，部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在較高的危巖體邊緣，很難找到比較合適的工作基點(diǎn)能與所有的監(jiān)測(cè)點(diǎn)通視。通視條件限制同樣是導(dǎo)致觀測(cè)距離增加的主要原因。因?yàn)椴糠直O(jiān)測(cè)點(diǎn)所在高程較高，導(dǎo)致

10、工作基點(diǎn)選在較遠(yuǎn)的山頭，造成仰角過(guò)大，大氣折光差增大。4.3 受氣候影響大受制于光電測(cè)距的原理，全站儀等常規(guī)只能在光照不太強(qiáng)或者陰天的情況下工作，而一旦陽(yáng)光強(qiáng)烈則會(huì)對(duì)全站儀自動(dòng)尋找目標(biāo)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，無(wú)法觀測(cè)。晴天時(shí)，一天之中只有早上10 點(diǎn)前，下午4 點(diǎn)半后幾個(gè)小時(shí)的有利觀測(cè)時(shí)段。同樣在陰雨天氣和有霧天氣也無(wú)法觀測(cè)，而陰雨天體卻是邊坡變形最嚴(yán)重的時(shí)期，此時(shí)無(wú)法觀測(cè)導(dǎo)致光學(xué)儀器方案變形監(jiān)測(cè)無(wú)法很及時(shí)地發(fā)現(xiàn)邊坡變形。4.4 勞動(dòng)強(qiáng)度大傳統(tǒng)的方案需要進(jìn)行多測(cè)回測(cè)角、測(cè)距并且要精確測(cè)定大氣改正參數(shù)并進(jìn)行多項(xiàng)誤差改正才能達(dá)到相應(yīng)的觀測(cè)精度，這導(dǎo)致外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、實(shí)際作業(yè)中效 率非常低。常規(guī)監(jiān)測(cè)方法在很長(zhǎng)

11、一段時(shí)間內(nèi)為大壩，大型建筑物等形變監(jiān)測(cè)作出了貢 獻(xiàn)，但其監(jiān)測(cè)方法時(shí)效性低，測(cè)量成果不具有同時(shí)性，降低了成果的科學(xué)性和使 用價(jià)值，而且采用常規(guī)方法觀測(cè)周期長(zhǎng)，無(wú)法實(shí)時(shí)地了解建筑物的變形情況。5 GPS 變形監(jiān)測(cè)的必要性、可行性及其優(yōu)勢(shì)5.1 GPS變形監(jiān)測(cè)的必要性前面已經(jīng)指出，在大壩采用常規(guī)儀器進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)精度有限，受天氣環(huán)境影響較大，且受到現(xiàn)場(chǎng)通視條件差的嚴(yán)重制約，不能很好地滿足大壩安全監(jiān)測(cè)的要求。 因此， 尋找一種高精度、高效率且不受通視條所限的新方法對(duì)大壩變面位移進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)顯得尤為必要。國(guó)內(nèi)外很多成功案例表明：GP皎形監(jiān)測(cè)方法被認(rèn)為是在邊坡、大壩變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域最有發(fā)展前景的一種新方法。5.

12、2 GPS全球定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介及應(yīng)用于變形監(jiān)測(cè)的可行性5.2.1 GPS 全球定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介GPS (Global Positioning System)全球定位系統(tǒng)是由美國(guó)國(guó)防部牽頭研發(fā)并負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)管理的一套衛(wèi)星導(dǎo)航定位、授時(shí)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由布設(shè)在太空中的24顆GPS#航衛(wèi)星組成的空中部分、一個(gè)地面控制中心、三個(gè)注入站、五個(gè)監(jiān)測(cè)站組成的地面控制系統(tǒng)，以及用戶接收機(jī)三大部分組成。系統(tǒng)于1973 年獲批準(zhǔn)建設(shè)， 1993年 7 月初步實(shí)現(xiàn)全球定位能力，1996年 4月系統(tǒng)具備完全的全球定位能力。GPSB建成以來(lái)，其在軍事、交通、測(cè)繪、農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng) 用。5.2.2 GPS 全球定位系統(tǒng)在測(cè)繪

13、領(lǐng)域中的應(yīng)用GPS技術(shù)自應(yīng)用在測(cè)繪領(lǐng)域以來(lái)，已經(jīng)對(duì)整個(gè)測(cè)繪技術(shù)產(chǎn)生了革命性的影響， 直接導(dǎo)致三角測(cè)量等傳統(tǒng)測(cè)繪方法走入歷史，目前在測(cè)繪領(lǐng)域中的應(yīng)用主要有：( 1)建立和維持全球性的參考框架目前GPS已經(jīng)成為建立、維持全球性參考框架的重要手段。以高精度、測(cè)站 數(shù)最多的國(guó)際地球參考框架ITRF2000為例，該坐標(biāo)框架樞紐站的地心坐標(biāo)優(yōu)于4mm比例尺的精度優(yōu)于0.5ppb。（ 2）建立各級(jí)國(guó)家控制網(wǎng)由于GPSt位技術(shù)具有高精度、全天候、測(cè)站間無(wú)需通視等優(yōu)點(diǎn)，因而已基 本取代傳統(tǒng)方法而成為建立各級(jí)平面控制網(wǎng)的主要手段。用GPSK術(shù)建立起的國(guó) 家控制網(wǎng)有兩種，一種是仿照傳統(tǒng)方法在全國(guó)范圍內(nèi)布設(shè) A級(jí)網(wǎng)和

14、B級(jí)網(wǎng)，然后 再加密C級(jí)網(wǎng)和D級(jí)網(wǎng)。另一種方法是建立起全國(guó)性的連續(xù)運(yùn)行參考站，再在此基礎(chǔ)上布設(shè)GPS點(diǎn)來(lái)組成國(guó)家平面控制網(wǎng)。（ 3）布設(shè)城市控制網(wǎng)、工程測(cè)量控制網(wǎng)，進(jìn)行各種工程測(cè)量國(guó)內(nèi)外資料表明，利用 GPS來(lái)布設(shè)國(guó)家控制網(wǎng)、城市控制網(wǎng)、工程測(cè)量控制網(wǎng)時(shí)， 所需要的時(shí)間約為常規(guī)方法的1/6, 所需費(fèi)用約為常規(guī)方法的1/3 ， 而且精度也比常規(guī)方法好，因而得到了廣泛的應(yīng)用。（ 4）在航空攝影測(cè)量中的應(yīng)用在傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量作業(yè)模式中，需要在測(cè)區(qū)終布設(shè)一定數(shù)量的大地控制點(diǎn)，在困難地區(qū)這是一項(xiàng)十分艱巨的任務(wù)。 而利用安置在航測(cè)飛機(jī)上的 GPSR收 機(jī)來(lái)測(cè)量航空攝影儀的光學(xué)中心在曝光瞬間的三維坐標(biāo)，就

15、可以大量減少甚至不需要地面控制點(diǎn)。5.3 GPS技術(shù)應(yīng)用于變形監(jiān)測(cè)的可行性GPS 自應(yīng)用到測(cè)繪領(lǐng)域以來(lái)，人們就一直在努力探索其在變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的可行性，并取的較大進(jìn)展。目前GPS應(yīng)用在變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的成功案例不勝枚舉，理論及方法已經(jīng)得到完善且趨于成熟。隔河巖大壩外觀變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和龍羊峽水電站近壩庫(kù)岸滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)這兩個(gè)工程成功應(yīng)用實(shí)例可以說(shuō)是國(guó)內(nèi)將GPS技術(shù)應(yīng)用在大壩變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的先驅(qū)。南方測(cè)繪于近年在變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域取得巨大突破，已成功實(shí)施大冶鐵礦GP皎形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、以中國(guó)安全生產(chǎn)研究院合作的北京首云 鐵礦GP皎形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、張河灣抽水蓄能電站上水庫(kù)GPSS面位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等項(xiàng) 目。 下面從宏觀上介紹隔河巖

16、、龍羊峽兩個(gè)經(jīng)典變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，再?gòu)奈⒂^上介紹南方測(cè)繪在張河灣抽水蓄能電站上水庫(kù)GPS變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的技術(shù)手段和方法。5.3.1 隔河巖大壩外觀變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)模式清江隔河巖大壩外觀變形GPS1續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院（原武 漢測(cè)繪科技大學(xué)大地測(cè)量系）承擔(dān)的一項(xiàng)前瞻性的科研項(xiàng)目及工程實(shí)踐。該系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)最早將GPSJ術(shù)應(yīng)用在大壩變形監(jiān)測(cè)的工程實(shí)例。4.3.1.1 隔河巖大壩外觀變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成隔河巖大壩外觀變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理分析管理等三個(gè)部分組成。（ 1）數(shù)據(jù)采集部分隔河巖大壩外觀變形GPS自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集工作是在 GPS1- GPS7S 7個(gè)站上進(jìn)

17、行的。其中GPS儕口 GPS劾位于大壩下游清江兩岸的兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。它 們是整個(gè)大壩變形監(jiān)測(cè)中的參照基準(zhǔn)，位于地質(zhì)條件良好，點(diǎn)位穩(wěn)定，能提供電源且適合進(jìn)行GPSB測(cè)的地方。GPS3-GPS泣于大壩壩面上有代表性的重要部位 上，均與大壩上的原變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)重合。（b） 數(shù)據(jù)傳輸部分及時(shí)準(zhǔn)確地傳輸觀測(cè)資料及其它有關(guān)信息是GPS自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在壩面觀測(cè)室中設(shè)置一臺(tái)工控機(jī)。該工控機(jī)通過(guò)RS-232多用口遠(yuǎn)距離通訊方式將壩面上5 臺(tái)接收機(jī)的面板信息實(shí)時(shí)傳送至總控室的微機(jī)中，同時(shí)又通過(guò)多路開(kāi)關(guān)按總控室設(shè)置的時(shí)間間隔定時(shí)將上述5 臺(tái)接收機(jī)所采集到的數(shù)據(jù)（ 觀測(cè)值和衛(wèi)星星歷等） 傳回（ 卸載至） 服務(wù)

18、器中，傳輸介質(zhì)均采用光纖?；鶞?zhǔn)站離總控室較遠(yuǎn)，GPS2又位于清江對(duì)岸，加上受地形地貌條件的限制，鋪設(shè)光纖難度很大，故采用無(wú)線通訊方式。為提高抗干擾能力，采用了DS擴(kuò)頻技術(shù)。無(wú)線通訊的頻率為 2. 4G,數(shù)據(jù)傳卒U速率為2Mbps。通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸部 分可以把監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的各種設(shè)備聯(lián)成一個(gè)整體。從總控室中可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各臺(tái) GPS接收機(jī)的工作狀況，并可發(fā)布指令控制各接收機(jī)的運(yùn)行（如采樣間隔，截止高度角，時(shí)段長(zhǎng)度等） 。（c） 數(shù)據(jù)處理分析管理部分這部分是整個(gè)系統(tǒng)能自動(dòng)運(yùn)行的關(guān)鍵，主要由總控，數(shù)據(jù)處理，變形分析 和數(shù)據(jù)庫(kù)管理等四個(gè)軟件和服務(wù)器、工作站、微機(jī)等設(shè)備組成?？偪氐娜蝿?wù)除了對(duì)各接收機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行

19、監(jiān)測(cè)和控制外，還有: 從服務(wù)器中取得各接收機(jī)的觀測(cè)資料并發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行自動(dòng)處理，然后從它那里取得計(jì)算結(jié)果。 將計(jì)算結(jié)果送給變形分析模塊進(jìn)行變形分析。 將觀測(cè)資料，基線處理和網(wǎng)平差結(jié)果以及變形分析結(jié)果裝人數(shù)據(jù)庫(kù)，供數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊使用。5.3.2龍羊峽水電站滑坡GPS測(cè)及定期復(fù)測(cè)模式 4.3.2.1龍羊峽水電站GPS骨坡監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)介龍羊峽水電站近壩庫(kù)岸滑坡由6 號(hào)地段和7 號(hào)地段組成，共設(shè)有50 多個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)。由于范圍大點(diǎn)位多; 接收機(jī)等設(shè)備的安全無(wú)保證; 長(zhǎng)期連續(xù)供電的問(wèn)題難以解決且監(jiān)測(cè)精度也較低等原因，不宜也無(wú)必要采取長(zhǎng)期連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的模式，定期復(fù)測(cè)模式比較適宜。由于滑坡的坡度很陡，故在

20、多數(shù)情況下需從水庫(kù)對(duì)岸的基準(zhǔn)點(diǎn)上進(jìn)行觀測(cè)。這就導(dǎo)致了距離過(guò)長(zhǎng)（6 號(hào)地段的平均邊長(zhǎng)為6. 5km, 7號(hào)地段平均邊長(zhǎng)為4km），監(jiān)測(cè)精度偏低（平面位置的中誤差為2.2cm,三角高程的中誤差為 5. 7cm）。根據(jù)方案設(shè)計(jì)，GPSS位精度定為：平面位置 5mm高程（大地高）l Omm=上述精度較常規(guī)監(jiān)測(cè)方法的精度有較大幅度的提高（ 中誤差已降為原來(lái)的1/5 左右），而且付出的代價(jià)也較低，估計(jì)經(jīng)短時(shí)間的 GPSB測(cè)后即可獲得滿足要求的觀測(cè)結(jié)果。5.3.3 兩種監(jiān)測(cè)模式的優(yōu)缺點(diǎn)（1） 長(zhǎng)期連續(xù)的監(jiān)測(cè)方式具有下列優(yōu)點(diǎn):a） 可以較完善地消除接收機(jī)天線的安置誤差（ 如對(duì)中誤差，整平誤差，定向誤差，量測(cè)天

21、線高的誤差等） 的影響。b） 由于數(shù)據(jù)量特別多，故可通過(guò)濾波及平滑等技術(shù)來(lái)消除噪聲，提取大壩變形信息，獲得高精度的結(jié)果。c） 易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和作業(yè)效率。（2） 長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)模式的缺點(diǎn)是:a）每個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)上均需長(zhǎng)期安置一臺(tái)CPSR收機(jī)，監(jiān)測(cè)成本較高。b) 需提供長(zhǎng)期穩(wěn)定的電源.(3) 定期 (或不定期 )復(fù)測(cè)模式的優(yōu)點(diǎn)為:a)不長(zhǎng)期占用GPSg收機(jī)。復(fù)測(cè)期外接收機(jī)可用于其它用途，利用率高。b) 儀器設(shè)備的安全及供電等問(wèn)題容易解決。(4) 定期( 或不定期 ) 復(fù)測(cè)模式的缺點(diǎn)是:a) 儀器的安置誤差難以完全消除，加之?dāng)?shù)據(jù)量又較少，要求達(dá)到精度時(shí)( 尤其是高程 )需要較長(zhǎng)的觀測(cè)

22、時(shí)間。b)勞動(dòng)強(qiáng)度較長(zhǎng)期模式大，響應(yīng)速度較慢。5.3.4張河灣抽水蓄能電站上水庫(kù)GPSft面變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)4.3.4.1 張河灣抽水蓄能電站上水庫(kù) GPSI面變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介上水庫(kù)表面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布于上水庫(kù)壩體下游坡面、防浪墻、 庫(kù)岸邊坡及近壩址巖坡表面等部位，總共59個(gè)間斷性監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中防浪墻頂(ST)表面測(cè)點(diǎn) 13個(gè)，壩頂下游側(cè)表面測(cè)點(diǎn)5(GPS斤，下游壩坡面表面測(cè)點(diǎn)19(LD)個(gè)，壩坡面 觀測(cè)房頂表面測(cè)點(diǎn)4(TD)個(gè)，庫(kù)周基巖表面測(cè)點(diǎn)18(LR)個(gè)。由于上庫(kù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位較多、分布廣， 采用長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行模式電源等問(wèn)題不好解決；而定期復(fù)測(cè)模式由于周期長(zhǎng)，工作量較長(zhǎng)期模式較大，因而我們?cè)谏蠋?kù)采取了“

23、半自動(dòng)”的觀測(cè)方案。具體實(shí)現(xiàn)方案為：選取部分關(guān)鍵點(diǎn)采取長(zhǎng)期連續(xù)的運(yùn)行方法，對(duì)某些監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用定期復(fù)測(cè)的模式。 “半自動(dòng)”的觀測(cè)方案很好的解決了上述提出的問(wèn)題。4.3.4.2 系統(tǒng)整體介紹系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)傳輸部分、監(jiān)控中心三部分組成1、數(shù)據(jù)采集部分在庫(kù)區(qū)周邊地質(zhì)條件好的、覆蓋層較薄的山坡新鮮基巖上設(shè)置2 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)， 利用2臺(tái)GPS8收機(jī)進(jìn)行連續(xù)跟蹤測(cè)量，基站如圖2.1 ,監(jiān)測(cè)站在分別位于壩頂、壩坡、壩基上如圖2.2. 數(shù)據(jù)采集工作在所有59個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中進(jìn)行。圖2.1基準(zhǔn)站圖2.2觀測(cè)站2、數(shù)據(jù)通訊部分無(wú)線網(wǎng)橋，通常是用于多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連接，作用距離從幾百米到幾十公 里。它廣泛應(yīng)用在不同建筑物間網(wǎng)

24、絡(luò)的互聯(lián)。根據(jù)協(xié)議不同，無(wú)線網(wǎng)橋又 可以分為 2.4GHz頻段的802.11b或802.11G 以及采用 5.8GHz頻段的 802.11a無(wú)線網(wǎng)橋。無(wú)線網(wǎng)橋有三種工作方式，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)，中繼連 接。無(wú)線網(wǎng)橋通常是用于室外，主要用于連接兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)，使用無(wú)線網(wǎng)橋不 可能只使用一個(gè)，必需兩個(gè)以上。無(wú)線網(wǎng)橋功率大，傳輸距離遠(yuǎn)（最大可 達(dá)約50km）,抗干擾能力強(qiáng)等，不自帶天線，一般配備拋物面天線實(shí)現(xiàn)長(zhǎng) 距離的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。張河灣抽水蓄能電站上水庫(kù) GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸引入了無(wú)線網(wǎng)橋的技 術(shù)。無(wú)線網(wǎng)橋技術(shù)的引入拋棄了傳統(tǒng)的銅線或光纖，利用無(wú)線通訊技術(shù)，以空氣作為媒介進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn) GPS接

25、收機(jī)數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心服務(wù)器 的目的。上水庫(kù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布較廣且地形復(fù)雜、 位置偏僻，與監(jiān)控中心相距較遠(yuǎn)，利用 傳統(tǒng)的有線連接方式，不僅成本高昂、施工周期長(zhǎng)，且因障礙而難以架設(shè)線纜。 更重要的是，有線傳輸?shù)目篂?zāi)性比較差，在大風(fēng)、暴雨、決口等惡劣環(huán)境下，有 線線路極易遭到破壞，GP漱據(jù)將無(wú)法及時(shí)傳遞，難以滿足水庫(kù)大壩監(jiān)測(cè)高可靠 性要求。無(wú)線網(wǎng)橋在各種惡劣天氣情況下， 都能正常運(yùn)行；安裝方便，無(wú)需鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò) 電纜，可大量節(jié)省投資；具有極強(qiáng)的靈活性和可擴(kuò)充性，全面實(shí)現(xiàn)采集自動(dòng)化、 智能化和網(wǎng)絡(luò)化。圖3.1固定在控制中心樓頂?shù)臒o(wú)線AP圖3.2監(jiān)測(cè)站無(wú)線網(wǎng)橋的搭建3、監(jiān)控中心監(jiān)控中心負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理、分析、管

26、理、發(fā)布等工作。工監(jiān)控中心布置在值班 樓一樓的監(jiān)測(cè)辦公室內(nèi)，如圖4.1圖4.1控制中心5.4 GPS技術(shù)應(yīng)用于變形監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)相比較于傳統(tǒng)的測(cè)量手段，GP或術(shù)有著傳統(tǒng)方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)，主要如 下：5.4.1 定位精度高應(yīng)用實(shí)踐表明已經(jīng)表明， GPS相對(duì)定位精度在 50km以內(nèi)可達(dá)到10 6, 100-500km可達(dá)到10 7 , 1000km以上可以達(dá)到10 9。在300-1500m工程精密定 位中，一小時(shí)以上觀測(cè)的解其平面位置誤差小于 3mm。5.4.2 觀測(cè)時(shí)間短隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前20km以內(nèi)相對(duì)靜態(tài)定位，僅需15-20 分鐘，快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)

27、站與基準(zhǔn)站相距在15km 以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站觀測(cè)時(shí)間只需1-2 分鐘；動(dòng)態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，流動(dòng)站出發(fā)時(shí)觀測(cè)1-2 分鐘，然后可隨時(shí)定位，每站僅需幾秒鐘。對(duì)于大壩變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，通過(guò)實(shí)踐表明1 小時(shí)解的相對(duì)定位就可以到3mm的平面精度，這是傳統(tǒng)方法很難企及的。5.4.3 測(cè)站間無(wú)需通視GPS測(cè)量不要求測(cè)站之間相互通視，只需測(cè)站上空開(kāi)闊即可，因此可節(jié)省大量的造標(biāo)費(fèi)用。由于無(wú)需點(diǎn)間通視，點(diǎn)位位置可根據(jù)需要，可稀可密，使選點(diǎn)工作甚為靈活，也可以省去經(jīng)典大地網(wǎng)中的傳算點(diǎn)，過(guò)度點(diǎn)的測(cè)量工作.從而節(jié)省監(jiān)測(cè)成本。5.4.4 可提供三維坐標(biāo)經(jīng)典大地測(cè)量將平面與高程采用不同方法分別施測(cè)。GPS可以通視精確確定站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。對(duì)于變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，大多時(shí)候甚至可以直接采用GPS 定位的WGS84坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，做到真正的三維監(jiān)測(cè)。5.4.5 操作簡(jiǎn)便隨著 GPS 接收機(jī)不斷改進(jìn)，自動(dòng)化程度越來(lái)越高，有的已達(dá)傻瓜化程度， 接收機(jī)的體積越來(lái)越小，重量越來(lái)越輕，極大地減輕測(cè)量工作者的工作緊張程度和勞動(dòng)強(qiáng)度。使野外的工作變得輕松。5.4.6 全天候作業(yè)目前 GPS 觀測(cè)可在一天的24 小時(shí)任何時(shí)間進(jìn)行，不受陰天，黑夜，起霧刮風(fēng)， 下雨下雪等氣候的影響。這對(duì)于變形監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)尤為重要。而降雨是誘發(fā)邊坡變形的主要原因之一，但傳統(tǒng)方法在雨天很難觀測(cè)，無(wú)法做到及時(shí)監(jiān)