大坝变形监测自动化技术的运用与研究

马杰 张欢

【摘要】当下，国民经济快速发展，生产力水平提升，在一定程度上推动了水利事业的迅猛发展，从目前来看，我国对于水利工程大坝的整体质量特别关注。有效提升大坝质量能够保证大坝的正常运行，而科学应用变形监测自动化技术对于保障大坝安全至关重要。基于此，本文对HNSS、GPS技术在大坝变形监测中的运用进行了详细地分析与探究。

【关键词】大坝变形；监测；自动化技术；运用

一、大坝变形的影响因素

我国的大坝数量也不断增加，需要对大坝的变形要素进行连续、周期性的测定和实时、准确的安全监测。大坝变形的主要因素包括：静水压力的作用，大坝外体受到水平推力，导致大坝产生变形，水库由于自身重力作用会导致库底发生变形；坝体温度变化，坝体的温度随着季节变化会使混凝土无规律的胀缩，会引起大坝坝顶下陷，新建成的大坝自身的混凝土会发生胀缩，这样导致了坝体变形；时效变化，时效变化是由于混凝土热胀冷缩引起的变形，和基础岩层在载荷作用下产生时效变化，时效变化在施工或运营初期表现显著，时间长久后，建筑会趋于稳定，时效变化会变小。

二、GPS技术在大坝变形监测中的应用

在大坝变形监测中运用GPS定位技术是一种非常先进的高科技手段。当下世界上许多国家都特别重视此种检测方式，并投入大量的人力物力开展试验及研究。在大坝变形监测中运用GPS技术是一种非常典型的应用，倘若利用GPS进行大坝变形监测，一般有两种方法：第一种监测方法：采用GPS接收机。定时定点到指定的监测点上进行观测，对获取的数据进行处理和分析；第二种监测方法：在监测站上安装无人值守的GPS观测系统。再由软件的控制，完成实时监测和变形分析。第一种方法费用比较低，但是劳动强度相对比较大，自动化程度比较低不能实时监测；第二种方法不但能实时监测，而且自动化程度也很高，但是由于GPS接收机要安装在每个监测点上，这样就造成了系统的建设费用大大提高。在我们国家除了以上两种方法，还自主开发了GPS多天线大坝变形监测系统，让一台GPS接收机连接多台天线，这样既提高了自动化程度、降低了劳动强度，以此来实现实时监测，同时也降低了成本费用，因为该GPS多天线大坝变形监测系统的优点突出。

三、GNSS技术在变形监测中的主要应用

（一）GNSS周期性重复变形监测

当被监测工程的变形速率缓慢，在一定的空间域和时间域上被认作是稳定的，可以利用GNSS周期性重复变形监测。针对每一个周期测量监测点之间的相对位置，经过计算两个观测周期之间的位置变化来测定其变形。监测周期可以根据大坝的特性及危害程度来确定。这种模式是通过边或网连接的方式建成监测网，并用平差计算法得到监测点的三维坐标，根据坐标差值来确定监测点的变形量。

（二）GNSS固定连续性变形监测

利用固定的监测仪器对变形进行长时间的数据收集的方式称为固定连续性变形监测。在这种模式下测量是连续性的，时间分辨率高。通过选择重点和关键部位布设永久GNSS观测站，在这些测站上不间断观测，并进行数据处理。由于大坝变形的缓慢性，因而在對监测数据处理时，把一段时间的观测数据作为一组，用静态相对定位和动态相对定位方式处理。

（三）GNSS实时动态监测

实时动态监测方式是实时监测大坝的动态变形，其特点是采样密度高，例如每秒钟采样一次，而且要计算每个历元的位置。数据处理主要采用运动中载波相位模糊度解法，用已求得的整周模糊度计算每一历元接收机的位置，进而分析大坝的变形特征及原因。变形监测要求实时性，需要建立GNSS自动监测系统，采用全天候实时监测，能够及时了解监测点位置的实时变化情况。GNSS技术作为一种新的监测技术，在大坝的变形监测中应用越来越广泛，例如在隔河岩大坝建立的 GNSS自动化监测系统，主要包括数据的采集、传输和处理。

（四）监测信息的反馈和自动报警技术

利用GNSS技术进行变形监测后需要将变形监测情况发布在互联网上，同时利用计算机技术生成变形过程的图表，能实时观察到变形过程，并配合自动报警技术，当变形达到一定范围后，自动报警装置自动报警，使观测人员能及时做出反应，降低损失。

四、结语

总之，GPS技术不仅能明显降低监测系统的成本费用，它也具有高效率、高精确度、全天候等众多特点。科学技术的飞速发展，测绘技术的日渐成熟，GPS技术的应用范围也越来越广阔，未来也一定会出现更好的大坝GPS自动化变形监测系统，该技术有着较好的应用前景。而GNSS技术具有监测精度高、速度快、全天候测量和自动化监测等优势，在大坝变形监测的实践中取得很重要的成果，利用GNSS技术的自动化数据处理系统获得精度高的测量数据，为建立自动化监测系统奠定了基础。

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