谈江新联围加固工程安全监测系统的应用

尹庚安

（江门市江新联围管理处，广东 江门 529040）

1 工程概况

江新联围属2级堤防，是广东省珠江三角洲五大重点堤围之一，工程防洪标准50年一遇，防潮标准100年一遇，是江门市最重要的防洪屏障。由11个沿蓬江区、江海区、新会区的西江和潭江沿岸中、小堤围组成，永久性建筑物（水闸、电排站）为2级建筑物，次要建筑物为3 级。干堤原长91.76 km，经加固为91.04 km，集雨面积545.60 km2。

江新联围管理处通过实施江新联围加固工程安全监测项目，建立江新联围CORS基站网，并进行GPS联测和水准测量，确定平面坐标和高程，形成独立、完整的江新联围大堤GPS控制网。其安全监测系统成果数据接入到江新联围信息化系统平台。建设GPS基点为64座（包括软基GPS点21座、普通GPS点43座），三等水准测量，新建CORS信号基站3座并与原来江新联围防汛物资储备中心的CORS基站组建成CORS基站网。

2 GPS基点布设分析

2.1 基点布设标准

根据《国家GPS规范》规定，利用全球定位系统（GPS）按静态、快速静态定位原理，建立测量控制网［简称（GPS）控制网］、等级划分和作业方法。江新联围是2 级堤围，属大型水利工程，按照三等水准测量要求，根据表1《国家规范》规定的GPS测量精度四等GNSS，GPS点位3至5 km分布。

表1 《国家规范》规定的GPS测量精度分级表

2.2 基点布设方案

根据《国家规范》规定的GPS 测量精度分级和GPS（四等GNSS）点布设标准，在距离3至5 km的距离应布设1个控制点。江新联围位于东经112°55′～113°11′，北纬22°24′～22°27′，总长91.04 km，呈带状地形。干堤穿堤建筑物有水闸45 座涵窦109座，交通旱闸28座，围内有电排站49座。以软基GPS控制点构建三角网观测基线，形成最优的软基GPS 控制网布设方案。因此，江新联围按所属行政区域分为三段，蓬江区段：桩号0+000～21+922 长度21.93 km，布设5 个软基GPS 点。江海区段：桩号21.922～35+330 长度13.41 km，布设3 个软基GPS点。新会区段：桩号35+330～91+035长度55.71 km，布设13个软基GPS点。

2.3 CORS基站网布设方案

项目CORS 基站选址原则以江新联围干堤覆盖率为100%，基站15 km半径范围为有效信号区域，具体选址原则如下：①基站远离大面积水体地带和高耸建筑物，且距离200 m以上；②有以上卫星的通视地平高度大于10°为宜；③200 m范围内不应有电磁干扰信号，如雷击区、高压电（线）塔、无线电发射台和微波站；④避开容易产生振动或摇晃的地段，例如高速公路、铁路等地点；⑤基站安装位置为地质构造稳定区域，或不易发生沉降位移的高耸建筑物；⑥现场具备（或容易接入）公共通信网络；⑦有可靠、稳定的交流电源。

结合江新联围大堤分布，选择横江泵站、龙泉水闸、河口排涝站管理中心这3 处新建CORS 基站，并与江新联围防汛物资储备中心CORS基站（已建）组成CORS基站网。经GPS控制联测，CORS 基站网的坐标系统、解算数据、基线解算、网络数据环检查、平差结果均符合国家规范和精度设计要求。

3 三等水准测量计算及成果复核

3.1 水准仪高程测量

①本项目的水准测量作业严格按国家三等水准测量的技术要求执行，对相邻水准点之间的高差采用逐点复核的方法进行校核，即通过用起算点的高程数据与测高差的数值进行校核，验证是否满足精度要求，点位是否稳固可靠。

②三等水准测量外业设备采用SOUTH DL-2007电子水准仪（仪器标称精度为：每公里高差测量中误差0.30 mm，可适用于一、二等水准测量）及配套的铟钢水准标尺。按《国家三、四等水准测量规范》的三等水准测量标准要求实施作业。每次观测前，均对水准观测仪器进行i 角检查（≤150）。观测前将各项限差参数设置于仪器观测配置内，按照“后、前、前、后”的观测次序进行施测，启用仪器自动记录，对于超限的数据马上删除并重新观测、记录。

③平差计算：采用《南方平差易2005》软件进行平差计算。

④精度统计：江新联围（鹤山港口岸路—北街水闸—外海法院—会城东成村—大泽金泽路）附合水准路线。对每一条水准路线的测量，都进行水准测量偶然中误差计算（每公里），保证数据的精度。每公里水准测量偶然中误差M△公式如下：

式中：△——测段往返测高差不符值，mm；R——测段长度，km；n——测段数。

计算的数值取位表按三级水准取值，见表2。

表2 外业计算数值取位表 单位：km

根据《国家三、四等水准测量规范》，本次三等水准测量的相邻水准点间高差与其相应设计高差的差异和各项精度指标达均符合规定的精度要求，成果真实有效。

3.2 全站仪高程测量

因江新联围穿堤水工建筑物较多，大堤两侧多为高大灌木，直视距离短，地形高程测量采用电磁波测距仪器（全站仪）进行电磁波测距高程导线（以下简称高程导线）测量。

高程导线测量测站高差的计算如下：

①观测斜距应施以加常数和乘常数改正、气象改正。各项观测读数和计算数值取位表见表3。

表3 各项观测读数和计算数值取位表

②测站高差的计算

每点设站时，相邻测站间单向观测高差h计算公式如下：

式中：S——参数数值改正后的斜距，m；α——视镜观测的垂直角；R——地球平均曲率半径，采用6 369 000 m；i——地面至仪器竖盘中心点的高度，m；v——地面至觇牌中心点的高度，m。相邻两测站之间对向观测的高差中数h12计算如下：

式中下标标脚数字1、2分别表示为相邻测站的序号。

③隔站设点时，相邻照准点间的高差h12计算如下：

式中下标标脚数字1、2 表示后视和前视标号；S—经过各项参数改正后的斜距离，m；α—视镜观测的垂直角；v—地面至觇牌中心点的高度，m；R—地球平均曲率半径，采用6 369 000 m。

应加入正常水准面不平行改正来实施高程导线测定的水准点的高差，从而得出基点高程测量数值。

利用RTK对C003、C033、C038三个已知点采样，解算出七参数对施测控制点进行抽样外业检查；解算出的七参数精度水平残差0.009 075 m，高程残差0.000 010 m，符合测量要求。

4 成果应用

①江新联围GPS 控制网具有独立和稳定性，因此，江新联围管理处制定了一套完善的江新联围沉降位移观测制度，并运用安全监测系统来指导日常沉降观测工作，为大堤和穿堤建筑物的沉降、位移观测和成果分析提供可靠的技术支持。②利用安全监测系统的基点高程坐标数据，建立江新联围的数字高程模型（DEM）、数字栅格图（DRG），并叠加江新联围保护范围的数字正射影像（DOM），形成江新联围三维数字地图，实现动态水情的洪水淹没区计算模型，以三维可视化方式展示不同洪水水位工况下，各区域的淹没演进过程。为快速、准确、科学的洪涝灾害预警、评估和预测分析提供可靠依据。

5 结语

组建CORS基站网，可定期对大堤堤身、水闸、电排站等建筑物的沉降位移精准测量。其测量成果应用到江新联围信息化系统平台并形成直观的历史对比矢量数据，为评估工程安全性和稳定性提供科学依据。