徐雪

摘 要：近年來，GPS技術(shù)憑借其卓越的監(jiān)測能力，伴隨著其在各大領(lǐng)域的高效利用獲得了長足的發(fā)展，為社會帶來了很多經(jīng)濟效益和社會效益。從中GPS技術(shù)以高精度的監(jiān)測能力被運用于我國水庫大壩監(jiān)測中。文章首先簡要的介紹了GPS技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用動態(tài)。從GPS在水庫大壩變形監(jiān)測中的應(yīng)用特點入手，對其應(yīng)用特點作了細致的梳理和闡述。接下來，特別地對于GPS技術(shù)在大壩變形監(jiān)測中的精度影響因素作了具體分析。最后，分步驟詳細闡述GPS技術(shù)在水庫大壩監(jiān)測領(lǐng)域的具體實施方法，并且對GPS技術(shù)的未來的發(fā)展和趨勢做出自己的一些研究心得和探討。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；水庫大壩；變形監(jiān)測；應(yīng)用

中圖分類號：TV62 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）04-0131-02

Abstract： In recent years， GPS technology with its excellent monitoring ability， along with its efficient use in various fields has achieved considerable development， for the society has brought a lot of economic and social benefits. The GPS technology has been applied to the dam monitoring of reservoirs in China with high precision monitoring ability. Firstly， this paper briefly introduces the development and application of GPS technology. Starting with the application characteristics of GPS in dam deformation monitoring of reservoirs， this paper makes a detailed combing and expounding of its application characteristics. Then， the factors that affect the accuracy of GPS technology in dam deformation monitoring are analyzed in detail. Finally， the paper expatiates in detail the concrete implementation method of GPS technology in the field of reservoir dam monitoring， and makes some research experiences and discussions on the future development and trend of GPS technology.

Keywords： GPS technology； reservoir dam； deformation monitoring； application

如今隨著政府和社會對科技的重視力度不斷加強，科學(xué)技術(shù)的不斷精進，測繪技術(shù)的發(fā)展變化可謂一日千里。其中全球定位系統(tǒng)（GPS）自面世以來，給整個測繪行業(yè)帶了突飛猛進的進步。當(dāng)下，GPS技術(shù)已經(jīng)在大壩變形監(jiān)測中得以廣泛的應(yīng)用。日臻完善的GPS技術(shù)以連續(xù)、實時、定位精準(zhǔn)高、全天候作業(yè)和自動化程度高等優(yōu)勢特點使之在水庫大壩的變形監(jiān)測中得以較大程度的實現(xiàn)。GPS技術(shù)可以大大提高水庫大壩變形檢測中的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度，而且全程實現(xiàn)全自動化操作，十分便捷。技術(shù)人員可以及時獲取測量結(jié)果，從而了解到滑坡的全方位動態(tài)和可能性，掌握滑坡發(fā)生發(fā)展的規(guī)律，從而解決常規(guī)測量的弊端[1]。

1 GPS技術(shù)在水庫大壩變形監(jiān)測中的應(yīng)用特點

GPS之所以能夠在水庫大壩變形監(jiān)測中廣泛應(yīng)用，正因為其優(yōu)勢特點與水庫大壩變形監(jiān)測的需求相符合。GPS技術(shù)的應(yīng)用特點主要體現(xiàn)在如下幾個方面：（1）與傳統(tǒng)測量方式點與點之間運用同時的監(jiān)測不同，GPS監(jiān)測技術(shù)無需在測點與測點之間實行通視；掃除通視，就節(jié)省了掃除通視障礙的費用。（2）GPS技術(shù)能夠提供監(jiān)測點之間的三維位移信息。也就是提供3D立體信息。GPS定位對于坐標(biāo)的計算是在國際統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)中進行的。這一特點是對傳統(tǒng)方式的極大突破，傳統(tǒng)測量方法對平面和高度進行測量，出來的數(shù)據(jù)是2D平面的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)方式在監(jiān)測平面位移和垂直位移時，需要集合不同的方式方法才可實現(xiàn)，整個測量周期長，過程繁瑣。工作量大且還容易產(chǎn)生測量誤差。除此之外，傳統(tǒng)方式由于難以保證測量點位與實踐處于相同位置，必然難以準(zhǔn)確分析水庫大壩的變形情況。而GPS測量技術(shù)能夠保證測量結(jié)果的高精準(zhǔn)度。（3）GPS的技術(shù)特點可以實現(xiàn)24小時全天候監(jiān)測，即使遇到天氣不佳或者不利于監(jiān)測的自然條件也不受影響。并且GPS技術(shù)可以和防雷設(shè)施配備使用，防止雷雨天氣，同樣實現(xiàn)全天候的實時監(jiān)測[2]。（4）近年來，GPS技術(shù)不斷發(fā)展完善，已經(jīng)完全實現(xiàn)了GPS接收機的自動化，并且體積輕巧，技術(shù)人員安裝和操作都十分簡便，測量的時候可以緩解測量人員的緊張情緒，降低了測量人員的勞動強度，使野外工作不再是一項苦差事，而是輕松愉快的。GPS的監(jiān)測可以說已經(jīng)完全實現(xiàn)了自動化。（5）GPS技術(shù)功能多而強大，應(yīng)用廣泛到各個行業(yè)，除了用來測量和導(dǎo)航以外，同時還可以運用于測速和測時等。

2 GPS在變形監(jiān)測中的精度影響因素

影響大壩變形的因素主要有以下幾種[3]：（1）靜水壓力。其一，壩體在靜水壓力的作用下，不同的高度會受到不同的水平推力，最終也會改變大壩的體形，從而使得壩體的體形會有相應(yīng)的變形。其二，水庫水壓以及壩底揚壓力對大壩的作用，也使得壩體有向下游方向的轉(zhuǎn)動，從而使得壩體的體形會有相應(yīng)的變形。其三，水庫水體自身的重量不可忽視，其重力作用也會使水庫庫底變形，使得大壩有向上游方向的轉(zhuǎn)動，從而使得壩體的體形會有相應(yīng)的變形。（2）溫度變化。位于大壩上下游附近的混凝土?xí)驗椴煌募竟?jié)溫度的變化而有所不同。比如說在夏季里，在大壩的上游部分的混凝土因為是處在水下的，所以無法被陽光照射，溫度自然就會很低；而大壩下游的混凝土每天都避免不了太陽的暴曬，因此下游的混凝土溫度就會不斷地上升，遠遠高于上游的溫度。然而到了冬季，這種情況就會恰恰相反。這樣的溫度反差現(xiàn)象會引起大壩上下游的混凝土出現(xiàn)熱脹冷縮的現(xiàn)象，這個現(xiàn)象也是導(dǎo)致壩頂下陷的重要因素。另外對于一些新建成的大壩來說，本身的混凝土也會因為溫度的變化而產(chǎn)生熱脹冷縮的現(xiàn)象，也在一定程度上影響了大壩的體形。（3）時效變化。時效變化在大壩的施工期間與運營初期現(xiàn)象是不可避免的，其主要是因為混凝土的收縮變化以及其他一些建筑材料的變形，還有基礎(chǔ)巖層在荷載作用下的變形而產(chǎn)生的時效變化。但伴隨著時間不斷的推移，大壩的整體也會越趨于穩(wěn)定的狀態(tài)，時效變化的現(xiàn)象也會越來越少。endprint

GPS技術(shù)在大壩變形監(jiān)測的應(yīng)用中，必須要考慮到以上的這些限制因素，還有其對定位精度的影響。具體需要考慮的情況如下：

于大壩高邊坡位置設(shè)置變形監(jiān)測點，因為部分天空受遮擋，需要合理設(shè)置衛(wèi)星觀測的高度截止角，不同截止角對變形監(jiān)測精度有無顯著的影響；GPS觀測在接收機的選擇問題，雙頻接收機的成本高于單頻接收機，那么在選擇上要考慮幾公里范圍內(nèi)，雙頻的觀測精度是否顯著優(yōu)于單頻接收機，是否可以選擇單頻接收機，對雙頻取而代之。當(dāng)運用GPS定位對接收機進行跟蹤鎖定衛(wèi)星時，衛(wèi)星數(shù)量是否足夠，能夠進行整周模糊度解算，而實行對大壩的變形監(jiān)測完成精度標(biāo)準(zhǔn)的具體監(jiān)測時間。

3 GPS技術(shù)在水庫大壩監(jiān)測領(lǐng)域的實施方法

GPS技術(shù)在水庫大壩監(jiān)測領(lǐng)域的具體應(yīng)用和實施主要有如下幾個方面[4]：首先，是大壩變形觀測設(shè)計。水庫大壩變形觀測控制網(wǎng)由引測網(wǎng)、基準(zhǔn)點監(jiān)測網(wǎng)和變形監(jiān)測網(wǎng)組成。引測網(wǎng)是由四個基準(zhǔn)點和測區(qū)伏擊的兩個國家的三角點組成，引測網(wǎng)的作用在于將國家三角點坐標(biāo)引至基準(zhǔn)點上，以此確保數(shù)據(jù)結(jié)果能夠有效得以利用于工程中；基準(zhǔn)點監(jiān)測網(wǎng)是指由四個基準(zhǔn)點組成，作用是確保監(jiān)測基準(zhǔn)點的穩(wěn)定；而水庫大壩變形觀測控制網(wǎng)中的變形監(jiān)測網(wǎng)是由四個基準(zhǔn)點及全部變形監(jiān)測點組成，實行對水庫大壩變形監(jiān)測點的位移量作全面的監(jiān)測。其次，采用GPS網(wǎng)進行觀測，一般情況下，觀測使用GPS接收機，觀測時間大致是120秒。同時，必須注意的是，有效衛(wèi)星數(shù)要大于等于4。儀器標(biāo)稱精度應(yīng)使用靜態(tài)精度，把誤差控制在3mm之內(nèi)，這是進行工程作業(yè)的先提條件，具體的操作必須嚴(yán)格按照作業(yè)的規(guī)章制度來實施，才能確保有效性。最后是數(shù)據(jù)處理問題。數(shù)據(jù)預(yù)處理之前，首先要對采集的數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)格式、衛(wèi)星信號和測站名等作全面檢查。然后進入對觀測所得的數(shù)據(jù)的預(yù)處理程序，再對結(jié)果進行分析和評定。這個步驟的實施是為了從根本上對觀測成果和定位結(jié)果的高精度給予保證。這一部分的實施動作是對觀測成果進行質(zhì)量檢測，以確保數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。

4 對GPS觀測技術(shù)的發(fā)展探究

GPS技術(shù)憑借其突出的優(yōu)勢在各個領(lǐng)域得到應(yīng)用和肯定，隨著GPS技術(shù)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展和精益求精，本章將對其未來的發(fā)展做出一些研究和探討。首先是采取強制對中的觀測墩。采用強制對中觀測墩的目的是為了達到保護水庫大壩的目的，最大化的避免水庫大壩變形或損壞。因為在觀測中，把GPS天線安裝在三腳架上時，不可避免會出現(xiàn)對中的誤差，誤差值通常在3mm之內(nèi)；同時GPS觀測的時間長，會引起三腳架暴露在外受日照和風(fēng)吹，從而導(dǎo)致精確度受影響。其次，要選擇和采用抗干擾能力強的天線[5]。GPS測量技術(shù)采用抗干擾能力較強的天線，把天線按指北方向線作有效定向。目的是為了能夠最大化的降低誤差。因為GPS天線相位中心通常不可避免得會出現(xiàn)一定程度的偏差。因此，出于減少偏差對基線向量影響的考慮，需要在各個觀測墩上明確標(biāo)識出指北方向線，觀測時將天線按定向線進行設(shè)置。最后一步是要選取足夠的觀測時間以及恰當(dāng)?shù)挠^測窗口。之所以如此，原因是GPS基線要受到衛(wèi)星星歷誤差很大的影響。而廣播星歷又要受選擇可用性技術(shù)的影響。不同時刻接收到的廣播星歷，會出現(xiàn)2度左右的坐標(biāo)方向偏差。所以可以得出結(jié)論，運用GPS技術(shù)監(jiān)測水庫大壩的時候，偏差問題不可避免，就必須具備充足的觀測時間為條件。尤其是對基線向量長的大壩，增加觀測時間，對于減少誤差造成的影響，從而提高水庫大壩變形監(jiān)測的精度十分奏效[6]。

5 結(jié)束語

通過以上論述可以得出，目前GPS技術(shù)憑借其高精度、高速度的監(jiān)測能力被運用于我國水庫大壩監(jiān)測中。GPS監(jiān)測技術(shù)對大壩實現(xiàn)了實時、精準(zhǔn)定位、自動化、全天候作業(yè)的監(jiān)測，保證了對水庫大壩變形監(jiān)測中的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度，從而起到了預(yù)防和杜絕安全事故的重要作用。但是由于我國水庫大壩有使用年限長，經(jīng)常出現(xiàn)壩體下沉、傾斜等現(xiàn)象，應(yīng)該嚴(yán)肅對待GPS技術(shù)應(yīng)用的不完善，所以也有待相關(guān)從事人員能夠在認真結(jié)合水庫大壩的實際情況下再展開GPS技術(shù)的應(yīng)用，為水庫大壩工程的實施提供更多的安全保障和技術(shù)保證。相信隨著技術(shù)研發(fā)能力的不斷提高，會有更好的GPS技術(shù)應(yīng)用到水庫大壩變形監(jiān)測當(dāng)中。

參考文獻：

[1]張明俠，王洪亮，李廣宇，等.GPS技術(shù)在水庫壩區(qū)變形監(jiān)測中的應(yīng)用[J].東北水利水電，2007（07）：43-44.

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[3]趙多明.GPS和高精度水準(zhǔn)測量技術(shù)在水庫大壩外部變形監(jiān)測中的應(yīng)用[J].甘肅水利水電技術(shù)，2012，48（04）：39-41.

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