本文摘要：摘要:北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)集數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和傳輸、優(yōu)化解算等多種先進(jìn)技術(shù)于一體的綜合系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中需要因地制宜安裝和精確定位。針對(duì)北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在玉溪水電站試安裝和調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)精度問(wèn)題，著重闡述了在安裝流程上的創(chuàng)新和多種方案擇
摘要:北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)集數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和傳輸、優(yōu)化解算等多種先進(jìn)技術(shù)于一體的綜合系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中需要因地制宜安裝和精確定位。針對(duì)北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在玉溪水電站試安裝和調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)精度問(wèn)題，著重闡述了在安裝流程上的創(chuàng)新和多種方案擇優(yōu)過(guò)程:將北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)天線裝在可移動(dòng)構(gòu)架上，建立臨時(shí)測(cè)站進(jìn)行多種方案比較和調(diào)試，擇優(yōu)合理布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)，加高觀測(cè)墩，明顯提高了觀測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度，此后連續(xù)2年的位移監(jiān)測(cè)成果能體現(xiàn)大壩的細(xì)微變形規(guī)律。這種提高北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)定位精度的方法和在安裝流程上的改進(jìn)，可供同類型的水利工程參考。
關(guān)鍵詞:北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng),定位精度,點(diǎn)位布設(shè),安裝流程
測(cè)繪工程師論文投稿刊物：《測(cè)繪技術(shù)裝備》1978年創(chuàng)刊，是全國(guó)測(cè)繪技術(shù)裝備唯一的科技核心期刊，面向全國(guó)發(fā)行。主要刊登測(cè)繪生產(chǎn)，科研管理、新成果和新技術(shù)推廣應(yīng)用、測(cè)繪教育等方面的論文，介紹國(guó)內(nèi)外測(cè)繪新技術(shù)、新工藝、新方法、新儀器等，以及服務(wù)類測(cè)繪科普文章，簡(jiǎn)訊報(bào)道等。
北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)集數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和傳輸、優(yōu)化解算等多種先進(jìn)技術(shù)于一體的綜合系統(tǒng)。系統(tǒng)由接收機(jī)、天線、觀測(cè)墩、電源設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、監(jiān)控電腦組成，能長(zhǎng)期連續(xù)接收和跟蹤衛(wèi)星信號(hào)，監(jiān)測(cè)各觀測(cè)點(diǎn)的變形情況，定位精度可以達(dá)到毫米級(jí)。[1]
因?yàn)榛炷翂伪砻孀冃伪容^細(xì)微，北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于混凝土壩需要盡可能提高定位精度，使位移監(jiān)測(cè)成果能體現(xiàn)大壩的細(xì)微變形規(guī)律，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常。本文以減少基準(zhǔn)點(diǎn)和各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)周邊不利環(huán)境影響為切入點(diǎn)，闡述了如何通過(guò)安裝流程上的創(chuàng)新和多種方案擇優(yōu)，高效的進(jìn)行調(diào)試，合理布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)，使觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)精度能滿足使用要求，對(duì)北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在大壩監(jiān)測(cè)方面的推廣應(yīng)用有著一定意義。
1北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概況、點(diǎn)位布設(shè)和安裝調(diào)試
1.1北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概況
(1)系統(tǒng)硬件組成。系統(tǒng)硬件由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)、輔助支持系統(tǒng)組成。北斗雙頻接收機(jī)和天線是核心部件。(2)系統(tǒng)軟件功能。監(jiān)測(cè)房電腦上安裝了北斗監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)軟件。該軟件由實(shí)時(shí)監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)查詢、報(bào)警管理、系統(tǒng)設(shè)置、權(quán)限管理等模塊組成，可進(jìn)行變形數(shù)據(jù)的采集和解算。
(3)系統(tǒng)工作流程。安裝在基準(zhǔn)點(diǎn)和各觀測(cè)點(diǎn)的接收機(jī)接收到衛(wèi)星信號(hào)后，通過(guò)局域網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)到監(jiān)測(cè)房電腦，電腦相關(guān)文件夾上每個(gè)小時(shí)自動(dòng)生成一組數(shù)據(jù)文件。監(jiān)測(cè)電腦上的北斗監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)軟件應(yīng)用幾何和物理的基本原理，通過(guò)優(yōu)化解算得出各觀測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)位置和相對(duì)于初始值的變化值，在北斗監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)軟件界面上自動(dòng)生成各觀測(cè)點(diǎn)東向、北向、天向三個(gè)方向的變形數(shù)據(jù)。
1.2玉溪水電站概況和北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)點(diǎn)位布設(shè)
玉溪水電站位于浙南山區(qū)，壩址在浙江省麗水市大港頭鎮(zhèn)，是一座以發(fā)電為主的中型水電站。樞紐工程主要建筑物由重力壩段、河床式電站廠房段、廠閘連接段、沖砂閘、泄洪閘、船閘等組成。2017年，電站管理單位在大壩上安裝了北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)玉溪電站大壩的特點(diǎn)和觀測(cè)要求，先進(jìn)行了試安裝:在大壩右壩肩山體邊設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)，離監(jiān)測(cè)房較近，方便管理。在重力壩段、廠房段、沖砂閘、泄洪閘、船閘各布設(shè)1個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，各點(diǎn)平均間距30m左右。
1.3北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝調(diào)試和試運(yùn)行期數(shù)據(jù)比較
北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)初步安裝好和調(diào)試后，進(jìn)行了6天的試運(yùn)行。玉溪水電站北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的是大壩東向的水平位移。選取G201點(diǎn)這6天北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)東向的水平位移數(shù)據(jù)和人工觀測(cè)的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。在這6天里，大壩的壩前水位和壩上氣溫變化不大，大壩位移量在這期間應(yīng)是穩(wěn)定的。玉溪電站人工觀測(cè)是用視準(zhǔn)線法觀測(cè)，每天觀測(cè)的成果滿足相應(yīng)的限值要求。這6天人工觀測(cè)的數(shù)據(jù)成果最大值和最小值的差值為0.9mm，數(shù)據(jù)波動(dòng)很小，符合大壩位移量在這期間穩(wěn)定的規(guī)律。而北斗數(shù)據(jù)成果在第四天出現(xiàn)了跳動(dòng)，達(dá)到4.59mm，顯然不符合要求。
1.4方案組合
北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試安裝數(shù)據(jù)成果不符合要求的主要原因是玉溪水電站處于山區(qū)，信號(hào)較弱，各觀測(cè)點(diǎn)周圍環(huán)境又有遮擋，特別是基準(zhǔn)點(diǎn)，臨近山體和庫(kù)區(qū)水面等信號(hào)反射物，距離高壓輸電線50m左右。這種情況下，基準(zhǔn)點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)接收機(jī)天線在收到天上衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，也收到附近反射體反射的信號(hào)，兩者產(chǎn)生干涉，產(chǎn)生多路徑誤差，影響衛(wèi)星定位精度。[2]
多路徑誤差是北斗系統(tǒng)定位時(shí)的一項(xiàng)重要誤差，會(huì)明顯影響衛(wèi)星定位精度，因無(wú)法用差分技術(shù)消除，最好的辦法是布點(diǎn)時(shí)盡量避開(kāi)庫(kù)區(qū)水面和金屬類反射物。為了把點(diǎn)布在合適的位置上，盡可能減少周邊環(huán)境造成的不利影響，考慮多種影響因素，設(shè)置以下條件:(1)基準(zhǔn)點(diǎn)位置分別取大壩左側(cè)遠(yuǎn)離山體和高壓輸電線處(限于地形，離水面較近)、大壩右側(cè)離水面較遠(yuǎn)處。(2)各觀測(cè)點(diǎn)天線距地面的距離分別取0.5m、2m。(3)各觀測(cè)點(diǎn)布置分別取沿壩軸線方向基本上布成直線、隨意布置。然后把這些條件組合成多個(gè)方案，進(jìn)行比較。
1.5流程改進(jìn)
北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一般的安裝和調(diào)試流程是:安裝單位先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范定點(diǎn)、布線、澆筑混凝土墩，固定設(shè)備，再調(diào)試。問(wèn)題在于影響北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)精度的因素很多，安裝單位經(jīng)常要通過(guò)數(shù)據(jù)比較才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，一旦數(shù)據(jù)達(dá)不到要求，返工耗時(shí)又費(fèi)力。
為了提高效率，對(duì)北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝和調(diào)試流程作了如下改進(jìn):(1)業(yè)主先制作好可移動(dòng)的鐵構(gòu)架再通知安裝單位。安裝單位進(jìn)場(chǎng)后把監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的天線固定在鐵構(gòu)架上，蓋上保護(hù)罩，天線的電纜連上接收機(jī)，布線，建臨時(shí)的測(cè)站。(2)進(jìn)行方案比較，確定長(zhǎng)期的基準(zhǔn)點(diǎn)、測(cè)站位置。(3)調(diào)試成功，安裝單位離場(chǎng)。運(yùn)行一段時(shí)間，數(shù)據(jù)滿足要求，業(yè)主在構(gòu)架外澆筑混凝土墩即可，澆筑時(shí)注意要保護(hù)好電纜。
1.6擇優(yōu)安裝和調(diào)試
安裝時(shí)先按第一個(gè)方案，在預(yù)定位置建臨時(shí)測(cè)站，測(cè)出數(shù)據(jù)。換新方案時(shí)只需要將鐵構(gòu)架移動(dòng)至新位置固定，新的臨時(shí)測(cè)站就建好了，再測(cè)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。就這樣，測(cè)出多個(gè)方案的觀測(cè)數(shù)據(jù)，再通過(guò)精度比較得出最優(yōu)方案。然后，玉溪水電站北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)按最優(yōu)方案進(jìn)行布點(diǎn)、安裝和調(diào)試。
(1)基準(zhǔn)點(diǎn)布在左岸大壩變形區(qū)外，地質(zhì)條件好的空曠處，基準(zhǔn)點(diǎn)周圍無(wú)明顯障礙物(小型樹(shù)木影響不大)，離開(kāi)庫(kù)區(qū)水面30多m，離開(kāi)高壓線200多m，混凝土墩建在堅(jiān)固與穩(wěn)定的基礎(chǔ)上。[3]
(2)泄洪閘和船閘上的觀測(cè)點(diǎn)附近有一道矮墻，需考慮矮墻遮擋對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)精度的影響。經(jīng)過(guò)測(cè)試，當(dāng)各觀測(cè)點(diǎn)天線距地面距離2m左右時(shí)，觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度能滿足要求。
(3)北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)沿壩軸線方向基本布成直線，便于調(diào)試時(shí)各觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)比較。玉溪水電站北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)按最優(yōu)方案完成布點(diǎn)，安裝和調(diào)試后，運(yùn)行了2年時(shí)間，各觀測(cè)點(diǎn)的定位精度達(dá)到毫米級(jí)，比較穩(wěn)定。在這2年時(shí)間里選取水庫(kù)水位相近、時(shí)間間隔較長(zhǎng)的2組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，比較結(jié)果符合混凝土大壩水位相近時(shí)細(xì)微變形的規(guī)律(在5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)中，G204點(diǎn)和G205點(diǎn)因在閘門防腐期間觀測(cè)中斷過(guò)2個(gè)月，數(shù)據(jù)比較時(shí)不列入)。
2結(jié)語(yǔ)
目前，北斗系統(tǒng)已經(jīng)在我國(guó)社會(huì)導(dǎo)航、定位等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于混凝土大壩要注意以下四點(diǎn):(1)混凝土大壩的變形比較細(xì)微，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度要求很高，北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝時(shí)要因地制宜地進(jìn)行多方案比較和調(diào)試，提高定位精度。(2)北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基準(zhǔn)點(diǎn)所在位置應(yīng)視野開(kāi)闊，遠(yuǎn)離庫(kù)區(qū)水面，遠(yuǎn)離高壓輸電線。北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是使用差分技術(shù)，將基準(zhǔn)點(diǎn)位置已測(cè)定的精確坐標(biāo)和實(shí)時(shí)測(cè)得的坐標(biāo)進(jìn)行比較，得出修正值，再利用這個(gè)修正值來(lái)修正觀測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值。在此基礎(chǔ)上數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)監(jiān)測(cè)。顯然，北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的要求較高。[4]
(3)觀測(cè)點(diǎn)附近如有矮墻遮擋，可采用加高觀測(cè)墩的方法。(4)影響北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)定位精度的因素很多，如地球同步衛(wèi)星漂移引起的誤差等。為此，最好在各觀測(cè)點(diǎn)邊上設(shè)置人工觀測(cè)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)測(cè)值異常時(shí)及時(shí)進(jìn)行人工觀測(cè)，進(jìn)行數(shù)據(jù)比較和分析。
參考文獻(xiàn):
[1]侯海東，楊艷慶，劉垚，王恒信.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用展望[J].測(cè)繪與空間地理信息，2015，38(7):142.
[2]張光勝，李任之，程鋼.GPS多路徑效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析研究[J].測(cè)繪工程，2014，23(12):32.
[3]鐘漢華.水工監(jiān)測(cè)工[M].鄭州:黃河水利出版社，2015:143
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