大坝变形监测自动化系统可行性研究

1、 大坝变形监测自动化系统可行性研究摘要: 为保证大坝的安全运行，在变形监测方面实行自动化安全监测是相当必要的。本文分析了利用gps实时监测大坝坝顶及测量机器人实时监测大坝背水坡面的组合监测系统的可行性。关键词：汾河水库大坝 自动化监测系统 全球定位系统（gps） 测量机器人中图分类号：tv698.1文献标识码：a 文章编号：1674-098x(2011)12(a)-0000-001 建立大坝变形监测自动化系统的必要性大坝的变形监测能直接反映大坝的安全运行状态，而目前我国的部分大坝已建成的观测体系仍为人工观测，观测工作量大、精度低。虽然能揭示了大坝运行状态与存在问题，但观测设备与手段等方面都比较

2、落后，经多年运行后，部分观测设施损坏或老化，为保证大坝的安全运行在变形监测方面实行自动化监测是相当必要的。2 建立大坝自动化变形监测系统的可行性利用全球定位系统（gps）监测系统与测量机器人对水库大坝进行变形监测，能克服传统手段在变形监测方面所存在的诸多缺陷或不足。全球定位系统（gps）监测系统具有监测精度高、自动化程度高、全天候、实时、连续、不受气候影响、不受通视条件影响等优点，已经被成功地应用到一些大坝中。但gps实时持续自动监测系统也有缺点：如要求顶空开阔能与较多的卫星通视，这在一些特殊工程中并非都能满足（如高边坡上，高坝侧面等）；设备成本较高等。测量机器人形变监测也能达到较高的精度，一

3、般情况下可达毫米精度。测量机器人监测时监测点上只需要常规的测量棱镜，其价格便宜。但其最大的缺点是测量机器人与监测点之间必须通视，且监测的有效据距离较短，只适宜于小范围的持续监测。综合所述，大坝自动化变形监测，采用“gps实时监测大坝坝顶及测量机器人实时监测大坝背水坡面的组合监测系统” 的设计方案比较理想。3 大坝自动化变形监测系统设计方案根据大坝实际情况以及全方位、实时、自动化、高精度的监测要求，该实时自动化变形监测系统主要由gps实时自动化监测系统及测量机器人实时自动化监测系统组成。下面将对该系统设计情况予以说明。3.1大坝gps实时自动化监测系统设计方案由于大坝的监测精度要求高、实时性强，

4、经综合分析拟采用以下方案进行大坝坝顶的变形监测：在每个监测点上建立无人值守的gps观测系统，每台gps接收机连接一个gps天线实现对该测点的连续跟踪观测，通过数据传输网络和控制软件，实现实时监测和变形分析、预报等功能，其特点是数据连续性好，信噪比高、解算精度高，可满足高精度的大坝变形监测需求。3.2 测量机器人实时监测系统设计方案3.2.1测量机器人监测系统选站原则与要求(1)变形监测点。在变形监测点为固定水泥墩，上有简易遮阳（雨）设备，主要安置反射棱镜。(2)基准站。在基准站上主要安置反射棱镜，同时也需架设gps天线，考虑和大坝坝顶的gps监测站并址建设，其主要建站要求为：高出地面加保护套管

5、和护盖、强制对中装置、简易遮阳（雨）设备。(3)测量机器人监测站。在监测站上主要安置测量机器人，同时需架设gps天线，故其主要建站要求为：高出地面加保护套管和护盖、强制对中装置、预留联机通讯电（光）缆，需建造2个观测房, 可连续24小时监测, 也是坝区高科技管理的重要人文景观。3.2.2测量机器人监测系统运行流程测量机器人实时监测统充分利用gps的实时监测成果为测量机器人提供动态的参照基准，构造自动化的测量机器人实时监测系统，对大坝背水区坝面不同高度上的大量变形点作周期性的持续监测，在计算机网络的联系下实现二者的有机集成。3.2.2.1 测量机器人实时监测系统的远程监控随着网络技术的发展、普及

6、和网络带宽的迅速扩大，使我们可以方便地实现远程监控，在现场监控主机无人值守情况下，实现internet远程监控的功能，使人们足不出户就可以对整个系统进行监控与管理，特别适合于技术人员及有关领导实时地掌握系统的运行状况，提高了管理水平和效率。3.2.2.2 系统数据的处理、管理与分析(1)gps成果的获取。为了保证测量机器人监测系统进行正常的实时处理和变形分析，需要实时地从gps监测系统中获取基准变形信息。对于汾河大坝监测系统来说，这些基准信息可以从位于坝顶的gps和测量机器人并址监测站的gps处理成果获得。(2)测量机器人监测数据处理。在测量机器人单站极坐标或多站交会变形监测系统中，为了保证监

7、测精度，必须考虑大气条件的变化对距离测量的影响。一般情况下，需进行大气折射率对距离影响的实时差分改正、球气差对高差测量的影响改正及水平方位角的差分改正。综合以上各项差分改正，按极坐标计算公式可准确求得每周期各变形点的三维坐标：式中：为监测站的坐标值。若以变形点第一周期的坐标值（，）作为初始值，则各变形点相对于第一周期的变形量为：(3)监测数据分析。数据分析的主要任务是基于从数据处理模块中获取工作点的坐标，以及数据库中的相应坐标等数据源，对输出结果量进行图形化显示、对比，以得到直观形象的结果。主要内容包括：观测时段的精度分析：对观测时段的数据结果中误差进行分析；工作基点的稳定性分析：工作基点在一定时期内的稳定状况；监测点的变形分析：各监测点在一定时期内变形的趋势、大小；位移过程线的显示：各监测点在同一时刻位移量的图形随时间变化的情况；位移量的时域分析：各监测点的位移量随时间变化的情况。对于数据的频域分析、变形体的应力分析等内容，采用将有关数据输入到其它变形分析系统中的方法。4 结语建设大坝自动化安全监测系统，意义重大。为提高建设项目经济效益、环境效益和社会效益，本项目采用新技术、新工艺、新设备完成项目实施，同时借鉴已有的成功经验，合理进行资源搭配，来保证系统的稳定性、可靠性