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徕卡新技术应用专栏

徕卡新一代Geo MoS自动监测系统在水库大坝外部变形监测系统中的应用

徕卡测量系统贸易(北京)有限公司结构监测业务经理尤相骏

近年来,随着我国经济建设的飞速发展和基础设施的不断完善,诸多大型结构建筑物的施工和运营监测也被越来越多地提到工程质量保障和运营安全的重要性上来。徕卡测量系统以其多年在大型结构建筑物变形监测方面领先的测量技术和丰富工程经验积累的基础上,综合运用了新一代测量技术、GPS参考站技术、多传感器技术、数据库技术、自动化控制和通讯技术,突破其前身APS W i n以往的技术局限,推出了新一代的全自动结构监测系统平台———Geo Mo S自动监测系统。

Geo Mo S监测系统已经在原有APS W i n客户系统上升级,并在一些新兴的国家大型重点工程,如黄河小浪底水利枢纽工程大坝、浙江青山水库大坝、新疆三屯河水库大坝等外部变形自动监测系统中发挥了重要作用,受到了用户们的广泛好评。

一、徕卡新一代G e o M oS自动监测

系统解决方案

徕卡新一代全自动监测系统Geo Mo S,通过十几年来对极坐标自动测量系统(APS W i n)在监测工程中经验的积累和在GPS最新R T K技术、GPS参考站技术、现代大型数据库技术、通讯技术和多种传感器技术等方面的扩展和升级,现已发展成为一个集GPS、TPS、倾斜传感器、各种气象和地质传感器等多种传感器于一体,可以实现计算机远程控制和配置,具备自动报警和消息发送功能,可以按照既定程序进行自动应急处理,和实时可视化、数字化分析结果的24小时不间断运行的现代化综合监测系统。其独到的测量区域气象网络模型和复杂测量流程的精确管理,更是徕卡测量多年来在各重大变形监测项目中经验积累的集中体现。徕卡Geo Mo S最新的V1.6版本更是将目前最前沿的中心化RT K概念基础上的GPS参考站技术有机地运用到整个监测系统中,实现了GPS、TPS监测站和GPS参考站协同作业和管理的新一代监测模式,并在我国一些大型的水利水电工程的应用中取得了显著的成效。

二、徕卡G eo M oS自动监测系统在

水库大坝外部变形监测系统中

的应用

1.项目介绍

位于浙江省杭州市境内的青山水库大坝在经过大坝加固后需要进行持续的大坝外部变形监测,为综合考量大坝加固的成效和安全性等分析提供可靠的外部变形监测数据。

青山水库大坝外部变形监测系统在使用传统方法测设基准点网的基础上,综合运用了Geo MoS分组观测和采用基准点数据建立测区气象网络模型等技术,解决了测区众多监测点按照运营要求快速、精确地自动化监测问题,为后续的变形数据分析提供了准确可靠的监测数据。

2.Geo MoS变形自动化监测系统

变形观测沿坝轴线布置6个表面变形观测横断面、4排观测标点。4排观测标点分别埋设于上游坝坡小平台、下游坝肩35.5m高程、24.16m高程平台及下游坝脚外5m处。另外,溢洪道变形监测共设6个变形观测标点。共计变形观测点数30个,如图

1

所示。

自动化全站仪监测站变形监测点溢洪道监测点

图1

76 2006年第12期测绘通报

大坝自动化监测系统的建立包括两大部分,即建筑工程、设备及安装工程。建筑工程包括工作基点房、各种观测墩的土建、棱镜的保护装置、各种联接器的加工等;基本的设备及安装工程见表1,系统通讯示意图如图2所示。

表1

数据采集设备

系统软件

TCA2003自动化全站仪控制网自动观测软件全站仪供电设备控制网3维平差软件数据电缆

G eo M oS 监测软件徕卡原装单棱镜及配套设备数据接口软件强制对中基座专用数据分析软件

通讯与控制设备

通讯光缆

光端机及配套设备光缆套管

控制机房供电设备计算机与打印机

各种避雷器

维护工具与各种备件

图2

三、徕卡G eo M oS 自动监测系统在

水库大坝外部变形监测系统中的优势和建议

Geo Mo S 监测系统作为徕卡在大型结构建筑物监测,尤其是大坝变形、桥梁变形、山体滑坡、沉降监测等应用领域最新的全自动综合监测创新解决方案,与传统的单一传感器的变形监测系统相比较,全面综合了GPS 、T PS 、倾斜、气象和地质传感器的各种数据,解决了以往各种监测传感器数据相互分离,无法关联、参照和统一管理的问题,提高了数据的利用率、集成度和可靠性。此外,多传感器联合使用还

发展出了一些新的衍生测量技术,例如徕卡独特的测量区域气象网络模型,就是基于GPS 、全站仪、气象传感器多种数据参照基础上建立起来的一个综合的全站仪测量数据气象改正模型,非常适合如水库大坝、桥梁、山体滑坡等气象条件复杂而且多变的测量环境,在具体应用过程中也体现出比较明显的技术优势。Geo Mo S 监测系统还可以利用现代化无线通讯技术手段,采用无线和有线数据通讯方案相结合的方式,合理解决实际工程边施工边监测过程中完全有线方案所带来的诸多不便,顺利地实现从数据采集、传输、处理、分析、显示、存储、报警全过程的自动化。

此外,整个大坝建成后的运营监测还可以充分发挥最新版的Geo Mo S 系统的多传感器集成管理和数据分析、展示、自动报警和应急处理方面的优势,将雨量计、伸长计、渗流、应力、应变等传感器数据接入Geo MoS 系统,实现对整个大坝系统的自动化监控和分析处理,真正实现大坝的24小时无人自动化监测。

四、结束语

随着我国水利、水电工程建设的飞速发展,我国已经拥有近90000余座大坝,其中中型以上的大坝就有近2000座,大坝监测的自动化、智能化和网络化已经成为目前大坝安全监测势在必行的趋势。可以预见,徕卡Geo MoS 监测系统将在我国大坝自动化监测和远程管理中发挥重要作用,其所采用的现代化大型数据库和网络通讯构架,为将各个大坝的原始监测数据通过远程数据访问方式传送到远离大坝的控制中心或者大坝监测中心提供了可靠的技术保障。同时统一的大坝监测平台使得各种传感器的数据集成、自动化采集、监控、报警、图形和数字分析、系统备份成为一件易于维护的工作,一旦系统投入自动化运营,无需再投入任何人力就可以在世界上任何时间和地方查询某处大坝的安全运营数据,

从真正意义上实现大坝的远程安全监控管理。 据杭州市青山水库管理处工程管理工程师方建平介绍:青山水库是一个以防洪为主的大型水库,根据水库的防洪重要性,在水库进行除险加固后要求对水库大坝进行持续的外部变形监测。我们对大坝变形监测进行了专门的设计,并采用了徕卡测量系统的软硬件测量系统(全站仪T C2003和Geo MoS)进行监测,在设计上采用基准点和测点组点观测。目前系统运行可靠,监测数据变化较稳定,其变幅和变化规律符合土石坝一般变化情况,并且实现了大坝变形的定时和即时自动化监测,系统测量和软件分析快捷,保障了水库大坝在汛期的安全运行。

(本专栏由徕卡测量系统和本刊编辑部共同主办)

86 测 绘 通 报 2006年 第12期