GPS技术在水库大坝变形监测中的应用

GPS技术在水库大坝变形监测中的应用
近年来，GPS技术凭借其卓越的监测能力，伴随着其在各大领域的高效利用获得了长足的发展，为社会带来了很多经济效益和社会效益。

从中GPS技术以高精度的监测能力被运用于我国水库大坝监测中。

文章首先简要的介绍了GPS 技术的发展和应用动态。

从GPS在水库大坝变形监测中的应用特点入手，对其应用特点作了细致的梳理和阐述。

接下来，特别地对于GPS技术在大坝变形监测中的精度影响因素作了具体分析。

最后，分步骤详细阐述GPS技术在水库大坝监测领域的具体实施方法，并且对GPS技术的未来的发展和趋势做出自己的一些研究心得和探讨。

标签：GPS技术；水库大坝；变形监测；应用
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
如今隨着政府和社会对科技的重视力度不断加强，科学技术的不断精进，测绘技术的发展变化可谓一日千里。

其中全球定位系统（GPS）自面世以来，给整个测绘行业带了突飞猛进的进步。

当下，GPS技术已经在大坝变形监测中得以广泛的应用。

日臻完善的GPS技术以连续、实时、定位精准高、全天候作业和自动化程度高等优势特点使之在水库大坝的变形监测中得以较大程度的实现。

GPS 技术可以大大提高水库大坝变形检测中的数据精准度，而且全程实现全自动化操作，十分便捷。

技术人员可以及时获取测量结果，从而了解到滑坡的全方位动态和可能性，掌握滑坡发生发展的规律，从而解决常规测量的弊端[1]。

1 GPS技术在水库大坝变形监测中的应用特点
GPS之所以能够在水库大坝变形监测中广泛应用，正因为其优势特点与水库大坝变形监测的需求相符合。

GPS技术的应用特点主要体现在如下几个方面：（1）
与传统测量方式点与点之间运用同时的监测不同，GPS监测技术无需在测点与测点之间实行通视；扫除通视，就节省了扫除通视障碍的费用。

（2）GPS技术能够提供监测点之间的三维位移信息。

也就是提供3D立体信息。

GPS定位对于坐标的计算是在国际统一坐标系统中进行的。

这一特点是对传统方式的极大突破，传统测量方法对平面和高度进行测量，出来的数据是2D平面的数据。

传统方式在监测平面位移和垂直位移时，需要集合不同的方式方法才可实现，整个测量周期长，过程繁琐。

工作量大且还容易产生测量误差。

除此之外，传统方式由于难以保证测量点位与实践处于相同位置，必然难以准确分析水库大坝的变形情况。

而GPS测量技术能够保证测量结果的高精准度。

（3）GPS的技术特点可以实现24小时全天候监测，即使遇到天气不佳或者不利于监测的自然条件也不受影响。

并且GPS技术可以和防雷设施配备使用，防止雷雨天气，同样实现全天候的实时监测[2]。

（4）近年来，GPS技术不断发展完善，已经完全实现了GPS接收机的自动化，并且体积轻巧，技术人员安装和操作都十分简便，测量的时候可以缓解测量人员的紧张情绪，降低了测量人员的劳动强度，使野外工作不再是一项苦差事，而是轻松愉快的。

GPS的监测可以说已经完全实现了自动化。

（5）GPS技术功能多而强大，应用广泛到各个行业，除了用来测量和导航以外，同时还可以运用于测速和测时等。

2 GPS在变形监测中的精度影响因素
影响大坝变形的因素主要有以下几种[3]：（1）静水压力。

其一，坝体在静水压力的作用下，不同的高度会受到不同的水平推力，最终也会改变大坝的体形，从而使得坝体的体形会有相应的变形。

其二，水库水压以及坝底扬压力对大坝的作用，也使得坝体有向下游方向的转动，从而使得坝体的体形会有相应的变形。

其三，水库水体自身的重量不可忽视，其重力作用也会使水库库底变形，使得大坝有向上游方向的转动，从而使得坝体的体形会有相应的变形。

（2）温度变化。

位于大坝上下游附近的混凝土会因为不同的季节温度的变化而有所不同。

比如说在夏季里，在大坝的上游部分的混凝土因为是处在水下的，所以无法被阳光照射，温度自然就会很低；而大坝下游的混凝土每天都避免不了太阳的暴晒，因此下游的混凝土温度就会不断地上升，远远高于上游的温度。

然而到了冬季，这种情况就会恰恰相反。

这样的温度反差现象会引起大坝上下游的混凝土出现热胀冷缩的现象，这个现象也是导致坝顶下陷的重要因素。

另外对于一些新建成的大坝来说，本身的混凝土也会因为温度的变化而产生热胀冷缩的现象，也在一定程度上影响了大坝的体形。

（3）时效变化。

时效变化在大坝的施工期间与运营初期现象是不可避免的，其主要是因为混凝土的收缩变化以及其他一些建筑材料的变形，还有基础岩层在荷载作用下的变形而产生的时效变化。

但伴随着时间不断的推移，大坝的整体也会越趋于稳定的状态，时效变化的现象也会越来越少。

GPS技术在大坝变形监测的应用中，必须要考虑到以上的这些限制因素，还有其对定位精度的影响。

具体需要考虑的情况如下：
于大坝高边坡位置设置变形监测点，因为部分天空受遮挡，需要合理设置卫星观测的高度截止角，不同截止角对变形监测精度有无显著的影响；GPS观测在接收机的选择问题，双频接收机的成本高于单频接收机，那么在选择上要考虑几公里范围内，双频的观测精度是否显著优于单频接收机，是否可以选择单频接收
机，对双频取而代之。

当运用GPS定位对接收机进行跟踪锁定卫星时，卫星数量是否足够，能够进行整周模糊度解算，而实行对大坝的变形监测完成精度标准的具体监测时间。

3 GPS技术在水库大坝监测领域的实施方法
GPS技术在水库大坝监测领域的具体应用和实施主要有如下几个方面[4]：首先，是大坝变形观测设计。

水库大坝变形观测控制网由引测网、基准点监测网和变形监测网组成。

引测网是由四个基准点和测区伏击的两个国家的三角点组成，引测网的作用在于将国家三角点坐标引至基准点上，以此确保数据结果能够有效得以利用于工程中；基准点监测网是指由四个基准点组成，作用是确保监测基准点的稳定；而水库大坝变形观测控制网中的变形监测网是由四个基准点及全部变形监测点组成，实行对水库大坝变形监测点的位移量作全面的监测。

其次，采用GPS网进行观测，一般情况下，观测使用GPS接收机，观测时间大致是120秒。

同时，必须注意的是，有效卫星数要大于等于4。

仪器标称精度应使用静态精度，把误差控制在3mm之内，这是进行工程作业的先提条件，具体的操作必须严格按照作业的规章制度来实施，才能确保有效性。

最后是数据处理问题。

数据预处理之前，首先要对采集的数据包括数据格式、卫星信号和测站名等作全面检查。

然后进入对观测所得的数据的预处理程序，再对结果进行分析和评定。

这个步骤的实施是为了从根本上对观测成果和定位结果的高精度给予保证。

这一部分的实施动作是对观测成果进行质量检测，以确保数据的精准度。

4 对GPS观测技术的发展探究
GPS技术凭借其突出的优势在各个领域得到应用和肯定，随着GPS技术监测技术的发展和精益求精，本章将对其未来的发展做出一些研究和探讨。

首先是采取强制对中的观测墩。

采用强制对中观测墩的目的是为了达到保护水库大坝的目的，最大化的避免水库大坝变形或损坏。

因为在观测中，把GPS天线安装在三脚架上时，不可避免会出现对中的误差，误差值通常在3mm之内；同时GPS 观测的时间长，会引起三脚架暴露在外受日照和风吹，从而导致精确度受影响。

其次，要选择和采用抗干扰能力强的天线[5]。

GPS测量技术采用抗干扰能力较强的天线，把天线按指北方向线作有效定向。

目的是为了能够最大化的降低误差。

因为GPS天线相位中心通常不可避免得会出现一定程度的偏差。

因此，出于減少偏差对基线向量影响的考虑，需要在各个观测墩上明确标识出指北方向线，观测时将天线按定向线进行设置。

最后一步是要选取足够的观测时间以及恰当的观测窗口。

之所以如此，原因是GPS基线要受到卫星星历误差很大的影响。

而广播星历又要受选择可用性技术的影响。

不同时刻接收到的广播星历，会出现2度左右的坐标方向偏差。

所以可以得出结论，运用GPS技术监测水库大坝的时候，偏差问题不可避免，就必须具备充足的观测时间为条件。

尤其是对基线向量长的大坝，增加观测时间，对于减少误差造成的影响，从而提高水库大坝变形监测的精度十分奏效[6]。

5 结束语
通过以上论述可以得出，目前GPS技术凭借其高精度、高速度的监测能力被运用于我国水库大坝监测中。

GPS监测技术对大坝实现了实时、精准定位、自动化、全天候作业的监测，保证了对水库大坝变形监测中的数据精准度，从而起到了预防和杜绝安全事故的重要作用。

但是由于我国水库大坝有使用年限长，经常出现坝体下沉、倾斜等现象，应该严肃对待GPS技术应用的不完善，所以也有待相关从事人员能够在认真结合水库大坝的实际情况下再展开GPS技术的应用，为水库大坝工程的实施提供更多的安全保障和技术保证。

相信随着技术研发能力的不断提高，会有更好的GPS技术应用到水库大坝变形监测当中。

参考文献：
[1]张明侠，王洪亮，李广宇，等.GPS技术在水库坝区变形监测中的应用[J].东北水利水电，2007（07）：43-44.
[2]张鹂.GPS技术在水库坝区变形监测中的应用[J].建材与装饰，2013（14）：204-206.
[3]赵多明.GPS和高精度水准测量技术在水库大坝外部变形监测中的应用[J].甘肃水利水电技术，2012，48（04）：39-41.
[4]倪志华，王庆勇.GPS技术在某水库大坝变形监测中的应用[J].新疆水利，2011（05）：32-35.
[5]杨延有，包德高，周建伟.GPS技术在平原水库大坝变形监测网中的应用[J].江西测绘，2010（1）：48-50.
[6]刘晓.水库大坝变形观测的有效措施探讨[J].黑龙江水利科技，
2012，40（12）：194-196.。