大地测量法数据处理系统在三峡高边坡监测工程的应用.doc

http;/测绘信息网大地测量法数据处理系统在三峡高边坡监测工程的应用汤国强(长江水利委员会综合勘测局430014)【摘要】长江水利委员会综合勘测局研制的“高精度大地测量监测自动化系统”被评为1997年度国家科技进步三等奖，其子系统数据处理系统通过3年多在三峡工程高边坡监测工作中的实践，解决了大地测量法外部变形监测中许多实际问题，为动态设计、指导施工发挥了重要作用，取得了巨大的经济效益和社会效益。一、概述http;/测绘信息网三峡水利枢纽的永久船闸、升船机及临时船闸工程规模巨大，开挖高边坡长度均在1 km以上，开挖边坡比高最大达170余米。为此，在施工期随时掌握边坡变形的性状，对其稳定性及时作出评价，是工程施工安全的一个至关重要的问题。目前对高边坡表层变形监测最有效的方法是大地测量法。三峡工程是在开挖区外较稳定地带建立监测网，在高边坡分层的多级马道上布设平面与高程监测点的。用精密水准法测定监测点的高程，仪器为Koni007自动安平水准仪；用测边交会测定监测点的平面位置，仪器为ME5000精密测距仪。至1998年2月为止，永久船闸一期、二期共有水平、垂直位移监测点202个，随着工程的进程，监测点数量还要不断增多；临时船闸水平、垂直位移监测点共有130个。根据设计规定，对监测点需每月观测一次，对于这样一个巨大工程的众多监测点，精确的数据处理相当复杂，并且要求在极短时间内提供可靠准确的监测成果，工作难度是极大的。在3年多的监测过程中，使用了长江水利委员会综合勘测局研制的数据处理系统(高精度大地测量监测自动化系统的一个子系统)，克服了上述诸多困难，为三峡工程高边坡监测服务，取得了良好的经济效益和社会效益。http;/测绘信息网二、数据处理系统简介数据处理系统主要由外业观测数据采集模块(即电子手簿)、传输通讯模块(观测数据进入计算机)、数据处理主模块(即观测数据预处理与平面网平差计算)、成果数据库等组成(见图1)。1. 外业数据采集模块http;/测绘信息网外业数据采集模块(电子手簿)的硬件是利用PC-E500袖珍计算机，运用于外业观测中使用各种不同类型仪器观测数据的记录。外业观测仪器大致分T2000S电子经纬仪、T3经纬仪、ME5000测距仪、DI2002测距仪、Ni007和Ni002自动安平水准仪等。外业观测数据采集分全自动电子记录、手工按键式电子记录两种。外业观测数据采集时，记录程序对规范规定的各项观测限差都作了自动控制，舍弃了不合格的观测数据；对采集到的观测数据可现场打印输出，亦可存入PC-E500计算机E盘(或F盘)回驻地打印输出，打印格式均按有关电子记录规定要求执行。图1大地测量法数据处理系统结构框图2. 传输通讯模块http;/测绘信息网传输通讯模块起到传输程序及数据的作用。PC-E500袖珍计算机E盘(或F盘)上储存的记录数据依赖通讯模块可直接传输到微机，再运行数据传输程序自动生成监测网观测数据预处理所需要的数据文件。或程序通过通讯电缆传输到微机上；亦可将微机上编制的程序传送到PC-E500计算机上。当数据传送到微机上后，再通过运行程序自动生成控制网观测数据预处理软件系统所需要的文件。3. 数据处理主模块http;/测绘信息网数据处理主模块适用于任何类型监测网，多种精度及观测方法或观测量的混合网的数据处理。数据处理分为观测数据的预处理与平差处理两大类，现分述如下：(1) 观测数据预处理模块预处理的作用是将原始观测数据处理成为平差计算能直接利用的数据，其内容包括：水准高差的尺长改正、测距边的加乘常数改正、周期误差改正、垂直角归算到标心改正、观测斜距归算到标心改正、高程网平差、平距计算、水平方向的测距平差等。(2) 观测数据平差模块平差计算模块的计算容量大，通用性强，操作极方便。平差结果直接输出各观测量的改正值、监测点坐标及评定精度数据。数据经平差处理后，可以采用模拟计算法或其他方法来判断工作基点(监测网点)的稳定性，如果有个别工作基点失稳，可将其作为过渡点处理来消除其对监测点的影响。http;/测绘信息网4. 数据库数据库主要是由平面与高程平差计算后生成的监测点最终成果建立的。数据库包含观测时间、监测点点名、监测点平面坐标与高程等内容。根据用户需要，由库结构可产生各种位移量成果报表(可包含监测点位置、首次值观测时间、本次观测时间)，随时调阅各月水平及垂直位移量成果表、水平及垂直累计位移量成果表等。三、输出成果举例根据用户需要，对1998年1月大地测量法监测的永久船闸高边坡一期变形监测应上交监测位移成果举例说明，一期共有水平、垂直位移监测点48个。http;/测绘信息网1. 监测点当月(次)位移量成果表1为对部分水平、垂直位移监测点当月(次)位移量成果表。表1三峡水利枢纽永久船闸高边坡施工期变形监测大地测量法观测成果表施测单位：长江水利委员会综合勘测局施测时间：1998年1月测点桩号马道首次值观测年月X方向本月累计位移位移/mm/mmY方向本月累计位移位移/mm/mmZ方向本月累计位移位移/mm/mmTP/BM01GP0115+52223007-1995-0.50-0.761.2021.060.312.77TP/BM02GP0115+54920002-1996-1.120.011.3810.961.073.03TP/BM03GP0115+52917011-1996-0.65-2.411.3711.821.190.72TP/BM04GP0115+57023006-1995-1.17-1.231.2517.570.432.28TP/BM05GP0115+57220001-1996-0.90-10.401.2014.701.23-0.28TP/BM06GP0115+57017012-1996-0.97-2.071.1811.001.260.12注：永久船闸坐标系，水平位移(X方向)向下游为正，水平位移(Y方向)向船闸中心线为正，垂直位移下沉为正 2. 监测点历次位移量成果http;/测绘信息网表2为对水平、垂直位移监测点TP/BM01GP01历次位移量成果。3. 监测点累计位移量成果表3为对1998年1月监测的部分水平、垂直位移监测点本月(次)累计位移量成果。四、数据处理系统的使用效果自1994年11月开展三峡工程高边坡表层岩体监测工作以来，大地测量法数据处理系统经过3年多的实践应用，表明该系统使用效果极佳，具有下列优越性。http;/测绘信息网1. 实现人工电记或自动记录，自动控制观测限差，保证了外业原始观测数据的正确可靠，符合技术要求，同时极大地提高了工作效率。2. 各层次计算之间，数据自动生成、自动传输，避免了用按键输入经常发生的差错。3. 在观测点实施过程中，可随时优化网的结构，例如发现某个监测点的点位中误差偏大，可适当增加有关监测点之间的边长联系，或者高程网中的结点联系，从而改善网的图形而使监测点的点位精度得到整体提高。自1997年初实施上述处理方法以来，几百个监测点的平面与高程中误差，全部小于1 mm。http;/测绘信息网4. 数据处理的速度快。每月外业观测工作结束后，对观测数据的预处理、平差处理及生成各种位移量报表，只需23 h可以完成，做到了对三峡工程高边坡的稳定性及时作出评价。5. 每项处理结果都用表格形式输出，列出起算数据，计算需要的中间数据及结果数据，计算的可靠性都有据可查。在处理过程中，还加进了对观测质量的评定，处理的成果便于检查和验收。表2TP/BM01GP01观测年月桩号X15+522Y马道230 mZ1995-070.000.000.001995-08-0.042.28-0.581995-09-0.373.82-0.591995-10-1.375.56-0.461995-11-0.827.97-0.301995-12-0.5110.800.521996-01-0.2211.631.531996-020.3611.621.481996-030.2012.062.131996-04-0.3412.312.501996-05-0.6111.512.201996-060.1311.522.251996-070.7711.582.971996-08-0.6112.152.891996-090.2811.633.071996-100.2712.352.751996-11-0.4013.322.621996-120.4613.722.201997-01-0.3514.422.791997-020.5713.962.881997-030.7014.592.641997-04-0.0415.041.631997-050.3915.262.481997-06-0.0115.522.051997-07-0.8515.922.101997-08-1.9916.451.371997-09-1.1816.061.711997-10-0.0617.072.021997-110.1218.312.101997-12-0.2619.862.461998-01-0.7621.062.77注：同表1 http;/测绘信息网6. 由于对高边坡变形的监测精度高，可以为设计部门验证高边坡设计提供可靠的边坡变形数据。http;/测绘信息网7. 由于提供成果及时，对施工能起到指导作用。例如，三峡升船机北坡的个别地段，监测资料表明开挖后变形大，变形与开挖有关，后来调整了开挖部位的施工顺序，从而使施工开挖工作顺利进展。 表3测点首次时间本次时间XYZTP/BM01GP011995-071998-01-0.7621.062.77TP/BM02GP011996-021998-010.0110.963.03TP/BM03GP011996-111998-01-2.4111.820.72TP/BM04GP011995-061998-01-1.2317.572.28TP/BM05GP011996-011998-01-10.4014.70-0.28TP/BM06GP011996-121998-01-2.0711.000.12TP/BM07GP011995-061998-017.1618.91-0.47TP/BM08GP011996-011998-01-2.969.052.35TP/BM09GP011996-041998-01-1.5118.40-2.22TP/BM10GP011995-061998-01-7.6623.75-1.10TP/BM11GP011996-011998-01-3.7511.090.18TP/BM12GP011996-111998-01-3.767.810.78注：同表1 五、结束语http;/www.otherma