基与GPS的大坝变形监测（Word20）

1、安徽建筑大学毕 业 设 计 (论 文)专 业班 级学生姓名学 号课 题 基于GPS大坝变变形监测测 指导教师 2015年年 月 日摘要大坝安全监监测，着着重于变变形监测测，是保保证大坝坝运营安安全，防防止大坝坝灾难性性事故发发生的重重要手段段。本文文基于GPS测量的的基本原原理，通通过大坝坝变形监监测网的的布设，处处理采集集到的前前后两期期观测数数据，通通过比较较监测点点分别在在WGS84坐标系系和19554北京坐坐标系下下的坐标标差值，得得出的结结果符合合大坝变变形的精精度要求求，从而而得出某某大坝尚尚未发生生明显变变形这一一结论。不不足之处处在于标标志点在在WGS84坐标标系中向向1955

2、4北京坐坐标系的的投影过过程中产产生了误误差，使使得控制制点的两两期坐标标不等。由由此可知知，各坐坐标之间间转换的的时候，投投影误差差不可以以忽略，精精度分析析的时候候，为减减小误差差，最好好统一在在WGSS84坐标系系下进行行解算、分分析。关键词；GGPS ；变形形监测；精度ABSTRRACTTThe ddam saffetyy moonittoriing, foocusses on thee deeforrmattionn moonittoriing, itt iss too ennsurre tthe saffetyy off daam ooperratiion, prreveent t

3、hee caatasstroophiic aacciidennts. Inn thhis papper, baasedd onn thhe bbasiic pprinncipple of GPSS meeasuuremmentt, tthrooughh thhe ddam defformmatiion monnitoorinng nnetwworkk laayouut, proocesssinng, botth bbefoore andd affterr thhe pperiiod of obsservvatiion datta ccolllectted by commparringg thh

4、e mmoniitorringg poointts iin tthe WGSS - 84 cooordiinatte ssysttem andd 19954 Beiijinng ccoorrdinnatees tthe cooordiinattes of thee diiffeerennce, thhe rresuultss coonfoorm to thee reequiiremmentts oof tthe preecissionn off thhe ddam defformmatiion, thhus a ddam hass noot yyet occcurrred obvviouus

5、ddefoormaatioon oof tthe conncluusioon. Shoortccomiing in thee laandmmarkk inn thhe WWGS - 884 ccoorrdinnatee syysteem tto tthe 19554 BBeijjingg cooorddinaate sysstemm prroduucedd inn thhe pproccesss off prrojeectiion errror, maakinng tthe conntrool ppoinnts of thee twwo ccoorrdinnatees. Theereffore

6、e, tthe cooordiinatte ttrannsfoormaatioon bbetwweenn, pprojjecttionn errrorr caan nnot be ignnoreed,PPreccisiion anaalyssis, too reeducce tthe errror, itt iss beetteer tto uuniffy tthe WGSS - 84 cooordiinattes callcullatiing andd annalyysiss.Key wwordds； GPPS，defformmatiion monnitoorinng，preecission

7、n目录TOC o 1-3 h z摘要 HYPERLINK l _Toc89852647 PAGEREF _Toc89852647 h II HYPERLINK l _Toc89852648Abstrractt PAGEREF _Toc89852648 h II HYPERLINK l _Toc89852649插图或附表表清单 PAGEREF _Toc89852649 h VV HYPERLINK l _Toc89852650注释说明清清单 PAGEREF _Toc89852650 h VII HYPERLINK l _Toc89852652第一章绪论论4 HYPERLINK l _Toc898

8、526531.1 大大坝变形形监测的的意义55 HYPERLINK l _Toc898526541.2GPPS用于变变形监测测的现状状5 HYPERLINK l _Toc898526551.3研究究内容66目录为正文部分信息概要，与摘要一起单独编号。不用此信息时，删除此框。 HYPERLINK l _Toc89852656第二章基于于GPS技术大大坝变形形监测的的方法77目录为正文部分信息概要，与摘要一起单独编号。不用此信息时，删除此框。 HYPERLINK l _Toc898526572.1 控控制网布布设7 HYPERLINK l _Toc898526582.2监测测点布设设82.3大坝坝

9、变形监监测方案案9 22.3.1测侧区区勘察9 22.3.2资料收收集9 22.3.3确定布布网方案案9 22.3.4GPPS测量方方法10 22.3.5编写技技术设计计说明10 22.3.6造标埋埋石10 22.3.7投影带带选取11 22.3.8测量规规范11 HYPERLINK l _Toc89852659第三章大坝坝变形监监测数据据处理111 HYPERLINK l _Toc898526603.1 数据处处理的方方法111 HYPERLINK l _Toc898526603.2 HYPERLINK l _Toc89852660数据据分析11 PAGEREF _Toc89852660 h

10、 43.3预测测与预报报17 HYPERLINK l _Toc89852662第四章结论论与展望望17 44 HYPERLINK l _Toc89852663.11 结结论177 HYPERLINK l _Toc898526644.2展望望18 参考考文献18 HYPERLINK l _Toc89852665附录19 HYPERLINK l _Toc89852666谢辞20ConteentssAbstrracttIIntrooducctioon11Chaptter 1 22concllusiion 7referrencce 111postsscriipt or commpliimennt133

11、resumme oof ttutoor111一绪论由于大型建建筑物（如如大坝）在在国民经经济建设设中的重重要性，其其安全问问题受到到普遍关关注。一一旦因为为某种原原因引起起工程灾灾害，其其后果将将不堪设设想。因因此，准准确地掌掌握各类类工程建建筑物的的变形状状态，实实现预测测和防治治工程灾灾害的目目的，显显得十分分必要。本本文通过过对某大大坝实施施变形监监测，主主要的目目的在于于：1分析和和评价大大坝的安安全状态态，2验证设设计原理理，反馈馈施工质质量，3研究变变形规律律，对大大坝变形形合理预预报。鉴鉴于当前前的GPS测量精精度已经经达到毫毫米级，利利用GPS进行水水平位移移观测可可获得小小于

12、2mmm精度的的位移矢矢量，高高程的测测量误差差也能获获得不大大于100mm的精度度。因此此，本文文在详细细总结了了GPS技术应应用于变变形监测测方案设设计的基基础上,对某大大坝建立立变形监监测网，根根据监测测网的数数据处理理方法以以及变形形分析的的方法，比较监测点在前后两期的坐标差值，对输出成果进行分析和预测，从而得出大坝的变形现状。通过GPS技术在某大坝变形监测的应用实例,充分说明了GPS定位技术是一种应用前景广阔的变形监测方法。1.1大坝坝变形监监测的意意义由于混凝土土坝建成成蓄水后后，在水水压力、泥泥沙压力力、浪压压力、扬扬压力及及温度变变化等因因素作用用下，往往往会产产生变形形，影响

13、响大坝的的正常使使用，严严重时会会危及大大坝的安安全，引引起坍塌塌，滑坡坡，沉陷陷，倾斜斜，裂缝缝等灾难难性的后后果，给给社会和和人民的的生活带带来巨大大的损失失。如法法国67m高的马马尔巴塞塞拱坝19559年垮坝坝，美国国93m高的提提唐土坝坝19776年溃决决，财产产经济损损失严重重。而我我国隔河河岩大坝坝外观变变形GPS自动化化监测系系统在19998年长江江抗洪错错峰中发发挥了巨巨大作用用，确保保了安全全防汛，避避免了荆荆江大堤堤溃塌。因因此，对对大坝进进行安全全评估的的变形监监测工作作显得尤尤为重要要，1.2 GGPS应用于于变形监监测现状状经过近十年年的迅速速发展,GPPS观测边边长

14、相对对精度已已经能够够达到10-9m,比传统统大地测测量精度度提高了了3个量级级。所以以，GPS技术在在变形监监测方面面有着广广泛的运运用。首首先,利用GPS技术解解决了常常规观测测中需要要多种观观测的问问题,观测结结果能充充分反映映滑坡的的全方位位活动性性,是监测测滑坡变变形、掌掌握滑坡坡发育规规律的切切实可行行的技术术;其次,该技术术可对大大型建筑筑物位移移实时监监测,具有受受外界影影响小、自自动化程程度高、速速度快、精精度较高高等优点点,可以全全天候测测量被测测物体各各测点的的三维位位移变化化情况,找出被被测物体体三维位位移的特特性规律律,为大型型建筑物物的安全全、养护护维修提提供重要要

15、的参数数和指导导;第三,GPPS精密定定位技术术不仅可可以满足足水库大大坝外观观变形监监测工作作的精度度要求,而且有有助于实实现监测测工作的的自动化化。另外外,GPPS技术还还应用于于地面、海海上勘探探平台及及高层建建筑物等等的沉陷陷观测中中。1.3 研研究内容容本文基于GGPS测量工工作原理理，通过过建立GPS测量控控制网，对对某大坝坝实施变变形监测测，通过过得到的的数据成成果，对对大坝变变形情况况进行评评估和预预测。本文依据GGPS测量技技术设计计，采用用GPS连续性性静态相相对定位位，依照照GPS网的精精度标准准与分类类，采用用边点混混合连接接式，通通过前期期对测区区踏勘与与地形图图的资

16、料料收集（交交通状况况、水系系分布情情况、控控制点分分布情况况等）。对对外业观观测计划划进行拟拟定；（GPS网的规规模大小小、点位位精度要要求 、GPS卫星星星座几何何图形强强度、参参加作业业的接收收机数量量 、交通通，通信信等的后后勤保障障）。布布网方案案，GPS网点的的图形及及基本连连接方法法，GPS网结构构特征的的测算，点点位布设设图的绘绘制等。编编写技术术设计说说明书，选选点与埋埋标（GPS点位的的基本要要求、点点位标志志的选用用及埋设设方法、点点位的编编号等）。投投影带的的选取，经经过外业业观测（编编制GPS卫星的的可见性性预报图图、选择择卫星的的几何图图形强度度、选择择最佳的的观察

17、时时段、观观察区域域的设计计与划分分、编制制作业调调度表等等）。得得到相关关的数据据后，利利用计算算机进行行数据处处理。通通过对成成果数据据的分析析，了解解大坝变变形的情情况。最最后对本本文所采采用的方方法进行行总结，对对未来GPS技术发发展的趋趋势进行行展望。二基于GPPS技术大大坝变形形监测的的方法2.1控制制网布设设GPS网的的精度设设计主要要取决于于网的用用途，其其精度标标准一般般用GPS边长的的固定误误差a和比例例误差b表示。由由于GPS同步观观测不要要求点间间通视，故GPS网形设计具有较大的灵活性。GPS网的基准包括位置基准，方位基准和尺度基准。GPS网的网形布设通常有点连式，边连

18、式，边点混合连接式。GPS观测中，3台或3台以上接收机同步观测获得的基线向量构成同步环。故所谓点连接、边连接等方式都是指同步环之间的连接。本文用3台接收机进行观测的网形设计如图a所示将三角点（A、B、C、D）作为为基准点点与变形形监测点点一同进进行GPS网的网网形设计计。对于于3台接收收机组成成的监测测网，基基准网点点4个，需需观测3个时段段。基准准点与变变形监测测点连成成16个三角角形，观观测16个时段段。该网网形的多多余观测测比较多多，属于于可靠性性较强、精精度较高高的网形形。对于于设计出出的GPS网形，要要依据接接收机的的观测精精度和网网形结构构，进行行精度预预计，同同时给出出该网的的可

19、靠性性指标，求求出最弱弱点点位位中误差差。考虑虑到观测测时段数数，最后后优化出出精度能能满足要要求、工工作量最最省的方方案。2.2 监监测点布布设本次将变形形监测点点埋在大大坝上，由由于GPS测量不不一定要要求测站站间相互互通视，且且网的图图形结构构较灵活活，因此此点位目目标要显显著，视视场周围围15度以上上不应有有障碍物物，以减减小GPS信号被被遮挡或或被障碍碍物吸收收。本次次为了避避免磁场场对GPS信号的的干扰，选选取的点点位远离离大功率率无线电电发射源源不小于于2000m处，远远离高压压输电线线，其距距离不小小于50m。确定定了控制制点的位位置以后后，即着着手进行行造标埋埋石工作作，最为

20、为重要的的是标志志点的选选取必须须非常坚坚固，从从而有效效反应大大坝的变变形情况况，另选选取了大大坝外的的基准点点，作为为对大坝坝上标志志点的对对照。此大坝共有有5个标志志点GC006、OP005、OP004、OP003、GC111，其中GC006、GC111两个基基准点位位于坝体体之外，可可认为是是固定的的，在没没有较大大的运动动情况下下，基本本上可视视为是坝坝体运动动的参考考点。OP005、OP004、OP003位于坝坝体上的的特征点点，通过过监测这这三个点点的运动动，可分分析坝体体的大致致运动趋趋势。2.3 大大坝变形形监测方方案2.3.11测区勘勘察主要是了解解测区的的地理位位置、形形

21、状大小小，今后后发展远远景，测测量成果果使用的的精度要要求，完完成任务务的期限限以及生生产上对对控制点点的位置置、密度度的要求求等。控控制点的的分布情情况；三三角点、水水准点、GPS点、多多普勒点点、导线线点的等等级、坐坐标、高高程系统统、点位位的数量量及分布布，点位位标志的的保存状状况等。2.3.22资料收收集（1）如设设计时需需用的地地形图(比例尺尺为1100001500000)，各类类图件；大地水水准面起起伏图，交交通图等等。（2）测区区已有各各类控制制点的成成果；三三角点、水准点、GPS点、导线点及各控制点坐标系统、技术总结等相关资料。（3）测区区有关的的地质、气气象、交交通、通通信等

22、方方面的资资料。（4）城市市及乡村村行政区区划表等等。2.3.33确定布布网方案案由于仅仅是是对大坝坝所在区区域相对对于大坝坝外控制制点的变变形，因因此布设设成图1独立网网（其中中，GC006、GC111为已知知点）。2.3.44 GPPS测量方方法本次测量方方法是GPS相对定定位测量量，是采采用三度度带投影影的全面面布设。图图上设计计时是在在1:2250000的地形形图上进进行的，具具体过程程是：首首先展绘绘已知点点、网；按照已已定的布布网方案案从图上上判断点点与点之之间是否否彼此通通视，由由各点组组成的图图形能否否满足规规范所规规定的精精度和其其他要求求，监测测点所在在位置也也应能满满足使

23、用用要求。图图上选点点后，须须到实地地确定，是是否切实实可行，为为了保证证控制网网精度和和避免返返工，还还应该对对控制网网中推算算元素的的精度进进行估算算。每个个观测时时刻的观观测卫星星大于4颗，仪仪器采样样间隔统统一设置置为10妙，天天线采用用脚架安安置在点点位垂线线方向上上，对中中误差小小于3mm，基座座均整平平，居中中。接收收机采集集数据后后转换为为国际标标准rinnex格式，运运行ashhtecchssoluutioons后处理理软件，建建立新项项目，定定义坐标标系统，输输入中央央子午线线1377，比例例因子是是1，椭球球是19884北京坐坐标系，导导入rennix格式数数据，点点击计

24、算算机键盘盘F5键，软软件默认认处理所所以基线线，共有有10条基线线，处理理后的基基线标准准差值均均小于限限差，然然后进行行最小约约束平差差，平差差后的基基线向量量的径向向残差均均小于限限差，Nettworrkrrel.Acccurracyy显示通通过，处处理结果果均小于于限差。2.3.55编写技技术设计计说明书书编写技术设设计的目目的在于于拟定大大坝监测测控制测测量的实实施计划划，从整整体规划划上、技技术上、组组织上作作出说明明。2.3.66造标埋埋石确定了控制制点的位位置以后后，须着着手进行行造标埋埋石工作作，埋设设的标石石作为点点的标志志，建造造的觇标标作为观观测时照照准的目目标，一一切

25、观测测成果和和点的坐坐标都归归算到标标石中心心上。因因此，标标志点的的选取一一定要坚坚固，保保证能有有效地反反应大坝坝的变形形情况。2.3.77投影带带的选取取此次控制网网点均分分布在10111104之间，靠靠近1011，选取3带作为为投影带带。为了了避免投投影误差差，还可可在WGS84坐标系系下进行行测量、计计算、比比较和评评定。2.3.88测量规规范一般传统的的监测网网中需要要分别设设置平面面控制网网和高程程控制网网，有时时按照测测图网的的精度和和密度要要求，需需要同时时获取标标志点的的三维坐坐标，所所以观测测时要满满足国家家的规范范要求。一一般情况况下，距距离丈量量相对误误差不超超过1/

26、1100000，测角角误差不不超过10分。为为了保证证整个建建筑场地地各部分分高程的的统一和和精度要要求以及及高程测测设的便便利，采采用GPS实施监监测。3 大坝变变形监测测数据处处理3.1 数数据处理理方法处理数据的的思路：总共有有两期对对大坝的的监测数数据，在在大坝整整体位移移不大、主主要研究究大坝控控制网内内标志点点变化的的情况下下，可将将坝体外外的两个个点视为为基准点点，对整整个网进进行整体体基线解解算和网网平差，输输出各个个点的坐坐标及精精度评定定结果；然后以以第一期期观测的的基准点点GC006、GC111为固定定点，利利用第二二期数据据进基线线解算和和网平差差，并对对各个点点的精度

27、度进行检检核是否否在控制制的范围围内，如如果超出出限差，需需要对数数据进行行进一步步的处理理，然后后同比第第一期处处理的OP005、OP004、OP003点的坐坐标进行行对比，比比较两期期观测中中，大坝坝总体的的结构位位移，从从而对其其稳定性性进行分分析。安装ashhtecchssoluutioons后处理理软件包包，双击击图标打打开软件件，首先先建立一一个工程程，显示示出如下下界面导入数据，数数据分布布如图2，进行行基线解解算和平平差处理理，结果果为（图图3）图2 第一一期数据据分布图图图3.第第一期数数据整体体平差图图解算完毕，从从网精度度图上分分析基线线的精度度，对精精度较差差的基线线进

28、行处处理。以以基线OP005GC006为例，查查看OP005GC006基线的的载波相相位双差差残差（carrrieerpphasseddoubblediffferrenccedressiduualss），从从中找出出误差较较大的时时间段，进进行有效效的筛除除，从而而进一步步提高GPS监测数数据的高高精度。其其他残差差图曲线线基本平平滑连续续而且数数值比较较小，说说明观测测数据质质量比较较好，符符合高精精度滑坡坡变形监监测的要要求。对对第二期期数据进进行相同同的方式式进行处处理：将第一期观观测的两两基准点点作为第第二期观观测的控控制点，19554坐标系系中平差差结果如如下（图图4）：图4.第第二

29、期数数据处理理点的结结果3.2 数数据分析析经过ashhtecchssoluutioons软件处处理，可可得两期期观测的的平差网网点图和和分别在在WGS84坐标系系和19554北京坐坐标系下下的包含含基线向向量、各各点坐标标及精度度的报告告，将两两组数据据用19554北京坐坐标系下下的坐标标表格对对比：（注注：差值值是第一一期与第第二期之之差） 表1 北京坐标系表1 北京坐标系坐标标志点East（m）Northh（m）Elvess（m）GC06第一期4784665.332129674440.53441236.0822第二期4784665.332129674440.53441236.0822差值

30、0.000.000.00GC11第一期4788332.889029678870.38331233.7255第二期4788332.889029678870.38331233.7255差值0.000.000.00OP03第一期4783445.332129680025.35991231.6988第二期4783445.332229680025.36111231.6977差值-0.0001-0.00020.01OP04第一期4782009.331429678889.26991231.6933第二期4782009.331729678889.27001231.6955差值-0.0003-0.0001-0.0

31、002OP05第一期4781669.334329676663.77441231.6844第二期4781669.334529676663.77551231.6877差值-0.0002-0.0001-0.0003将两组数据据在WGSS84坐标系系下进行行比较：（注：其差值值是第一一期和第第二期之之差）表2 WGS-84坐标系表2 WGS-84坐标系坐标标志点Lat LonElvess（m）GC06第一期2649901.785542”101 47 000.2003344”1201.0677第二期2649901.790058”101 47 000.1447888”1201.5066差值-0.00051

32、660.0055560.4399GC11第一期2649915.771142”101 47 133.4887288”1198.7244第二期2649915.776662”101 47 133.4331822”1199.1611差值-0.00052000.055546-0.4337OP03第一期2649920.779974”101 46 555.8221733”1196.6944第二期2649920.784496”101 46 555.7666233”1197.1333差值0.0055220.055550-0.0339OP04第一期2649916.350054”101 46 500.9005066

33、”1196.6877第二期2649916.355573”101 46 500.8449599”1197.1288差值-0.00051990.005547-0.4441OP05第一期2649909.021198”101 46 499.4771700”1196.6733第二期2649909.027714”101 46 499.4116288”1197.1144差值-0.00051660.055542-0.4331通过上述两两个图可可分析得得：两期期观测中中，第一一期为自自由控制制网，第第二期是是第一期期在北京京19554坐标标系中网网平差结结果的基基础上以以GC006、GC111为基基准点进进行约

34、束束控制网网平差，可可得两次次观测中中最大点点的坐标标差值不不大于33mm，3mmm是在对对大坝进进行采取取一定救救护措施施的限差差之内。说说明两次次观测中中，大坝坝标志点点没有发发生明显显的变化化，之所以在WWGS84坐标标系中GGC066、GC111两点点的两期期观测差差值不为为0，是因因为标志志点在WWGS84坐标标系中向向北京19554坐标系系的投影影过程中中产生了了误差，使使得差值值出现了了不同程程度的大大小，此此例也说说明，在在各坐标标之间转转换的时时候，投投影误差差不可以以忽略，由由此而知知，精度度分析的的时候，为为减小误误差，最最好统一一在WGSS84坐标系系下进行行解算、分分

35、析。3.3 预预测与预预报通过以上的的测量结结果与数数据分析析，该大大坝未发发生明显显变化。但但大坝发发生变形形是客观观存在的的，因此此应该提提高监测测人员的的专业性性素质。不不能忽略略工程质质量各个个环节的的把握力力度与关关注度，否否则会造造成难以以弥补，无无法预期期的后果果。4 结论与与展望4.1总结结GPS技术术以其全全天候、高高精度、高高速度、实实时三维维定位、误误差不随随定位时时间而积积累、高高动化等等特点优优于传统统的测量量技术,对于变变形监测测是一种种非常有有效的方方法。特特别是在在大型工工程中应应用一机机多天线线监测系系统,不但能能大幅度度降低成成本,而且其其精度不不会降低低,

36、既提高高了工作作效率,又节省省了大量量的人力力和物力力。水电电站大坝坝安全责责任重于于泰山。通通过对以以往事故故的回顾顾和分析析，说明明在大坝坝设计、施施工和运运行过程程中，任任何失误误和疏忽忽都将影影响到大大坝的风风险度，都都有可能能铸成大大祸，造造成巨大大损失，必必须加强强大坝设设计、施施工、运运行全过过程的安安全管理理。本文文重点针针对运行行中大坝坝的安全全问题，运运用GPS技术进进行变形形监测，使使其作为为确保大大坝安全全行之有有效的重重要措施施，必须须要坚定定不移地地继续贯贯彻下去去。4.2展望望在本文研究究基础上上，还有有很多需需要研究究的问题题：（1）对于于使用GPS技术动动态性监监测的大大坝，还还需要更更更多的的监测内内容，考考虑的因因素还要要包括：水流、季季节变化化、重荷荷情况下下的位移移变化。（2）必要要时候，GPS技术中中还需要要进行实实时观测测，建立立实时监监测系统统，通过过对标志志点的多多次监测测，来预预测大坝坝的位移移趋势，更更加准确确的预测测。通过广大运运行管理理和科技技人员的的不懈努努力，来来解决目目前GPS技术监监测大坝坝