淺談水電站滑坡體自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)

趙明

摘要：GPS技術(shù)、測(cè)量機(jī)器人是當(dāng)前外部變形監(jiān)測(cè)的主要手段之一，但在一些滑坡體的變形監(jiān)測(cè)中，情況非常復(fù)雜，單一監(jiān)測(cè)手段很難達(dá)到監(jiān)測(cè)目的，所以在這些項(xiàng)目中，多種手段往往是結(jié)合使用的。在當(dāng)今數(shù)字化、自動(dòng)化測(cè)繪時(shí)代，如何把多種監(jiān)測(cè)手段結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，是本文研究的目的。文章介紹了水電站滑坡體自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：滑坡體;自動(dòng)化;變形監(jiān)測(cè)

該水電站滑坡體地處深山峽谷，為典型的“V”型高山峽谷地貌，谷底狹窄，岸坡多為陡壁和陡坡，沿江有一條簡(jiǎn)易公路。測(cè)區(qū)未接通國(guó)家主電網(wǎng)，電力主要靠小水電供給，且無(wú)法提供持續(xù)供電?？紤]到該滑坡體的地形和現(xiàn)場(chǎng)條件，采用GPS和測(cè)量機(jī)器人聯(lián)合作業(yè)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案。

1 現(xiàn)代變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展

1.1 GPS監(jiān)測(cè)技術(shù)

近年來(lái)，我國(guó)在利用GPS進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)等方面，做了大量的研究工作。隨著GPS接收技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的日臻完善，使測(cè)量的速度和精度不提高，GPS在我國(guó)的變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。1998年，我國(guó)的隔河巖大壩外部變形首次采用GPS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有速度快、全天候觀測(cè)、測(cè)點(diǎn)間無(wú)需通視、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)壩體表面的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)能進(jìn)行同步變形監(jiān)測(cè)，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、分析、顯示、存儲(chǔ)等的一體化和自動(dòng)化，測(cè)量精度可達(dá)到亞毫米級(jí)。

1.2 測(cè)量機(jī)器人監(jiān)測(cè)技術(shù)

測(cè)量機(jī)器人監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由帶電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和程序控制的TPS系統(tǒng)結(jié)合激光、通訊及CCD技術(shù)組合而成，它集目標(biāo)識(shí)別、自動(dòng)照準(zhǔn)、自動(dòng)測(cè)角測(cè)距、自動(dòng)跟蹤、自動(dòng)記錄于一體，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量的全自動(dòng)化。測(cè)量機(jī)器人能夠自動(dòng)尋找并精確照準(zhǔn)目標(biāo)，在1S內(nèi)完成對(duì)單點(diǎn)的觀測(cè)，并可以對(duì)成百上千個(gè)目標(biāo)作持續(xù)的重復(fù)觀測(cè)。以此優(yōu)化傳統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)方案，提高觀測(cè)精度，減少測(cè)量人員的工作量。

2 水電站自動(dòng)化技術(shù)在滑坡體變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

2.1基準(zhǔn)網(wǎng)建設(shè)

平面監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)網(wǎng)按《水利水電工程測(cè)量規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱規(guī)范）中的專用平面控制網(wǎng)專二級(jí)精度布設(shè)，由大地四邊形構(gòu)成，覆蓋整個(gè)滑坡體監(jiān)測(cè)區(qū)域。各圖形結(jié)構(gòu)的平均邊長(zhǎng)1.5km，最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差±2.5mm，最弱點(diǎn)誤差橢圓長(zhǎng)半徑±2mm。

Ⅰ級(jí)GPS基準(zhǔn)點(diǎn)選擇在土質(zhì)堅(jiān)實(shí)、供電穩(wěn)定、交通通訊條件較好的位置，是各滑坡體監(jiān)測(cè)的坐標(biāo)起算基準(zhǔn)。Ⅰ級(jí)GPS基準(zhǔn)點(diǎn)同時(shí)是各GPS表面位移測(cè)點(diǎn)的參考站，采用IGS的后處理精密星歷進(jìn)行解算。Ⅱ級(jí)測(cè)量機(jī)器人工作基點(diǎn)采用GPS靜態(tài)測(cè)量方式與Ⅰ級(jí)網(wǎng)基準(zhǔn)網(wǎng)聯(lián)測(cè)，選點(diǎn)按實(shí)測(cè)斷面及測(cè)點(diǎn)分布情況選點(diǎn)，保證相應(yīng)的通視條件。

采用GPS方法觀測(cè)時(shí)，水平位移觀測(cè)精度控制在±3mm以內(nèi)，垂直位移精度控制在±5mm以內(nèi);采用測(cè)量機(jī)器人觀測(cè)時(shí)，按精密全站儀坐標(biāo)法測(cè)量觀測(cè)的技術(shù)要求施測(cè)，盤左盤右各測(cè)兩個(gè)測(cè)回，一測(cè)回照準(zhǔn)目標(biāo)1次測(cè)4次坐標(biāo)，測(cè)角中誤差±1″，測(cè)距中誤差±2mm，最大邊長(zhǎng)≤700m 。

2.2 GPS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

由控制中心的GNSS Spider工作站計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制和管理GPS接收機(jī)，原始觀測(cè)文件經(jīng)無(wú)線網(wǎng)橋方式傳輸至數(shù)據(jù)中心，通過(guò)解算軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)解算。數(shù)據(jù)采用自動(dòng)化方式進(jìn)行存儲(chǔ)，將解算后的數(shù)據(jù)自動(dòng)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。原始數(shù)據(jù)經(jīng)投影轉(zhuǎn)換以斷面走向?yàn)楸狈较颍瑪?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通過(guò)徠卡GeoMoS軟件自動(dòng)完成。

2.3測(cè)量機(jī)器人自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

測(cè)量機(jī)器人在GeoMoS自動(dòng)觀測(cè)軟件的配合下，自主完成監(jiān)測(cè)點(diǎn)的棱鏡搜索、后視定向、坐標(biāo)測(cè)量、數(shù)據(jù)記錄和成果導(dǎo)出。觀測(cè)成果上傳至數(shù)據(jù)解算服務(wù)器段即可進(jìn)行平差計(jì)算，以保證對(duì)外業(yè)觀測(cè)質(zhì)量的有效檢核。若符合限差即可進(jìn)行整體平差計(jì)算，并自動(dòng)形成相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)觀測(cè)記錄和分析圖表。

按《規(guī)范》要求，各測(cè)回均后視起始方向，盤左盤右各測(cè)兩個(gè)測(cè)回，1測(cè)回內(nèi)照準(zhǔn)并測(cè)量4次坐標(biāo)。測(cè)量機(jī)器人標(biāo)稱測(cè)距精度±0.6mm+1ppm，測(cè)角中誤差±0.5″，可滿足自動(dòng)化采集溫度、氣壓改正信息和測(cè)量數(shù)據(jù)的測(cè)記功能。

2.4 GPS與測(cè)量機(jī)器人聯(lián)合作業(yè)

利用徠卡GeoMoS開放式用戶定制的全自動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，接入徠卡測(cè)量機(jī)器人、GPS等設(shè)備，通過(guò)GeoMoS系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)GPS與測(cè)量機(jī)器人的聯(lián)合作業(yè)。徠卡測(cè)量機(jī)器人對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)棱鏡按照設(shè)定周期進(jìn)行觀測(cè)，實(shí)時(shí)地將變形點(diǎn)的三維坐標(biāo)通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)傳到系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制中心;現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)控制中心主要是安裝在服務(wù)器上的徠卡GeoMoS軟件，通過(guò)徠卡GeoMoS軟件可以實(shí)時(shí)了解各個(gè)棱鏡監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移及沉降情況?？刂浦行牡腉NSS Spider工作站計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制和管理GPS，獲取各個(gè)GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)GNSS Spider軟件，靜態(tài)后處理解算各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)，再轉(zhuǎn)化為本地坐標(biāo)。

測(cè)量機(jī)器人和GPS數(shù)據(jù)統(tǒng)一在GeoMoS系統(tǒng)中匯總計(jì)算，通過(guò)安裝天線的360°反射棱鏡，可實(shí)時(shí)獲取棱鏡坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)兩套系統(tǒng)在同一坐標(biāo)系的無(wú)縫聯(lián)合工作，并可實(shí)時(shí)更新全站儀測(cè)站坐標(biāo)，即使測(cè)量機(jī)器人位于變形區(qū)域也不受影響。實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移及沉降情況的24小時(shí)不間斷的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，并可通過(guò)擴(kuò)展應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)整體監(jiān)測(cè)網(wǎng)系統(tǒng)的查詢、監(jiān)控、分析、預(yù)警等操作。GeoMoS自動(dòng)解算測(cè)站方式，自由設(shè)站法， GPS和360°棱鏡組合作為控制點(diǎn)，獲取已知坐標(biāo)，為全站儀自由設(shè)站計(jì)算所用， GeoMoS即可自動(dòng)解算測(cè)量機(jī)器人的測(cè)站坐標(biāo)。

3 結(jié)束語(yǔ)

利用現(xiàn)代技術(shù)解決工程問題有著很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值，不但可以節(jié)省大量的人力物力，還可以解決以往傳統(tǒng)手段無(wú)法解決的精度、周期、作業(yè)條件等問題。隨著計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能以及測(cè)量手段的不斷發(fā)展，以往的工程難題利用現(xiàn)代的技術(shù)手段來(lái)解決會(huì)越來(lái)越容易，滑坡體的變形監(jiān)測(cè)也是如此，需要我們不斷地去思考研究，技術(shù)才會(huì)不斷進(jìn)步。

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（作者單位：中國(guó)電建華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司）