GPS在大坝变形监测中的应用.pdf

华夏地理|资源与环境

GPS在大坝变形监测中的应用

蔡海峰1雷河森2冯凌浩2王田磊2
（1.荥阳市城乡规划局，河南郑州450100；2.河南方宇勘测规划设计有限公司，河南郑州450000）

随着时代的进步，人类生产、生活领域不断扩大，形设计。用三台接收机进行观测的网形设计如图1
需要监视地表、地面建筑和各种工程设施以及生存所示，用四台接收机进行观测的网形设计如图2所
空间的点位移动状况，并进行地面形变测量。示。
传统的测量方法观测时间长，劳动量大，已经
不能很好的满足变形监测的需求，GPS定位技术具
有，精度高、速度快、全天候等特点。GPS技术解
决了常规测量中需要多种观测的问题，观测结果能
充分反映出变形体的全方位活动性，利用GPS技术
对不稳定区域进行变形监测，处理后的结果能很好
的反映变形的趋势，可以有效的预防灾难性事故的
发生。
实践证明，对于数公里的短边长，GPS相对定
图1三台接收机观测网形
位可达毫米级精度。随着GPS系统的完善，GPS接
收机性能和解算软件不断改进，在短距离（二三公
里以内）上能够达到亚毫米级的精度。比如目前标
称精度为1mm十（0.1~1）×106×D的接收机已经
问世；使用精密星历和高精度的基线解算软件（如
TrimbleGeomaticsOffice软件），对观测时段长为1h
的观测资料的解算其水平精度优于1mm，垂直精度
优于1.5mm。这样，高精度的GPS定位技术便可用
于水库大坝的变形监测。
图2四台接收机观测网形
对于图1，基准网点4个，三个时段，基准点
一、GPS变形监测网形设计
与变形观测点连成三角形16个，观测16个时段。
对于图2，4个基准网点观测一个时段，基准点与
点连式是指相邻同步图形之间仅有一个公共点
变形观测点连成8个大地四边形，观测8个时段。
的连接。由于点连式所构成的网形几何强度很弱，
显然用四台接收机观测比用三台接收机观测时段数
在GPS形变监测网中一般不使用。
少了一半，两种网形的多余观测数都比较多，属于
边连式是指同步图形之间由—条公共基线连接。
可靠性较强，精度较高的网形。
这种布网方案，网的几何强度高，有较多的重复边
和非同步图形闭合条件，在GPS形变监测网中多采
用。若设计为GPS网，则可以去掉网中变形监测控二、基准控制点与变形监测点的布设
制点中的导线点，保留控制点中的三角点（A、B、C、
为了提高大坝监测的精度和可靠性，在大坝两
D）作为基准点与变形观测点一同进行GPS网的网

作者简介：蔡海峰，荥阳市城乡规划局；雷河森，河南方宇勘测规划设计有限公司。

·142·2014.NO.07
资源与环境|华夏地理

岸坚固的山岩上选定了两个点位地质条件好、点位（四）实测精度
稳定且能满足GPS观测条件的基准控制点。在大坝
通过比较连续数日同一时段的lh解基线的重
上选定了既能反映大坝形变又能满足GPS观测条件
复性结果与均值之差，在南北方向、东西方向均小
的5个监测点。5个监测点和两个基准控制点共同于1.2mm，垂直方向均小于4mm。其中误差分别
组成GPS监测网。为0.4、0.7和1.4mm。6h解基线重复性结果与均
GPS自动化监测系统的构成：GPS接收机数值之差更小。
据的传输采用有线和无线相结合的方法，将监测
点上GPS接收机的观测数据和基准点上GPS接收四、关于坐标转换问题
机的观测数据传输给数据处理终端。安置于两个
基准点与5个监测点的7台GPS接收机昼夜连续
观测，实时将观测资料传输至控制中心，进行处（一）由GPS定位确定的WGS—84椭球坐
理、分析、贮存。从每台GPS接收机传输数据开标转换为大坝工程测区的工程椭球坐标
始到处理、分析、变形显示为止，总共需时小于工程椭球与WGS—84椭球中心和扁率不变。
10min。完全可以完成lh、2h或更长时间的相对定按测区平均高程确定椭球半径增量△a，按大地坐
位结果的解算。标椭球变换微分公式将GPS点的WGS—84坐标转
换为工程椭球坐标。
三、系统运行与结果分析
（二）工程椭球至高斯平面坐标转换

（一）数据传输及数据处理按照工程测区给定的中央子午线经度L0，用高
坝面上5台GPS接收机通过有线指令定时（1h、斯投影公式、实现工程椭球坐标至高斯平面坐标的
2h或6h）将观测数据传输转换。
至坝面数据采集器，再通过光纤送至控制中
（三）高斯平面坐标至大坝坐标的转换
心.两个基准点的GPS观测数据也按指令通过无线
设定坐标轴旋转角与尺度比参数后，在至少有
方式传送至控制中心。在控制中心用GPSurvey软件
两个公共点坐标的条件下，按平面坐标转换公式将
和TrimbleGeomaticsOffice软件进行基线向量的解
高斯平面坐标转换为大坝坐标。当公共点多于两个
算和GPS基线向量网平差