GNSS技术在水库大坝变形监测分析中应用

GNSS技术在水库大坝变形监测分析中应用

张京利

国家电投集团青海黄河电力技术有限责任公司 青海西宁 810003

摘要：随着科技的发展， GNSS (Global Navigation Satellite System）以其全天候观测、快速定位、连续实时、高度自动化等优点，在工程及灾害监测领域发挥了重要作用，并逐步用于大坝变形监测。然而，目前该技术在大坝变形监测方面仍有一些缺陷和局限。本文从 GNSS技术优势及大坝形变的主要因素出发，探索 GNSS在坝体形变监测中的流程，为坝体形变监测提供新思路，促进坝体形变监测理论与技术的创新与发展。

关键词：GNSS 技术；大坝变形监测；应用

引言：关于变形测量的技术手段也在持续地进行着更新与发展，其中包含了诸如全球导航卫星技术（GNSS技术）、地面激光扫描等地表变形测量技术，而 GNSS技术是目前最为常用的变形监测技术。全球卫星导航系统（GNSS）的应用，使形变监测技术逐步向自动化、数字化、网络化方向发展，提高了形变监测的水平与精度。 

一、GNSS在工程建筑中的作用

GNSS是Global Navigation Satellite System 的简称。当前，国际上使用的 GNSS有四个，分别是美国的 GPS，俄罗斯的 GLONASS，欧盟的 GALILEO和中国的 BDS。GNSS系统通过一系列卫星的观测数据，如伪距、星历、发射时刻等进行导航和定位。GNSS具有测量精度高，测量时间短，操作简便等优点。GNSS系统能够实现全天时的观测，并且不受天气条件的影响，无论是下雨还是下雪，或者是多云，或者是有风有雾。二个或更多的多个接收机同时进行观测，可极大地提高资料的准确度。实时动态检测模式是指对坝体的动态变形进行实时监控，其特征是每秒一次取样，并需要计算出各历元的位置。本文拟利用移动中载波相位模糊度解算出各历元接收点的位置，并对坝体变形特性和成因进行分析。形变监测对实时性提出了更高的要求，因此，必须构建一套全天候、可实时监测的 GNSS自动监测系统，才能及时掌握测点位置的实时变化[1]。近年来，全球卫星导航卫星（GNSS）技术被越来越多地用于对坝体的形变进行实时监控，如隔河岩坝体 GNSS自动监控系统，其核心内容是数据采集、传输及处理等。

二、GNSS 技术在变形监测中的应用

（一） GNSS 周期性重复变形监测

当被监测对象发生较慢的形变率时，工程在特定的时空范围内处于稳定状态，可用 GNSS进行周期反复形变监测。在每个时间段内，对每个时间段内各监测点的相对位置进行了测量，并通过计算每个时间段内各监测点的位置变化，确定了每个时间段内的位移。根据坝体特点和灾情等级，可选择不同的监测时间。在此基础上，提出了一种利用网边或网联的方法建立监测网络，然后利用平差计算法获得各监测节点的三维坐标，再利用两个坐标的差异来计算各监测节点的变形。

（二） GNSS 监测网数据处理方法

利用 GNSS获取的资料，需要进行基线解算和平差处理，才能将其转换为可靠的资料。其中， GNSS观测资料的处理主要分为两部分：一是对观测所得的观测资料进行处理，从而获取观测网络的基准解；在此基础上，对观测网络的基线解作全局调整，并对其进行分析，得出最后的全局解。基线解算和平差分析在资料处理中占有很大的比重，尤其是在观测网络中，多个子网的粗差分析、系统误差和随机误差分析更是如此。目前，我国在进行2 D、3 D网平差时，使用的是同济大学开发的3 D网平差后处理软件 TGPPS。针对 B级 GNSS监测网络，目前主要使用美国开发的 GAMIT/GLOBK分析软件进行平差处理，以UTRF2000为基准，使用 IGS精密星历为基准，以UTRF2000为基准。在此基础上，本项目拟选择10个 IGS站点的观测和 GNSS数据（包含全球 H文件解析、精密星历、最新年历等），在此基础上，对 IGS站点进行高精度星历分析。采用 LCHELP求解模型，得到基线信息，再用 GLOBK求解网平差的全局解，得到各参考点的坐标；C级监测网络的观测数据被转换成 RINEX数据，并使用 South GPS Processor V4.0软件进行了数据处理，在基线解算中，首先消除了卫星的外部干扰，然后使用了双差法，以0.001米为基准，对其进行了定位。D级 GNSS监测网络在 C级 GNSS监测网络中，针对不同的网络形状，采用不同的平差方式，以WGS-84为基准，采用单点、不受限制的自由网进行平差，并得到相应的平差结果。坐标点是0.001米[2]。

（三）在变形监测中的应用

GNSS技术主要用于对高层建筑、水库大坝、桥梁等建筑物以及基坑的沉降、位移、倾斜等情况进行监测。以我国三峡为例，以建成的全球第一大型水利水电工程 GNSS为代表的自动形变监测系统，已实现了对三峡库区沉降、滑坡等形变信息的实时监测，这对于保障三峡大坝和库区的安全具有重大意义[6-7]。GNSS技术因其亚毫米量级的高精度、全天候观测、测站之间不需要保持通视、可同步进行三维位移、便于整个系统的自动化等优势，成为了当前研究的热点。近年来，全球卫星导航系统（GNSS）已被广泛地用于形变监测，特别是在一些大型工程中得到了广泛的应用。

三、结束语：

GNSS具有实时、高精度、全天候、无通视、无约束、自动观测等特点，可用于工程、地质、灾害等多个领域，是一种非常有价值的技术，可用于地质、地质、地质等多个领域。随着我国北斗系统的不断成熟和应用，全球卫星导航系统在国家经济建设中的应用将更加广泛。

参考文献：

[1] 王建西,苑泽鹏,李淞.GNSS技术在变形监测中的应用[J].中文科技期刊数据库(全文版)工程技术, 2021(1):2.

[2] 宋心悦,韩兴旺.GNSS定位技术在变形监测中的应用[J].地矿测绘, 2023, 6(3):23-25.DOI:10.12238/gmsm.v6i3.1510.