大坝变形监测中自动化技术应用

谢兰香

深圳市深水水务咨询有限公司 广东省深圳市 518000

摘要：近几年来，科学技术的不断进步为水利水电事业提供了广阔的发展机遇，同时也使得人们对水利工程大坝的质量日益重视。对于水利水电事业而言，其与人们的日常生产生活都存在直接联系，因此，相关部门必须对大坝的质量高度重视，利用先进的变形监测自动化技术对大坝进行实时的监测，如果发现大坝产生变形，要采取针对性措施对大坝进行维修和养护，以此提升大坝的使用寿命。基于此，文章对大坝变形监测中自动化技术的应用进行了研究，以供参考。

关键词：大坝变形监测；自动化技术；应用措施

1自动化技术在大坝变形监测中应用的重要性

水库大坝作为民生福利和地方经济发展的重要支撑，其安全性关系到老百姓日常生活和城市发展。水库大坝变形将对百姓、社会带来不利的影响。然而，水库大坝变形或受人文、自然等多种因素影响，有较大的安全隐患。一些施工技术和结构设计上的缺陷很容易导致大坝出现质量上的问题，严重情况下还会导致水坝主体结构中钢筋裸露在外，对大坝水库的安全运行造成严重危害。伴随自动化技术的发展，各行各业都开始应用自动化监测设备。而我国大坝水库安全管理中尚未普及自动化监测技术，目前多数水利大坝工程的自动化程度还较低，大坝变形监测水平还难以达到工程要求的精度和安全度，难以适应快速变化的大坝安全管理形势。对此，笔者认为，有必要对自动化监测技术进行研究和探讨，为提升大坝变形监测数据的准确性和及时性提供技术手段，使水库的运行安全和稳定。

2自动化技术在大坝变形监测中的具体应用

2.1测量机器人技术

在工程边坡测量中，测量机器人经常被用于工程地表移动、建筑物变形方面的监测。当前，测量机器人在东南沿海一带城市已经有了广泛的应用，例如福建、广东等地建筑工程边坡测量都有运用案例。在边坡的监测中，测量机器人技术提供的数据相比于传统人工监测数据，有更高的精度。在地下隧道监测时，工程施工单位经常利用测量机器人来监测，将数据传输至控制器，再经过计算机处理，从而获得隧道断面数据。由于测量机器人自动化监测技术实现了数据的高精度、自动化、多目标和实时监测目的，配合监测预警等功能的发挥，在水库大坝变形监测中的应用，能快速监测发现变形位置，为技术人员提供准确的变形信息和数据，便于大坝安全管理部门提升工作效率，及时采取应对措施。

2.2三维激光扫描仪自动监测技术

自三维激光扫描技术诞生以来，便在行业中应用广泛，发展也日趋成熟。许多发达国家早已开始研究三维激光扫描技术，激光扫描技术的范围也正在日益扩大。目前进口的扫描仪，扫描的点密度大，精度可达微米级，优点是不再需要点云网格化，缺点是模型数据量大，在小型文物建模中非常适用。近年来，国内三维激光扫描技术相继研发成功，华中理工大学、武汉大学等相继开发出激光扫描测量系统可用于快速、高效监测结构或边坡的变形，取得了巨大的发展。三维激光扫描系统主要由电源、机箱、激光扫描仪和三角架等组成。集成了激光测距系统、激光扫描系统、摄像机及仪器内控校正系统。目前的激光测距系统，主要原理包含激光三角法、相位测距法、脉冲测距法三种，其中脉冲测距法在工程技术领域应用广泛，它是一种高速激光测距技术。该方法的测量过程如下：发射激光在瞬间发出高速、窄的脉冲信号，发射给待测物体，同时激光信号被取样得到主脉冲波激光。激光探测是将激光回波信号转换成需要的电信号，回波信号主要是基于同一个扫描镜和聚光透镜收集而得到。测站点与待测点之间的距离利用激光测距系统激光发射及接收的时间差或相位差来确定，光束的水平角度和竖直角度是以匀速旋转的反射镜按照等角速度的方式发射激光得到。采集时的坐标系统为仪器坐标系，在扫描仪系统和激光测距系统的共同作用下，目标物体上点的三维坐标就被计算出来。三维激光扫描测量技术的显著特点是通过扫描点云数据获得整个面域的数据情况，是基于面的测量，而不是传统的基于点的测量方式，因此被广泛运用于地质灾害的监测中。

2.3、GNSS自动化监测技术

在地质条件复杂，地理环境恶劣的区域，可采用卫星定位系统，地面用户接受卫星信号，经处理后可以得到待测点的三维坐标，不受通视条件的限制，利用无限通讯技术实现远距离监测。GNSS监测是一种集测绘、自动化监测、通信、计算机技术等学科为一体的监测技术。各部分职能如下：①GNSS终端硬件系统，该系统主要实现GNSS数据的实时采集、打包、发送等功能，是最基础的子系统；②数据采集系统，该子系统是连接硬件终端和数据处理的核心系统，该系统主要要实现GNSS数据的实时接收，并将接收到的数据实时解码成标准的RENIX格式存储到计算机中供GNSS解算模块使用；③实时显示子系统，该系统需要实现各监测站点信息的实时显示；④数据处理子系统，是整个系统的核心部分，首先需要对实时转换出来的RENIX格式数据进行读取，实时得出各监测点的位置；⑤分析与预警子系统，该子系统主要实现对形变量超过阈值的监测点进行预警；⑥数据库管理子系统，该子系统主要实现监测成果及滤波成果的存储，用户可对监测数据进行查询和管理。

2.3.1、GNSS实时形变监测系统

可以采用静态GNSS在滑坡体上建立实时监测网络，对滑坡体的变形状态及再外部因素下的响应实时监测，利用现代测试、计算机、网络通讯等技术对观测数据进行解算、对比得到滑坡的三维位移准确数据。

2.3.2静态测量法

静态测量法就是把超过3台的GNSS接收机放在观测点同步观测一段时间，用边连接方法构网，用软件结算基线，经平差计算待测点的三维坐标。GNSS基准网应使用静态测量法，该方法精度高，测边精度高，也可用于滑坡体的变形监测，一般可采用快速静态测量法。工作原理是把2台GNSS接收机放置在基准点上固定连续观测，其余几台GNSS接收机在监测点上移动，每次观测5～10min，计算出各监测点的三维坐标，根据计算出的三维坐标变化量来分析监测点的变形。若基准点至监测点的距离应在3km范围之内，监测精度为：水平位移±3～±5mm，垂直位移±5～±8mm。

2.3.3动态测量法

动态测量法就是把1台GNSS接收机放在一个固定基准点上，另一台GNSS接收机放在另外一个基点观测约5min，保证卫星连续跟踪不失锁，在滑坡体的监测点停留2～10s，所得数据经处理后，精度可以达到1～2cm。动态测量方法是以载波相位观测为依据的差分GNSS测量技术。其原理为：在基站设置1台GNSS接收机，对所有可见卫星连续观测，观测数据通过无线设备实时传输给各监测点的移动GNSS观测接收机，接收到基准站传输的数据后，根据差分定位原理实时计算出各监测点的三维坐标及精度，精度一般可达2～5cm。若基准点与监测点距离近，各点由5颗以上GNSS卫星共视，则精度可以达到1～2cm。

结语

综上所述，在水库大坝管理中，GNSS、三维激光扫描技术、测量机器人都将成为未来水坝安全自动化管理的主流趋势。在社会对水库大坝安全要求不断提升的背景下，唯有将自动化技术应用到水坝变形监测工作中，才能确保大坝安全稳定运行，更好地发挥蓄水、发电的功能，将安全的生活带给广大民众。

参考文献：

[1]袁宏昌.大坝变形监测自动化技术的运用与研究[J].农业科技与信息.2017(01)：89-90.

[2]李枚洁.自动化监测在商业广场改造工程的应用[J].低温建筑技术.2017(03)：124-125.