本文摘要：摘要:北斗变形监测系统是一个集数据自动采集和传输、优化解算等多种先进技术于一体的综合系统，在实际应用中需要因地制宜安装和精确定位。针对北斗变形监测系统在玉溪水电站试安装和调试过程中出现的数据精度问题，着重阐述了在安装流程上的创新和多种方案择
摘要:北斗变形监测系统是一个集数据自动采集和传输、优化解算等多种先进技术于一体的综合系统，在实际应用中需要因地制宜安装和精确定位。针对北斗变形监测系统在玉溪水电站试安装和调试过程中出现的数据精度问题，着重阐述了在安装流程上的创新和多种方案择优过程:将北斗变形监测系统天线装在可移动构架上，建立临时测站进行多种方案比较和调试，择优合理布设基准点和观测点，加高观测墩，明显提高了观测点的监测数据精度，此后连续2年的位移监测成果能体现大坝的细微变形规律。这种提高北斗变形监测系统定位精度的方法和在安装流程上的改进，可供同类型的水利工程参考。
关键词:北斗变形监测系统,定位精度,点位布设,安装流程
测绘工程师论文投稿刊物：《测绘技术装备》1978年创刊，是全国测绘技术装备唯一的科技核心期刊，面向全国发行。主要刊登测绘生产，科研管理、新成果和新技术推广应用、测绘教育等方面的论文，介绍国内外测绘新技术、新工艺、新方法、新仪器等，以及服务类测绘科普文章，简讯报道等。
北斗变形监测系统是一个集数据自动采集和传输、优化解算等多种先进技术于一体的综合系统。系统由接收机、天线、观测墩、电源设备、网络设备、监控电脑组成，能长期连续接收和跟踪卫星信号，监测各观测点的变形情况，定位精度可以达到毫米级。[1]
因为混凝土坝表面变形比较细微，北斗变形监测系统应用于混凝土坝需要尽可能提高定位精度，使位移监测成果能体现大坝的细微变形规律，及时发现异常。本文以减少基准点和各个观测点周边不利环境影响为切入点，阐述了如何通过安装流程上的创新和多种方案择优，高效的进行调试，合理布设基准点和观测点，使观测点的数据精度能满足使用要求，对北斗变形监测系统在大坝监测方面的推广应用有着一定意义。
1北斗变形监测系统概况、点位布设和安装调试
1.1北斗变形监测系统概况
(1)系统硬件组成。系统硬件由数据采集子系统、数据传输子系统、数据处理与控制子系统、辅助支持系统组成。北斗双频接收机和天线是核心部件。(2)系统软件功能。监测房电脑上安装了北斗监测预警系统软件。该软件由实时监控、统计查询、报警管理、系统设置、权限管理等模块组成，可进行变形数据的采集和解算。
(3)系统工作流程。安装在基准点和各观测点的接收机接收到卫星信号后，通过局域网传输数据到监测房电脑，电脑相关文件夹上每个小时自动生成一组数据文件。监测电脑上的北斗监测预警系统软件应用几何和物理的基本原理，通过优化解算得出各观测点的实时位置和相对于初始值的变化值，在北斗监测预警系统软件界面上自动生成各观测点东向、北向、天向三个方向的变形数据。
1.2玉溪水电站概况和北斗变形监测系统点位布设
玉溪水电站位于浙南山区，坝址在浙江省丽水市大港头镇，是一座以发电为主的中型水电站。枢纽工程主要建筑物由重力坝段、河床式电站厂房段、厂闸连接段、冲砂闸、泄洪闸、船闸等组成。2017年，电站管理单位在大坝上安装了北斗变形监测系统。根据玉溪电站大坝的特点和观测要求，先进行了试安装:在大坝右坝肩山体边设置基准点，离监测房较近，方便管理。在重力坝段、厂房段、冲砂闸、泄洪闸、船闸各布设1个观测点，各点平均间距30m左右。
1.3北斗变形监测系统安装调试和试运行期数据比较
北斗变形监测系统初步安装好和调试后，进行了6天的试运行。玉溪水电站北斗变形监测系统监测的是大坝东向的水平位移。选取G201点这6天北斗变形监测系统东向的水平位移数据和人工观测的位移数据进行比较。在这6天里，大坝的坝前水位和坝上气温变化不大，大坝位移量在这期间应是稳定的。玉溪电站人工观测是用视准线法观测，每天观测的成果满足相应的限值要求。这6天人工观测的数据成果最大值和最小值的差值为0.9mm，数据波动很小，符合大坝位移量在这期间稳定的规律。而北斗数据成果在第四天出现了跳动，达到4.59mm，显然不符合要求。
1.4方案组合
北斗变形监测系统试安装数据成果不符合要求的主要原因是玉溪水电站处于山区，信号较弱，各观测点周围环境又有遮挡，特别是基准点，临近山体和库区水面等信号反射物，距离高压输电线50m左右。这种情况下，基准点和观测点接收机天线在收到天上卫星信号的同时，也收到附近反射体反射的信号，两者产生干涉，产生多路径误差，影响卫星定位精度。[2]
多路径误差是北斗系统定位时的一项重要误差，会明显影响卫星定位精度，因无法用差分技术消除，最好的办法是布点时尽量避开库区水面和金属类反射物。为了把点布在合适的位置上，尽可能减少周边环境造成的不利影响，考虑多种影响因素，设置以下条件:(1)基准点位置分别取大坝左侧远离山体和高压输电线处(限于地形，离水面较近)、大坝右侧离水面较远处。(2)各观测点天线距地面的距离分别取0.5m、2m。(3)各观测点布置分别取沿坝轴线方向基本上布成直线、随意布置。然后把这些条件组合成多个方案，进行比较。
1.5流程改进
北斗变形监测系统实际应用时，一般的安装和调试流程是:安装单位先根据经验和规范定点、布线、浇筑混凝土墩，固定设备，再调试。问题在于影响北斗变形监测系统精度的因素很多，安装单位经常要通过数据比较才能发现问题，一旦数据达不到要求，返工耗时又费力。
为了提高效率，对北斗变形监测系统安装和调试流程作了如下改进:(1)业主先制作好可移动的铁构架再通知安装单位。安装单位进场后把监测系统的天线固定在铁构架上，盖上保护罩，天线的电缆连上接收机，布线，建临时的测站。(2)进行方案比较，确定长期的基准点、测站位置。(3)调试成功，安装单位离场。运行一段时间，数据满足要求，业主在构架外浇筑混凝土墩即可，浇筑时注意要保护好电缆。
1.6择优安装和调试
安装时先按第一个方案，在预定位置建临时测站，测出数据。换新方案时只需要将铁构架移动至新位置固定，新的临时测站就建好了，再测出相应的数据。就这样，测出多个方案的观测数据，再通过精度比较得出最优方案。然后，玉溪水电站北斗变形监测系统按最优方案进行布点、安装和调试。
(1)基准点布在左岸大坝变形区外，地质条件好的空旷处，基准点周围无明显障碍物(小型树木影响不大)，离开库区水面30多m，离开高压线200多m，混凝土墩建在坚固与稳定的基础上。[3]
(2)泄洪闸和船闸上的观测点附近有一道矮墙，需考虑矮墙遮挡对观测数据精度的影响。经过测试，当各观测点天线距地面距离2m左右时，观测数据的精度能满足要求。
(3)北斗变形监测系统的5个观测点沿坝轴线方向基本布成直线，便于调试时各观测点数据比较。玉溪水电站北斗变形监测系统按最优方案完成布点，安装和调试后，运行了2年时间，各观测点的定位精度达到毫米级，比较稳定。在这2年时间里选取水库水位相近、时间间隔较长的2组数据进行比较，比较结果符合混凝土大坝水位相近时细微变形的规律(在5个观测点中，G204点和G205点因在闸门防腐期间观测中断过2个月，数据比较时不列入)。
2结语
目前，北斗系统已经在我国社会导航、定位等领域得到广泛的应用。北斗变形监测系统应用于混凝土大坝要注意以下四点:(1)混凝土大坝的变形比较细微，对监测数据精度要求很高，北斗变形监测系统安装时要因地制宜地进行多方案比较和调试，提高定位精度。(2)北斗变形监测系统的基准点所在位置应视野开阔，远离库区水面，远离高压输电线。北斗变形监测系统是使用差分技术，将基准点位置已测定的精确坐标和实时测得的坐标进行比较，得出修正值，再利用这个修正值来修正观测点的实测值。在此基础上数据处理软件进行优化计算，实现毫米级监测。显然，北斗变形监测系统对基准点的要求较高。[4]
(3)观测点附近如有矮墙遮挡，可采用加高观测墩的方法。(4)影响北斗变形监测系统定位精度的因素很多，如地球同步卫星漂移引起的误差等。为此，最好在各观测点边上设置人工观测点，发现测值异常时及时进行人工观测，进行数据比较和分析。
参考文献:
[1]侯海东，杨艳庆，刘垚，王恒信.北斗卫星导航系统在变形监测中的应用展望[J].测绘与空间地理信息，2015，38(7):142.
[2]张光胜，李任之，程钢.GPS多路径效应实验测试与分析研究[J].测绘工程，2014，23(12):32.
[3]钟汉华.水工监测工[M].郑州:黄河水利出版社，2015:143
转载请注明来自发表学术论文网：http://www.fbxslw.com/jzlw/21497.html
