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摘要：随着GPS静态定位测量技术的快速发展，在大坝、桥梁、楼房等建筑的变形监测测量中得到了广泛应用。GPS静态定位测量技术相由于观测时间长，各种误差消除比较充分，因而定位精度高，可大大地提高工作效率。本文首先介绍了GPS静态测量技术原理，随后对该技术在水电站大坝变形监测中的应用进行探讨分析，希望能为今后对于变形监测中GPS技术的应用提供帮助。
关键词：GPS技术；变形监测；水利大坝；应用
水库大坝变形监测工作的关键在于通过在水库大坝的重要位置设置监测点，并对其进行周期性的观测来获取水库大坝的变形信息，并将所获得的变形数据进行检核、处理，按照一定的数学模型对变形监测数据进行分析和处理。最终对水库大坝的变形趋势进行合理的预测，为施工决策提供一定的依据以保障工程施工及后期运营的安全。GPS技术之所以能广泛应用于变形观测中，在于GPS测量的相对精度够高，GPS测量受外界观测条件的限制小，容易实现实时监测等。
一、GPS静态测量原理
GPS静态测量是利用测量型GPS接收机进行定位测量的一种。主要用于建立全球性或国家级大地控制网，建立地壳运动监测网、建立长距离检校基线、进行岛屿与大陆联测、钻井定位及精密工程控制网建立等。进行GPS静态测量时，认为GPS接收机的天线在整个观测过程中的位置是静止，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量，通过接收到的卫星数据的变化来求得待定点的坐标。在测量中GPS静态测量的具体观测模式是采用两台（或两台以上）接受设备，分别安置在一条或数条基线的两个端点，同步观测4颗以上卫星，每时段长45min至2h或更多。基线的定位精度可达 ,D为基线长度（km）。测量时，所有已观测基线应组成一系列封闭图形，有助于进一步提高定位精度。
GPS形变监测系统的和核心部分是系统的软件部分，可以大致分为数据处理模块、数据传输与储存模块以及数据分析模块三个部分，承担着对获取数据的搜集整理和分析总结的工作。在检测数据完成自检和本地存储，并对参数进行配置、实现采样控制后，所得数据便被传输至处理服务器。在处理服务器当中，数据处理软件会对接收的数据进行自动解算和平差，并依据处理和统计的结果对大坝的变形进行评估和预警，成为大坝变形的监测的有力手段，为大坝变形的控制提供了充足的信息依据。
二、工程概况
某水库容量3300多万m3，最大的水域面积可达2.67km2，该水库属于黏土性墙土石坝，高达35m，坝顶高程约为400m，坝顶的长度为3886m，宽为6m，上、下游的坝坡分别为1∶2.5和1∶2～1∶2.25，农业灌溉区的流水量为15m3/s。
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因为对大坝变形监测的精确度要求越来越高，所以使用GPS进行监测的同时要建立GPS监测网，建立大坝变形监测合理并且可行的方案，采取合适的措施和方法应用于GPS观测以及观测数据处理等方面，满足大坝变形监测的要求。为了了解该水库大坝的变形程度，保证其安全渡汛，工作人员把带有8个位移标点的视准线安装在水库上游来进行监测，与此同时把这8个水准点设置在位移标点的下方，进行沉陷的监测，进行寻常变形监测的同时，利用GPS接收机进行同步监测。
三、水库主坝外部变形监测的设计方案
坝顶以及上、下游坝坡上安装28个工作基点、15条视准线和150个表面位移标点，以此对主坝的变形程度进行监测。在刚开始的设计方案中，有4个倒垂装置来配合外部变形监测控制网检测工作基点的基准值，但是由于施工难度大，成本也相对比较高，也很难满足变形要求，最后经过专家组的讨论后取消了该方案，然后把该方案设计为常规测量与GPS技术相结合，定期监测工作基点的基准值或者是运用GPS技术对表面标点的水平位移与垂直沉陷位移进行监测，按照规定执行观测方法和进度要求。
四、GPS静态变形监测试验基准网的设计和实施
4.1基准网的设计方案
设计基准网的目的是为了提高变形监测基准值的精确度，方便引入精确地心坐标，并且减少基准点坐标误差产生的影响。把我国一些大型水库大坝的GPS变形监测方案作为参考，对变形监测试验基准的观测方案、布设形势进行设计，最终确定了该水库变形监测试验基准网。
从方便监测、减少成本的角度出发，考虑该水库大坝的优点和缺点，建立两级布设水平位移监测网，把一个专三级GPS网安装在首级基准网上，该网包括两个工作基点和三个基准点。
4.2基准网外业观测
（1）设备仪器以及观测计划。在仪器设备方面采用四台徕卡350型GPS接收机和AT303扼流圈天线，还有相应GPS处理软件。在进行大坝监测之前，先根据该水库地区的水平高度和经纬度，编制卫星几何图形强度GDOP预报表和卫星可见性预报表，确定大坝的观测时段。并利用现有的4套GPS接收机，同时监测5个站上的时间段，并重点注意每个时间段的观测时间应该大于8个小时。
（2）处理观测数据得出结果。①处理观测数据。首先利用软件处理外业的监测数据，等到正常确认数据观测记录，并且没有严重的周跳和其他异常，然后再进行深一步的数据处理和分析；②数据解算。为了减少基准线解算的误差影响，提高起算数据的精确度，获取高精确度的地心坐标，需要相关跟踪站的准确坐标以及该跟踪站的观测数据。利用该水库基准网的P101点和跟踪站数据，解算长基线，确保得到精确度高的P101点的地心坐标，把P101点为起算点进行基准网所有事物基线解算。
4.3水库大坝围堰监测实施GPS
把GPS试验基准网中的P101当作基准点进行大坝变形监测。为了用最短的时间得到最好的测量结果，处理基准网观测数据，参考相关资料，观测时间采用25分钟，在实施过程中，在P101点上安装一台仪器架设，把它当作参考站，在1、2、3、4、5、6、7、8号标点上依次架设其余的3台仪器，每个点的站点设置要重复一次，常规观测也要同时进行。进行基准网基线解算要将得到的P101点的WGS84坐标作为已知坐标，进行基准网平差也要在P101点。
五、结语
目前GPS静态测量技术凭借其高精度、高速度的监测能力被运用于我国水库大坝监测中。GPS监测技术对大坝实现了实时、精准定位、自动化、全天候作业的监测，保证了对水库大坝变形监测中的数据精准度，从而起到了预防和杜绝安全事故的重要作用。但是由于我国水库大坝有使用年限长，经常出现坝体下沉、倾斜等现象，应严肃对待GPS静态测量技术应用的不足之处，所以也有待相关从事人员能够在认真结合水库大坝的实际情况下再展开GPS技术的应用，为水库大坝工程的实施提供更多的安全保障和技术保证。相信随着技术研发能力的不断提高，会有更好的GPS静态测量技术应用到水库大坝变形监测当中。
参考文献：
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论文作者:郭超峰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/11
标签：大坝论文; 水库论文; 测量论文; 基准论文; 数据论文; 静态论文; 基线论文; 《防护工程》2018年第36期论文;