摘要：随着人类社会的发展进步，对于工程建设效率的要求也在不断提高，并且对于现代工程建筑物的规模、造型、难度提出了更高的要求，在这样的环境下，变形监测工作的重要性不言而喻。本文针对GPS在变形监测中的发展现状，对该项技术在变形监测中应用进行探讨，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
GPS精密定位技术已在大地测量、地壳形变监测、精密工程测量等诸多领域得到了广泛的应用和普及。目前GPS技术已经在水利大坝变形监测中得以广泛的应用。日趋完善的GPS技术以连续、实时、定位精准高、全天候作业和自动化程度高等优势特点使之在水利大坝的变形监测中得以较大程度的实现。监测系统可以直观显示变形状况，提供预警指示，这对于大坝变形危害的防范起到了重要作用。
一、全球定位系统在大坝变形监测中的工作原理
以全球定位系统为基础建立的GPS形变监测系统是用于测量大坝变形情况的专业监测系统。该系统充分运用了全球定位系统的卫星定位技术和信息传输技术，并将其与计算机处理软件相结合，实现了对大坝变形精准化、实时化的监测。
GPS形变监测系统主要由四个部分组成，分别是基准点和监测点、数据处理中心、远程监控中心以及通讯网络。其中基准点承担着为监测系统提供基准参考的任务，需要建立在较为稳定的基础上。而监测点则应建立在形变发生的重点部位，利用基准点提供的参考和自身收集的数据来反应大坝的变形情况。数据处理中心是连接各个基准点与监测点的信息处理设备，能够将已经取得的变形信息根据预先设定的算法加以处理，从而获得大坝发生形变的具体数据，并通过通讯网络向远程监控中心进行传输。通讯网络是将基准点、监测点、数据处理中心和远程监控中心连接在一起的数据传输设施，起到了快速准确的传递数据的作用。
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。
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。
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四、GPS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
GPS在大坝变形监测中的应用GPS定位技术进行大坝变形监测是一种先进的高科技手段。目前世界上很多国家都十分重视这种检测方法，投入人力物力进行研究和试验。利用GPS技术进行大坝变形监测是GPS技术变形监测的一种很典型的应用，如果利用GPS进行大坝变形监测，通常有两种方法：第一种监测方法：采用GPS接收机。定时定点到指定的监测点上进行观测，对获取的数据进行处理和分析；第二种监测方法：在监测站上安装无人值守的GPS观测系统。再由软件的控制，完成实时监测和变形分析。
第一种方法费用比较低，但是劳动强度相对比较大，自动化程度比较低不能实时监测；第二种方法不但能实时监测，而且自动化程度也很高，但是由于GPS接收机要安装在每个监测点上，这样就造成了系统的建设费用大大提高。
在我们国家除了以上两种方法，还自主开发了GPS多天线大坝变形监测系统，让一台GPS接收机连接多台天线，这样既提高了自动化程度、降低了劳动强度，以此来实现实时监测，同时也降低了成本费用，因为该GPS多天线大坝变形监测系统的优点突出。
参考文献：
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[2]王泽明，李征航，刘志赵.利用GPS定位技术进行大坝变形观测的研究[J].武汉水利电力大学学报，2012，29（6）.
[3]徐绍全.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉测绘科技大学出版社，2013.
论文作者:吕厚强
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/3/4
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