摘要：我国大坝安全监测起步于20世纪50年代，在20世纪末本世纪初取得飞速发展，基本上拥有了比较完整的大坝安全监测体系。随着坝工技术进步，特别是现代计算机、人工智能技术的飞速发展，在传统的监测仪器基础上涌现出一大批新的安全监测技术，并在工程上得到应用。基于此，本文对GPS在水库大坝安全监测的应用做了分析，以供相关人员参考。
关键词：GPS；水库大坝；安全监测
1 GPS技术在水库大坝监测中的应用特点
GPS之所以能够在水库大坝监测中广泛应用，正因为其优势特点与水库大坝监测的需求相符合。GPS技术的应用特点主要体现在如下几个方面：（1）与传统测量方式点与点之间运用的监测不同，GPS监测技术无需在测点与测点之间实行通视；扫除通视，就节省了扫除通视障碍的费用。（2）GPS技术能够提供监测点之间的三维位移信息。也就是提供3D立体信息。GPS定位对于坐标的计算是在国际统一坐标系统中进行的。这一特点是对传统方式的极大突破，传统测量方法对平面和高度进行测量，出来的数据是2D平面的数据。传统方式在监测平面位移和垂直位移时，需要集合不同的方式方法才可实现，整个测量周期长，过程繁琐。工作量大且还容易产生测量误差。除此之外，传统方式由于难以保证测量点位与实践处于相同位置，必然难以准确分析水库大坝的变形情况。而GPS测量技术能够保证测量结果的高精准度。（3）GPS的技术特点可以实现24小时全天候监测，即使遇到天气不佳或者不利于监测的自然条件也不受影响。并且GPS技术可以搭配防雷设施配备使用，防止雷雨天气，同样实现全天候的实时监测。（4）近年来，GPS技术不断发展完善，已经完全实现了GPS接收机的自动化，并且体积轻巧，技术人员安装和操作都十分简便，测量的时候可以缓解测量人员的紧张情绪，降低了测量人员的劳动强度，使野外工作不再是一项苦差事，而是轻松愉快的。GPS的监测可以说已经完全实现了自动化。（5）GPS技术功能多而强大，应用广泛到各个行业，除了用来测量和导航以外，同时还可以运用于测速和测时等。
2 大坝安全监测存在不足
2.1 安全检测效率低
水库大坝监测的数据信息要求绝对的准确、及时，特别是恶劣天气或地质灾害下仍然需要搜集数据。根据现阶段水库大坝监测效果看，尽管摆脱了传统人工监测方法，但仍然存在诸多不足，难以确保恶劣条件下数据信息准确性、及时性。伴随着科学技术的进步与自动化技术的提高，数据读取与传输效率更高、并且缩减了人员投入、监测环境有了一定提升。
2.2 缺乏先进的检测设备
在当前我国的大坝安全问题检测过程中，大多数企业采用的检测设备不够先进，甚至很多企业都采用较为陈旧的检测设备，因此，在检测过程中很容易出现一些问题，如测量精度出现偏差现象、测量数据不可靠等一系列问题；此外，大坝周边的监测系统的布置存在不合理现象，这对大坝安全检测工作有着重要影响；一些检测单位，其检测机制中缺乏很多必要的检测项目；更有甚者，对于小型水库的大坝，没有设置任何检测设备。
2.3 设计方案不科学
科学的安全监测方案是保证大坝安全监测系统正常运行的基础前提。但是，目前很多大坝设计存在方案不合理、缺少丰富的经验，片面的以大坝主体除险加固为主，造成设计方案不科学。同时，大坝设计方案优化多交给施工企业，导致安全监测系统设计方案操作性不理想、可靠性较低。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆设计单位还应密切额关注检测设备和先进技术的应用，结合坝基、坝体地质条件和水库运行确定监测点与监测内容，保证监测合理性。
3 GPS在水库大坝安全检测的应用
3.1坝体地表变形位移测量设计
3.1. 1监测原理
本系统采用GPS自动化监测方式对坝体表面位移进行实时自动化监测，其工作原理为：各GPS监测点与参考点接收机实时接收GPS信号，并通过数据通讯网络实时发送到控制中心，控制中心服务器GPS数据处理软件GP Sensor实时差分解算出各监测点三维坐标，数据分析软件获取各监测点实时三维坐标，并与初始坐标进行对比而获得该监测点变化量，同时分析软件根据事先设定的预警值而进行报警。
3.1.2 基本性能指标
巡测采样时间小于10分钟，可以由用户人为设定；测量周期为l0分钟～30天，可调；监控中心环境温度保持在20°C～30°C，湿度保持不大于85％；系统工作电压为220（1±l0％）V；系统故障率不大于5％；防雷电感应不小于2000V；采集装置测量范围满足被测对象有效工作范围的要求；数据采集装置，能适应应答式和自报式两种方式，按设定的方式自动进行定时测量，接收命令进行选点、巡回检测及定时检测；计算机系统，与数据采集装置连接在一起的监控主机和监测中心的管理计算机配置应满足在线监测系统的要求，并应配置必要的外部设备；数据通信，数据采集装置和监控主机之间可采用有线网络通讯，水库安全监测站或网络工作组应根据要求提供网络通信接口。
3.1.3 设备选型
根据系统的实际情况及所要达到的技术指标，并参照《全球定位导航系统测量规范》，水库坝体表面位移监测系统选择华测X300M监测专用接收机和配套天线罩。
3.2 坝体浸润线测量设计
3.2.1 总体设计
浸润线位置一般选择在表面位移监测点附近，一般设计几个监测剖面，需要钻孔深度一般为见水2～4米以下。
3.2.2 数据通讯
根据要求，我们在坝体内部位移监测中，直接采用的坝体浸润线传感器为本身防雷的传感器，并采用GPRS模块进行数据传输至值班室监控中心服务器，提高了数据传输的安全性和可靠性。
3.2.3 防雷设计
库水位、浸润线、内部位移传感器使用电缆连接至数据采集仪，统一进行直击雷和感应雷防护措施，采用避雷针进行直击雷防护，使用单项电源避雷器、通讯电缆防雷器实现对感应雷的防护。
3.3监控中心平台软件
3.3.1 采集软件
本软件支持GPS、测斜仪、浸润线等监测设备监测数据的采集与数据的上传，同时可以远程控制各监测设备，支持串口、TCP/IP等协议。
3.3.2 GPS原始数据自动处理软件
数据接收处理是水库GPS自动化监测系统的核心组成部分，“数据处理”结果精度的高低关系到我们对坝体稳定性的判断、分析以及影响管理人员的决策。包括GPS、浸润线、干滩等各个传感器的采集和接收。
3.3.3 现场数据分析软件
本软件系统为单击版大坝监测数据分析软件，其功能为坝体位移、浸润线、库水位等监测模块分析，自动异常报警、自动生成报表等功能。
通过以上论述可以得出，目前GPS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。
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[3] 任建春.基于静态GPS测量在水库大坝变形观测的应用[J].治淮，2009（07）：28-29.
论文作者:徐芊芊
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/21
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