摘要：分析了GPS变形监测中误差的来源及影响特征，以及GPS变形监测网与常规控制网的区别，提出了更适用于GPS变形监测网的平差模型，避免了系统误差对变形量的影响；通过稳健估计，实现了2期观测基准的统一，通过GPS周跳探测，提高了观测网的整体精度。
关键词：水利工程；监测数据；处理方法
1前言
水利水电工程是国民经济发展中的重要的基础设施，随着我国经济的跨越式发展，对水利水电工程进行及时、有效的监测，为施工、设计、运营部门提供科学、可靠的变形监测数据是提高水利水电工程建设、运营、管理水平的重要手段。堤坝、边坡是水利水电工程变形监测的重要内容，监测周期贯穿整个工程运营阶段，监测精度一般要求毫米、亚毫米，选用合理、高效的监测手段可以极大地提高工作效率，提高监测精度。
2 外业监测方法
由于徕卡GPS1200全球定位仪具有显著的坐标测量优势,特别是静态测量方法,只要严格按照国家GPS测量规范施测,平面坐标精度可达毫米级,可以满足水利工程的平面水平变形监测。竖向变形监测采用徕卡DNA03电子水准仪,按国家二等或三等水准要求测量。一般采用闭合或附合水准线路测量。
3 内业处理方法
3.1平面变形
3.1.1工程监测变形点GPS原始数据后处理
（1）准备监测点原始数据
将野外静态测量的原始数据从CF卡中下载到计算机的设置目录文件里。在徕卡GPS仪器自带的GPS后处理软件LGO中建立项目,即建立计算文件。通过运行“输入”可以输入徕卡System1200的原始数据或RINEX格式数据。
在LGO中利用相关界面对原始数据进行编辑,例如检查观测时间是否符合国家GPS测量规范的相关等级要求,如果不符合规范要求就必须重新测量或继续输入其它时段观测数值,直到满足规范要求为止。
（2）计算监测点基线
选择需要参与计算的点号和原始数据进行基线处理。通过在时段窗口操作点击鼠标右键,处理模式选择自动,根据需要选择计算的点号和时段,点击“处理”,软件就可以自动计算选定点的基线。
可以对基线做分析、打印、储存、选择等工作,视具体情况而定。操作在结果窗口点击鼠标右键就可以实现。一般点击储存就可以了。
（3）平差结果输出
点击输出项或鼠标右键就可以实现,输出的文件格式一般是“Excel”或文本格式。将平差结果存储在设置的目录文件里,这个结果是WGS84坐标系下的坐标,如果不与地方坐标系连测,GPS原始数据的后处理工作到此结束。如果与地方坐标。系连测,为了求得地方坐标系的坐标继续进行坐标转化就可以了。
（4）坐标系转换
在LGO软件中建立项目,这个项目必须附着地方坐标系。向项目中输入文本文件即ASCII文件。通过运行软件的基准与投影即可实现坐标系转换。坐标系转换的结果是将监测点的WGS84坐标系坐标转换成需要的地方坐标系坐标。
3.1.2变形点坐标转换
为便于进行后续监测点的变形量计算,必须建立相对坐标系的概念。相对坐标系是假设的一种坐标系。通过相对坐标系转换将地方坐标系转换成相对坐标系,即将变形点的地方坐标系坐标转化成计算变形所需要的坐标。
（1）直线段工程监测点坐标转换
对于直线段工程而言,相对坐标系就是指依据工程的主轴线走向建立相对坐标系的X轴,正向由工程右侧指向工程左侧。相对坐标系的Y轴与工程的主轴线垂直,正向由工程上游指向工程下游。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆两轴交点即为坐标系的原点而形成的新坐标系。
（2）弯道段工程监测点坐标转换
如果工程的监测点位于工程的弯道部位,就必须建立各个监测点的相对坐标系。各个监测点相对坐标系是利用各个监测点的首期监测坐标数值、弯道设计参数和工程中线定位坐标相结合建立的。
3.1.3工程监测点水平变形量计算
对于大坝而言,通过坐标转换,平面坐标实际上变成了大坝上下游方向和大坝左右岸方向的相对坐标。对于渠道而言,通过坐标转换,平面坐标实际上变成了渠道上下游方向和渠道左右岸方向的相对坐标。将转换后的各期相对坐标转入“Excel”表格中,编排公式即可分别计算工程变形点在两个水平方向的变形量。
渠道的变形量向渠道中线方向变形为正,向渠道外侧变形为负,向下游变形为正,向上游变形为负,所以凡是渠道左岸的监测点的垂直渠道轴线的变形量都加负号,渠道右岸的监测点变形量符号不变。
3.1.4绘制工程监测点水平变形图
将上面计算得到的纵横两个水平方向的变形量数值分别制成Excel表格,表格中列出监测日期、监测期数、点号、点号位置和变形量的单位等具体内容。通过运行“Excel”软件的“插入图表”项就可以非常方便地分别绘制纵横向水平位移分布图和过程线图。
3.1.5绘制工程监测点纵横向水平位移等值线图
将纵横向变形数据做成含有监测点坐标数据的数据文件,采用南方CASS软件展点即可分别做出工程的纵横向变形等值线图。
3.1.6工程监测点水平变形分析
依据上面计算得到的工程监测点水平方向变形量和绘制的图形,结合工程的地质水文条件、工程性状和工程运行情况等,参考内部变形监测、表面裂缝监测、渗流监测和压力监测等监测结果,具体分析工程变形的绝对值大小、变形趋势、因果关系和变形规律等,以印证勘察设计、深入进行水利科学研究、指导与服务工程建设和运行管理工作。
3.2竖直变形
3.2.1工程监测点电子水准原始数据后处理
将徕卡DNA03电子水准仪野外测量自动记录的数据下载到计算机设定目录的文件中,一定要下载成编辑器mdt格式文件。建立原始数据整理文件,格式也是编辑器mdt格式。通过原始数据整理文件将同一监测范围由于不同原因产生的各条线路或作业整合起来,形成完整无误的基础数据文件,用于计算。整理当中重点关注记录格式、记录顺序和固定点点号等内容。固定点点号必须是字母打头的点号,数字点号只认做临时过度点,不产生相关的闭合差。建立新工程,即建立计算文件。通过运行软件的“数据”菜单可以输入原始数据和起算数据。可以手工输入原始数据和起算数据,也可以通过原始数据整理文件整体输入原始数据,但起算数据必须手工输入。可以通过运行软件的“设置限差”、“搜索闭合差”、“显示闭合差”等菜单计算闭合差或查看闭合差。通过运行软件的“开始计算”菜单或“平差结果”菜单计算出平差数值,并输出成“Word”格式文件或“Excel”格式文件。平差结果以监测点高程形式存在。
3.2.2工程监测点竖直变形量计算、绘图与分析
工程监测点竖直变形量计算,绘制工程监测点竖直变形图,绘制工程监测点垂直位移等值线图,工程监测点竖直变形分析等工作与平面变形的处理方法类似。
4结束语
综上所述,本文提出的水利工程表面变形监测数据处理方法原理科学、方法简单、数据处理速度快、工作效率高、节省人力和生产成本,已经在实际监测工作中发挥了巨大的作用,可以推广应用于其它水利工程表面变形监测工作。
参考文献：
[1]李朝新.试述水利工程表面变形监测数据处理方法[J].新疆水利,2009,01:47-51.
[2]魏波.GPS技术与数据处理在水利水电工程变形监测中的应用[J].河南水利与南水北调,2016,05:68-69.
论文作者:陈淑真
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/21
标签：坐标系论文; 坐标论文; 工程论文; 原始数据论文; 文件论文; 渠道论文; 水平论文; 《建筑学研究前沿》2017年第17期论文;