新乡市水库大坝观察站 河南新乡 453000
摘要：随着GPS技术应用范围的不断拓展，技术研发能力不断提升，文章从大坝变形监测网布设、外业实施、数据处理和网平差计算与精度检验等方面，对GPS技术的应用加以探讨，对于使用年限较长的大坝坝体沉陷、倾斜、裂缝和坑塌等危害工程安全的隐患能发挥有效的监测与预防作用，保证水库大坝安全运行。
关键词：GPS 技术；水库大坝；变形监测；应用
引言：
如今随着政府和社会对科技的重视力度不断加强，科学技术的不断精进，测绘技术的发展变化可谓一日千里。其中全球定位系统（GPS）自面世以来，给整个测绘行业带了突飞猛进的进步。当下，GPS技术已经在大坝变形监测中得以广泛的应用。日臻完善的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库大坝的变形监测中得以较大程度的实现。GPS 技术可以大大提高水库大坝变形检测中的数据精准度，而且全程实现全自动化操作，十分便捷。技术人员可以及时获取测量结果，从而了解到滑坡的全方位动态和可能性，掌握滑坡发生发展的规律，从而解决常规测量的弊端。
1.GPS技术在水库大坝变形监测中的应用特点
GPS之所以能够在水库大坝变形监测中广泛应用，正因为其优势特点与水库大坝变形监测的需求相符合。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同时的监测不同，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【1】。
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技术可以和防雷设施配备使用，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.GPS在变形监测中的精度影响因素
影响大坝变形的因素主要有以下几种：（1）静水压力。其一，坝体在静水压力的作用下，不同的高度会受到不同的水平推力，最终也会改变大坝的体形，从而使得坝体的体形会有相应的变形。其二，水库水压以及坝底扬压力对大坝的作用，也使得坝体有向下游方向的转动，从而使得坝体的体形会有相应的变形。其三，水库水体自身的重量不可忽视，其重力作用也会使水库库底变形，使得大坝有向上游方向的转动，从而使得坝体的体形会有相应的变形。（2）温度变化。位于大坝上下游附近的混凝土会因为不同的季节温度的变化而有所不同。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆比如说在夏季里，在大坝的上游部分的混凝土因为是处在水下的，所以无法被阳光照射，温度自然就会很低；而大坝下游的混凝土每天都避免不了太阳的暴晒，因此下游的混凝土温度就会不断地上升，远远高于上游的温度。然而到了冬季，这种情况就会恰恰相反。这样的温度反差现象会引起大坝上下游的混凝土出现热胀冷缩的现象，这个现象也是导致坝顶下陷的重要因素。另外对于一些新建成的大坝来说，本身的混凝土也会因为温度的变化而产生热胀冷缩的现象，也在一定程度上影响了大坝的体形。（3）时效变化。时效变化在大坝的施工期间与运营初期现象是不可避免的，其主要是因为混凝土的收缩变化以及其他一些建筑材料的变形，还有基础岩层在荷载作用下的变形而产生的时效变化。但伴随着时间不断的推移，大坝的整体也会越趋于稳定的状态，时效变化的现象也会越来越少。
GPS 技术在大坝变形监测的应用中，必须要考虑到以上的这些限制因素，还有其对定位精度的影响。具体需要考虑的情况如下：位于大坝高边坡位置设置变形监测点，因为部分天空受遮挡，需要合理设置卫星观测的高度截止角，不同截止角对变形监测精度有无显著的影响；GPS观测在接收机的选择问题，双频接收机的成本高于单频接收机，那么在选择上要考虑几公里范围内，双频的观测精度是否显著优于单频接收机，是否可以选择单频接收机，对双频取而代之。
3.GPS 技术在水库大坝监测领域的实施方法
GPS 技术在水库大坝监测领域的具体应用和实施主要有如下几个方面：首先，是大坝变形观测设计。水库大坝变形观测控制网由引测网、基准点监测网和变形监测网组成。引测网是由四个基准点和测区伏击的两个国家的三角点组成，引测网的作用在于将国家三角点坐标引至基准点上，以此确保数据结果能够有效得以利用于工程中；基准点监测网是指由四个基准点组成，作用是确保监测基准点的稳定；而水库大坝变形观测控制网中的变形监测网是由四个基准点及全部变形监测点组成，实行对水库大坝变形监测点的位移量作全面的监测。其次，采用GPS网进行观测，一般情况下，观测使用GPS接收机，观测时间大致是120秒。同时，必须注意的是，有效卫星数要大于等于4。仪器标称精度应使用静态精度，把误差控制在3mm之内，这是进行工程作业的先提条件，具体的操作必须严格按照作业的规章制度来实施，才能确保有效性。最后是数据处理问题。数据预处理之前，首先要对采集的数据包括数据格式、卫星信号和测站名等作全面检查。然后进入对观测所得的数据的预处理程序，再对结果进行分析和评定。这个步骤的实施是为了从根本上对观测成果和定位结果的高精度给予保证。这一部分的实施动作是对观测成果进行质量检测，以确保数据的精准度【2】。
结语：
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。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，应该严肃对待GPS技术应用的不完善，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技术应用到水库大坝变形监测当中。
参考文献：
[1]布艾杰尔?库尔班，阿布都艾尼?阿布都克热木，阿卜杜塔伊尔?亚森，艾力夏提?玉山，刘代芹，李桂荣，王晓强，苏力坦?玉散.利用GPS技术监测大坝表面变形[J].地震地磁观测与研究，2017，38（04）：165-171.
[2]倪志华，王庆勇.GPS技术在某水库大坝变形监测中的应用[J].新疆水利，2011（05）：32-35.
论文作者:贾高云
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/21
标签：大坝论文; 水库论文; 技术论文; 测量论文; 基准点论文; 接收机论文; 混凝土论文; 《防护工程》2018年第33期论文;