gps大坝变形监测及数据处理方案研究

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1、测绘信息网www.othermap.comGPS大坝变形监测及数据处理方案研究陈宪冬孟鲁闽(西安科技大学测量工程系西安710054)摘要：通过大坝外观变形模拟和GPS监测试验验证了GPS大坝变形监测的实际能力，给出了可行的数据处理措施及注意的一些问题，最后指出只要选用良好的仪器设备并进行科学合理的观测和数据处理，GPS技术可用于大坝变形监测领域。关键词：GPS大坝变形监测变形模拟监测试验数据处理方案中图分类号：P228.41引言水库或水电站的大坝在水负荷作用下会产生变形，当变形过大时，大坝将处于疲劳状态，严重时会有溃坝的危险，近年来随着西部大开发战略的逐步实

2、施，我国大中型水利水电工程和高坝越来越多，大坝及库区滑坡的变形监测不仅关系到工程自身的安危，更关系到下游人民的生命、财产安全，进行大坝变形监测具有非常重要的意义。与经典变形监测技术相比，GPS变形监测技术不仅具有全天侯、高精度、高效益等众多优点，更有助于实现自动化监测，我国报道的清江隔河岩大坝的GPS自动化监测系统所监测的测点精度已达水平分量1.0mm，垂直分量1.5mm(1～2h解),GPS一机多天线监测系统的先期试验也表明GPS大坝变形监测具有很好的应用前景,而GPS测高技术更在煤矿地表沉陷监测及边坡或滑坡变形监测中具有广阔的应用潜力。然而，GPS定位精

3、度与基线边长、时段长度、仪器性能、多径干扰、卫星星历、电离层延迟、对流层延迟、天线相位中心变化、基线解算以及网平差等众多因素有关，GPS变形监测数据处理中不仅要提高其内符合精度，更要提高其外符合精度（外符合精度才是其真正的变形监测能力）。为了深入了解GPS在大坝和滑坡等变形监测中的应用潜力，切实掌握GPS变形监测和数据处理中必需采取的一些技术措施，特进行了本次GPS大坝变形监测模拟试验和数据处理方案研究。2试验目的本次模拟试验主要研究以下问题：1）大坝变形监测应用中，GPS基准点距GPS监测点有可能达几公里之遥，多长的观测时段才能保证几公里长的GPS基线能发

4、现1～2mm的监测点的变形？2）大坝多位于峡谷之中，在较高的卫星截止高度角下，应选择多长的观测时段？3）大坝基准点与大坝监测点的水汽环境通会有较大差异（特别在泻洪时期），GPS基线解算过程中多长时间引入一个对流层湿延迟参数才较为合适？4）GPS广播星历难以满足GPS精密形变监测的需要，使用IGR精密星历进行轨道外推或使用IGU精密星历时需注意哪些问题。3模拟试验网的构成及实施图1GPS模拟变形监测网及位移监测点的基座基于上述目的，设计构建了由4个点构成的GPS模拟变形监测网，其中JC01、JC02、JC03为基准点，JC04为模拟位移监测点，所有点均为楼顶墩

5、标，墩标顶部均安置强制对中盘（盘的四周用罗盘标定有测绘信息网www.othermap.com东南西北方向），在模拟位移监测点上安装带有游标卡尺的特制基座，以使GPS天线可在此基座上平移（移动量读至0.02mm，精度可达0.1mm）。在第一时段将JC04安置于零刻读，在第二、三时段则模拟大坝变形，将其向正北方向分别移动2.0mm和5.0mm，对应编号分别为JC14和JC24。通过比较GPS监测的变形值与所移动的变形真值即可评定GPS变形监测的实际能力。该试验网的网图及基座见图1。本试验网于2004年12月11日至13日进行了外业施测，观测仪器为4台Ashtec

6、hZ-X双频GPS接收机，天线类型为ASH701975.01（其天线相位中心改正参数见GAMIT/GLOBK软件的antmod.dat.oldfmt文件或由http://www.ngs.noaa.gov/antcal/FiAntTyG4.mht获取），每天各观测一个时段（12月11日为1:00～13:00；12月12日为5:00～17:00；12月13日为1:00～13:00），各时段的采样间隔均为30s,卫星截止高度角均为10º，观测期间天气晴朗无风，观测环境优良。4GPS试验网的数据处理4.1基线解算软件及网平差软件基线解算采用美国麻省理工学院和Scri

7、pps研究所共同开发的GAMIT（Ver10.02）、瑞士伯尔尼大学研制的Bernese（Ver4.2）以及美国泰雷兹公司的Solution（Ver2.60）等软件按双差基线解模式进行。网平差采用武汉测绘科技大学的PowerAdj软件。4.2基准网点的平面坐标计算首先将JC01与我国的IGS站：BJFS、KUNM和URUM进行了三天的联测，由IGS最终精密星历用Bernese软件解算出了JC01的精密地心坐标；然后用JC01的精密地心坐标由IGS最终精密星历用Bernese软件解算JC02和JC03的精密地心坐标的三天平均值。在与IGS站进行长基线联测时，采

8、用的是消电离层影响的相位组合观测值（即），每两小时引