GNSS技术在水库大坝变形监测中的应用与分析 摘要：随着国家脱贫攻坚的推进、易地搬迁项目的实施，水源性水库工程建设越来越多，水库大坝作为水库的重点工程项目之一，其运行情况的监测直接影响着人们的生命财产安全，所以必须要引起足够的重视，而在水库大坝变形监测中常用的监测技术就是GNSS，GNSS技术因为具有高自动化程度、实时性和连续性等优点，被应用在很多领域，本文重点介绍该项技术在水库大坝变形监测中的具体应用和分析，希望通过本文的介绍能够为相关工作人士提供一些参考和帮助。 关键词：GNSS技术；水库大坝；变形监测；应用分析 前言 目前来说GNSS技术是一项比较先进的变形监测技术，因为其定位技术比较精密，已经被应用到很多工程领域和科学技术领域，比如航空、卫星遥感、资源勘探、地球动力学、工程变形监测、精密时间传递等，工程变形监测对于工程的运行来说十分重要，本文重点介绍该项技术在水库大坝变形监测中的实际应用。 1. GNSS测量的基本原理分析 传统的后方交会和GNSS的定位原理相似。假设在监测的点架设GNSS接收机，在某一个时刻对三个以上GNSS卫星所发的信号进行接收（同时），就可以测出GNSS卫星和测点的距离，然后可以依据后方交会的原理，将监测点的三维坐标、导航电文以及GNSS卫星发射测距的信号确定下来，其中导航电文中有卫星的具体位置。然后用户以及上述的信息可以该时刻GNSS卫星的空间坐标，然后再依据距离交会法算出测试站点的具体位置。而如果GNSS不停的发射信号，GNSS接收机不停的接受信号，就可以对测站点的位置进行实时动态监控。 2. GNSS技术在水库坝体变形监测中的应用分析 2.1 GNSS变形监测同比传统测量技术的优点分析 变形监测的范围比较广，尤其在工程领域，在水库大坝变形监测中传统的监测技术有三角测量法监测、视准线法监测、水准测量法等，这些测量方法对监测技术的要求比较高，监测的环境也比较复杂，监测物体的体积一般都比较大。所以上述测量方法劳动量比较大、观测的时间比较长，很难做到自动化监测，所以慢慢就要被淘汰。而GNSS技术可以做到全天候工作、定位精度非常高，并且不需要通视，工作量大大降低，所以非常受欢迎。根据相关数据表明，采用GNSS技术展开水平观测时位移矢量误差在2毫米以内，在高程测量上误差也在3毫米以内。对于水库大坝变形监测必须要做到误差小，而且需要实时监控，所以采用GNSS技术非常有必要。 2.2 GNSS技术在水库大坝变形监测方法分析 本文以云南省昭通市在建的一个中型水库为例进行分析，在2015年S07和S08这两个测站每天得到的星历文件和观测值文件，采用TEQC把L1和L2的信噪比文件、卫星高度角文件以及方位角文件提取出来，再将这些提取的文件进行整合。然后做出以下三个判断： （1）当卫星的高度角低于25度时，它的位置是不是在相对于测站的水面一侧，这个要依据卫星的方位角来判断，如果卫星方位不在水面一侧，那么反射信号不是来自水面，反射信号就和陆地相关。 （2）判断当前卫星高度角是不是比25度低，在高度角比较小的时候，多路径效益会更加显著，这样反射的信息容易被天线接收。 （3）判断满足上述条件的卫星在高度角低于25度时的历元是否相似，因为本文获取的实测水位数据是每日上午8时采集的，为了进行对比，要求有效卫星的高度角在低于25度时，时间在7时至9时之间，否则反演出的水位存在时间不一致的问题。将满足上述三个条件的历元进行存储，直到遍历完成所有历元。接下来对每颗卫星每日数据通过线性拟合去除SNR序列的趋势项，用Lomb-Scargle频谱分析方法提取去除趋势项后的SNR数据的频率，最后将频率信息转换为高度信息即可。 GNSS监测技术按照监测对象可以分为动态测量法、快速静态测量法以及静态测量法这三种。 ①静态测量法：就是把三台以上的GNSS接收机同时安置在监测点上观测1到2个小时（连续的），采用边连接法形成网，然后再使用后处理软件算出基线，再采用平差软件解算出监测点的三维坐标。这种方法的优点是精度非常高。 ②快速静态测量法：该方法主要适合监测点的观测，其工作原理在基准点上安置两台以上GNSS接收机固定不动，然后再进行连续观测，然后再用1到4台接收机在监测点上移动，每次观察时间段为5到10分钟，其中采样间隔时间为2秒，然后计算出监测点的三维坐标。 ③动态测量法：这种测量方法又分为实时动态测量法和准动态测量法。实时动态测量是用载波相位观测实时差分GNSS测量，又叫RTK方法。基本原理是在基准站上放1台GNSS接收机，然后对所有可见的GNSS卫星进行连续观测，然后采用无线传输设备将观测数据发给监测点的接收机，然后用差分定位原理计算出监测点的三维坐标，其中定位精度在2到5公分，如果移动的GNSS卫星在5颗以上，精度更高，在1到2公分。 2.3 GNSS监测数据的处理 测量得到的数据要进行处理，有专业处理数据的软件，这里就不一一介绍了。数据处理软件对数据处理一般分为两个方面： （1）处理GNSS测得的原始数据，然后得到同步和异步观测网的基线解。 （2）采用平差和分析法对各同步网解展开处理，得到GNSS网的整体解。在水库大坝变形测量中，监测大坝的坡长一般在100到300米之间，对于水库工程来说完全受用。 3、GNSS技术在水库大坝变形监测中应用的优点 3.1 自动化程度高 因为水库中存水量是在发生变化的，对大坝坝体性能的要求必须高，所以要对水库大坝进行实时监测，发现水库大坝变形异常，所以要求GNSS技术满足全天候监测的要求，而GNSS技术刚好可以满足，并且因为水库坝体变形监测人工测量不仅难度大，而且精度很低，而GNSS接收机测量可以实现自动化测量，在开始测量时只需要在水库大坝测站点安置GNSS接收机，接通电源，然后仪器就会自动开始监测，测量结束后，只需要关闭电源即可，而且GNSS监测可以做到数据自动化计算，大大降低劳动力。 3.2 定位精度高 同比与其他测量方法，在水库大坝变形监测中，对于水库大坝变形监测来说，本来就要求高，所以刚好可以满足需求。 3.3 可以实现全天候的实时动态观测 上文中已经介绍了实时动态测量技术，也就是RTK，该项技术是GNSS技术的一项突破，该技术不受气温、天气、导航等因素的影响，可以最大连续、全天候作业。 3.4 可直接用大地高进行垂直变形测量 在水库大坝变形监测中，需要监测的数据精度要求高，为了测量数据的准确性，垂直变形测量比较多，在水库大坝变形监测中我国关注的重点是高程的变化，IGS 提供的精密星历足以保证大地高系统的稳定性，从而避免在高程系统的转换过程中精度的损失。 4、结束语 综上所述，本文重点分析了GNSS测量技术以及该项测量技术在水利大坝变形监测中的具体应用，通过本文的介绍，大家了解到GNSS技术在变形监测中的应用非常广泛，优点比较显著，主要有自动化程度高、全天候作业、效率高、精度高等优点，但是随着工程形变监测要求的不断提高，GNSS技术要需要不断的更新突破，向着更好更优化的方向发展，这样才能为更多的领域提高服务。本文介绍GNSS技术在水库大坝变形监测中的应用具有非常重要的现实意义，本文发表个人观点，仅供参考。 参考文献： [1]丁培江. 水库潜在滑坡区GNSS变形监测管理信息系统研究与开发[D].昆明理工大学，2014. [2]王涛. 基于小波分析的GPS变形监测数据去噪方法研究[D].昆明理工大学，2014. [3]梁晶，施世才，裴亮. 龙江水电站GNSS变形监测系统设计与应用研究[J]. 水利规划与设计，2017（11）：162-166. [4]王辉，桂林，杨文，吴小东. 水电站大坝表面三维建模及变形分析[A]. .云南省测绘地理信息学会2017年学术年会论文集[C].2017：6. 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/be8d7eb80540be1e650e52ea551810a6f424c816.html