徐 冰

(遼寧省大伙房水庫管理局，遼寧撫順113007)

1 工程概況

遼寧省大伙房水庫于1954年開工興建，1958年竣工，水庫距下游撫順市中心約18 km，距沈陽市中心約68 km，地理位置十分重要。水庫控制面積5 437 km2，占渾河流域面積的47.4%，是渾河干流上控制性骨干工程。水庫以防洪、灌溉、城市供水為主，兼顧發(fā)電、養(yǎng)魚。水庫總庫容22.68億 m3，為大Ⅰ型水庫，按1 000 a一遇洪水設(shè)計，可能最大洪水校核。大伙房水庫的觀測設(shè)備陸續(xù)建設(shè)于50—60年代。主要以觀測壩體的浸潤線和壩體的變形，由于水庫運(yùn)行至今已近60 a，許多觀測設(shè)備、觀測儀器均已老化，隨著先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展，原有的觀測手段也已不適應(yīng)現(xiàn)代化的管理要求，結(jié)合除險加固工程，投資492萬余元的大伙房水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)于2005年3月正式啟動。建成后的該系統(tǒng)將以科學(xué)、先進(jìn)的監(jiān)測儀器，簡單實(shí)用、功能完備的管理軟件實(shí)時地監(jiān)測水工建筑物的運(yùn)行狀況，為領(lǐng)導(dǎo)者科學(xué)地管理水庫提供第一手資料。

2 主壩位移測點(diǎn)的布設(shè)

大伙房水庫大壩觀測自動化是在2005年水庫加固時完成的一項改造工程。內(nèi)部變形觀測點(diǎn)全部采用自動化實(shí)時監(jiān)測。外部變形監(jiān)測垂直位移使用電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;水平位移則使用TCA2003自動全站儀(又稱“測量機(jī)器人”)自動采集野外數(shù)據(jù)。所有水平位移測點(diǎn)都必須利用原壩體的位移測點(diǎn)，這樣才能保證觀測資料的連續(xù)性。在原測點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造，加設(shè)基座，安插棱鏡，加設(shè)保護(hù)蓋，并在合適的位置建一座觀測基點(diǎn)房TB1，利用壩體的原工作基點(diǎn)B3作為后視點(diǎn)。針對壩體水平位移實(shí)現(xiàn)自動觀測，選擇瑞士萊卡公司新型的測繪儀器——TCA2003自動全站儀(又稱“測量機(jī)器人”)作為前端采集數(shù)據(jù)的工具，所使用的軟件為成都經(jīng)緯科技儀器有限公司開發(fā)的野外數(shù)據(jù)采集軟件Inspector 5.0系列和后處理軟件GNPS系統(tǒng)。具體布設(shè)位置見圖1。

圖1 主壩位移監(jiān)測標(biāo)點(diǎn)平面布置圖

3 水平位移監(jiān)測的原理

大伙房水庫加固改造前水平位移監(jiān)測采用視準(zhǔn)線法，由于壩體長度超過1 000 m，在白天用視準(zhǔn)線測量受大氣折光的影響，測量誤差比較大，所以在晚間用視準(zhǔn)線方法配合燈光進(jìn)行測量，雖然減小了測量誤差，但操作很麻煩，而且也不安全。使用TCA2003自動全站儀(又稱“測量機(jī)器人”)采用全圓測回法自動采集位移測點(diǎn)的水平角、垂直角、測站到測點(diǎn)間的距離，按規(guī)范規(guī)定得到滿足限差要求的角度觀測文件和距離觀測文件，使用后處理軟件得到測點(diǎn)的平面坐標(biāo)，可選擇不同期數(shù)的結(jié)果進(jìn)行比較，得到兩次(以及多次)間的測點(diǎn)點(diǎn)位變化值，從而計算出相對和絕對位移量。

4 野外數(shù)據(jù)采集的步驟

在首次使用該儀器時必須對所有測點(diǎn)人工進(jìn)行坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集，形成Coord文件，利用傳輸軟件上傳到全站儀中，作為機(jī)器自動尋找目標(biāo)的依據(jù)。在開始采集數(shù)據(jù)之前要對所有測點(diǎn)的溫度值和氣壓值進(jìn)行測定并記錄備用，并對儀器處的溫度值和氣壓值進(jìn)行測定后輸入到儀器中。選擇野外數(shù)據(jù)采集程序，然后按大壩監(jiān)測規(guī)范要求設(shè)置限差，進(jìn)行設(shè)站，并選擇Coord文件中的要測量的測點(diǎn)做為監(jiān)測目標(biāo)，儀器開始自動瞄準(zhǔn)測點(diǎn)，采集角度數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)，經(jīng)過檢查得到滿足要求的數(shù)據(jù)文件。數(shù)據(jù)文件形式見表1。

表1 主壩第一測回的數(shù)據(jù)文件形式表

距離文件形式:

1 B3 554.05243 0.0000 2 B3 554.05283 0.0000 3 B3 554.05243 0.0000 4 B3 554.05243 0.0000 Distance End 2010.6.13 9:38:58測站名 測回數(shù) 為監(jiān)測點(diǎn)數(shù) 儀器高TB1 4 17 0.2370 Distance Start 2010.6.13 9:38:58 TCA2003 Distance Start 2010.6.13 9:41:14 TCA2003 1 1131 505.75275 0.0000 2 1131 505.75235 0.0000 3 1131 505.75245 0.0000 4 1131 505.75295 0.0000 Distance End 2010.6.13 9:41:14 Distance Start 2010.6.13 9:44:25 TCA2003 1 1121 513.53534 0.0000 2 1121 513.53434 0.0000 3 1121 513.53444 0.0000 4 1121 513.53464 0.0000 Distance End 2010.6.13 9:44:26 Distance Start 2010.6.13 9:46:40 TCA2003 1 1111 523.93939 0.0000 2 1111 523.93939 0.0000 3 1111 523.93939 0.0000 4 1111 523.93959 0.0000 Distance End 2010.6.13 9:46:40 Distance Start 2010.6.13 9:50:31 TCA2003 1 1132 212.39429 0.0000 2 1132 212.39449 0.0000 3 1132 212.39449 0.0000 4 1132 212.39469 0.0000 Distance End 2010.6.13 9:50:31 Distance Start 2010.6.13 9:52:22 TCA2003 1 1122 230.42813 0.0000 2 1122 230.42843 0.0000 3 1122 230.42843 0.0000 4 1122 230.42853 0.0000 Distance End 2010.6.13 9:52:23 Distance Start 2010.6.13 9:54:29 TCA2003 1 1112 252.69837 0.0000 2 1112 252.69857 0.0000 3 1112 252.69877 0.0000 4 1112 252.69887 0.0000 Distance End 2010.6.13 9:54:29 Distance Start 2010.6.13 9:56:11 TCA2003 1 1133 68.38527 0.0000 2 1133 68.38527 0.0000 3 1133 68.38527 0.0000

測站名 測回數(shù) 為監(jiān)測點(diǎn)數(shù) 儀器高1133 68.38527 0.0000 Distance End 2010.6.13 9:56:11 Distance Start 2010.6.13 9:57:47 TCA2003 1 1123 112.61795 0.0000 2 1123 112.61795 0.0000 3 1123 112.61795 0.0000 4 1123 112.61805 0.0000 Distance End 2010.6.13 9:57:47 Distance Start 2010.6.13 9:59:10 TCA2003 1 1113 153.06594 0.0000 2 1113 153.06584 0.0000 3 1113 153.06584 0.0000 4 1113 153.06584 0.0000 Distance End 2010.6.13 9:59:11 Distance Start 2010.6.13 10:0:53 TCA2003 1 1114 251.05283 0.0000 2 1114 251.05283 0.0000 3 1114 251.05313 0.0000 4 1114 251.05273 0.0000 Distance End 2010.6.13 10:0:53 Distance Start 2010.6.13 10:2:20 TCA2003 1 1124 228.70999 0.0000 2 1124 228.71029 0.0000 3 1124 228.70999 0.0000 4 1124 228.71009 0.0000 5 1124 228.70999 0.0000 6 1124 228.70999 0.0000 7 1124 228.70999 0.0000 8 1124 228.70979 0.0000 Distance End 2010.6.13 10:2:20 Distance Start 2010.6.13 10:3:59 TCA2003 1 1115 427.40964 0.0000 2 1115 427.41014 0.0000 3 1115 427.41014 0.0000 4 1115 427.40954 0.0000 Distance End 2010.6.13 10:4:0 Distance Start 2010.6.13 10:5:25 TCA2003 1 1134 210.37274 0.0000 2 1134 210.37274 0.0000 3 1134 210.37274 0.0000 4 1134 210.37274 0.0000 Distance End 2010.6.13 10:5:25 Distance Start 2010.6.13 10:7:8 TCA2003 1 1125 414.73263 0.0000 2 1125 414.73313 0.0000 3 1125 414.73283 0.0000 4 4 1125 414.73303 0.0000

測站名 測回數(shù) 為監(jiān)測點(diǎn)數(shù) 儀器高Distance End 2010.6.13 10:7:9 Distance Start 2010.6.13 10:8:47 TCA2003 1 1116 618.34550 0.0000 2 1116 618.34550 0.0000 3 1116 618.34620 0.0000 4 1116 618.34580 0.0000 Distance End 2010.6.13 10:8:47 Distance Start 2010.6.13 10:10:13 TCA2003 1 1135 404.87659 0.0000 2 1135 404.87639 0.0000 3 1135 404.87639 0.0000 4 1135 404.87639 0.0000 Distance End 2010.6.13 10:10:14

5 數(shù)據(jù)的后處理

當(dāng)需要監(jiān)測的所有測點(diǎn)數(shù)據(jù)全部采集后，即可進(jìn)行位移量的計算。把全站儀和電腦用數(shù)據(jù)線連接，使用LEICA offes軟件進(jìn)行野外監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸。啟動GNPS軟件，增加觀測期數(shù)，設(shè)定儀器常數(shù)，調(diào)用建站坐標(biāo)數(shù)據(jù)，選擇角度觀測文件和距離觀測文件，手工輸入測點(diǎn)和站點(diǎn)的氣象參數(shù)，調(diào)用儀器數(shù)據(jù)，進(jìn)行平差計算，當(dāng)計算結(jié)果正確后可選擇平差結(jié)果入庫，然后進(jìn)行位移處理，選擇不同的期數(shù)進(jìn)行比較，就可得到測點(diǎn)在這一時間間隔內(nèi)的相對位移量和絕對位移量［］。

由于建站數(shù)據(jù)采用的是國家54坐標(biāo)，而壩軸線方向與該坐標(biāo)系之間存在夾角，要得到平行于壩軸線方向和垂直于壩軸線方向的位移，還要進(jìn)行數(shù)學(xué)的變換，得到想要的水平位移量。位移量計算見表2。

6 實(shí)施過程中影響精度的因素

由于壩體的變形監(jiān)測要求的精度很高，所以在進(jìn)行限差設(shè)定時一定要嚴(yán)格按規(guī)范要求設(shè)置。站點(diǎn)和后視點(diǎn)的穩(wěn)定性是保證測量精度的首要條件，在前期建設(shè)階段就一定要保證它們建在基礎(chǔ)穩(wěn)定的巖石上，通視條件要好，條件允許時它們之間的高差不要太大［2］。要定期對站點(diǎn)和后視點(diǎn)進(jìn)行平面控制的校核，以保證建站資料的安全、準(zhǔn)確。站點(diǎn)到各測點(diǎn)的距離不要過大，仰俯角也不宜角度太大，這些都直接影響數(shù)據(jù)的采集精度。在測點(diǎn)的建設(shè)過程中，應(yīng)考慮盡量保證棱鏡的固定性這樣可減少安插棱鏡帶來的不必要的誤差而影響測量的精度。

另外，天氣和溫度也是影響測量精度的因素之一。應(yīng)選擇在日照不是太強(qiáng)烈，溫度不是太高的時間段內(nèi)作業(yè)，這樣比較容易獲得滿足限差要求的數(shù)據(jù)。

表2 水平位移觀測統(tǒng)計表

7 使用機(jī)器人進(jìn)行大壩水平位移監(jiān)測過程中的體會

當(dāng)前期的準(zhǔn)備工作完全按照要求完成的情況下，儀器采集得到的數(shù)據(jù)精度一定能滿足規(guī)范要求，其準(zhǔn)確性是可以保證的。

歷時一年半的時間，經(jīng)過三期的監(jiān)測，與以往常規(guī)的視準(zhǔn)線法測量進(jìn)行比照，認(rèn)為精度是比較高的。而且，采用這種儀器進(jìn)行監(jiān)測大大減少了人為因素帶來的一些誤差，比如，不同觀測者的視力差距帶來的誤差、讀數(shù)誤差、記錄的筆誤等等。

另外，在選擇的測點(diǎn)比較多時，使用這種儀器觀測應(yīng)盡量采用分組的方法，并在每組的第一個點(diǎn)應(yīng)選擇成像清晰的后視點(diǎn)，以保證儀器自動尋找目標(biāo)的準(zhǔn)確。當(dāng)測點(diǎn)的布設(shè)方向與儀器的瞄準(zhǔn)方向近似一條直線時，也應(yīng)進(jìn)行分組測量，使角度相差很小的測點(diǎn)分在不同的組內(nèi)觀測，這樣才能保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

由于初次采用這種方法進(jìn)行監(jiān)測，缺乏經(jīng)驗(yàn)和必要的常識，在邊使用邊摸索規(guī)律的過程中不斷總結(jié)，以上只是工作中遇到和發(fā)現(xiàn)的一些問題和體會，寫出來與已經(jīng)使用和準(zhǔn)備使用該方法進(jìn)行壩體變形監(jiān)測的同行們互相借鑒，減少在工作中所走的一些彎路，使監(jiān)測自動化工作更加科學(xué)、完善。

［1］李嘯嘯，蔣敏，吳震宇，等.大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)粗差識別方法的比較與改進(jìn)［J］.中國農(nóng)村水利水電，2011(03):107 －110，117.

［2］劉治國，王俊林.全站儀在大壩變形監(jiān)測中的應(yīng)用［J］.人民黃河，2008，30(07):82 －83，85.