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        靜態(tài)GPS在長(zhǎng)江堤防監(jiān)測(cè)分析中的應(yīng)用

        2021-11-03 07:23:52鄧彬彬徐奕正
        江蘇水利 2021年10期
        關(guān)鍵詞:堤防基線靜態(tài)

        徐 紅, 鄧彬彬, 徐奕正, 丁 陽(yáng)

        (張家港市長(zhǎng)江防洪工程管理處, 江蘇 蘇州 215625)

        每年6、7月份長(zhǎng)江中下游地區(qū)都會(huì)出現(xiàn)持續(xù)天陰有雨的現(xiàn)象(梅雨季節(jié)),導(dǎo)致降水量激增,進(jìn)而對(duì)長(zhǎng)江堤防的安全運(yùn)營(yíng)帶來(lái)極大的隱患,故而需要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行形變分析。

        以往只能采用沿堤防人工巡視的方式,難以發(fā)現(xiàn)其中細(xì)微的形變變化,仍然存在一定的安全隱患[1-2]。GPS靜態(tài)測(cè)量是利用測(cè)量型GPS接收機(jī)進(jìn)行定位測(cè)量,短距離(15 km以?xún)?nèi))的定位精度可以達(dá)到毫米級(jí),而且還有無(wú)需通視、全天候、效率高等優(yōu)勢(shì),能夠在雨季結(jié)束后及時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)江堤防的快速診斷,故而提出一種基于靜態(tài)GPS測(cè)量技術(shù)的堤防微觀監(jiān)測(cè)方法。經(jīng)在張家港市境內(nèi)42.33 km的長(zhǎng)江堤防上的應(yīng)用表明,能夠有效地輔助管理與決策,保障安全運(yùn)營(yíng)。

        1 靜態(tài)GPS測(cè)量

        1.1 選點(diǎn)

        選取堤防監(jiān)測(cè)斷面中堤頂、堤角各1點(diǎn),共82點(diǎn)進(jìn)行一級(jí)GPS觀測(cè)。編號(hào)采用堤防監(jiān)測(cè)斷面中的編號(hào),如“WJD1-1”等。堤防監(jiān)測(cè)斷面點(diǎn)位布置示意圖如圖1所示。

        圖1 堤防監(jiān)測(cè)斷面點(diǎn)位布置

        1.2 布網(wǎng)

        一級(jí)GPS網(wǎng)采用同步圖形擴(kuò)展式布網(wǎng)[3-4]原則,優(yōu)先連測(cè)短基線,以點(diǎn)連式和邊連式的混連式為主。全網(wǎng)共98點(diǎn)(其中16個(gè)已知點(diǎn)、82個(gè)未知點(diǎn)),構(gòu)成有99個(gè)同步環(huán)、 64個(gè)獨(dú)立閉合環(huán),同步環(huán)、獨(dú)立環(huán)的閉合差均小于限差,獨(dú)立環(huán)3邊環(huán)46個(gè),4邊環(huán)18個(gè)。

        1.3 觀測(cè)

        采用4臺(tái)GPS接收機(jī)按一級(jí)GPS網(wǎng)的要求進(jìn)行同步觀測(cè)[5-7]。觀測(cè)時(shí),一級(jí)GPS網(wǎng)中的點(diǎn)號(hào)按其點(diǎn)名(號(hào))進(jìn)行編號(hào)。

        采用快速靜態(tài)作業(yè)模式進(jìn)行觀測(cè),外業(yè)觀測(cè)時(shí),儀器主要參數(shù)設(shè)置如下。

        (1)最小衛(wèi)星截止高度角為15°;

        (2)數(shù)據(jù)采集間隔為5″;

        (3)最短有效觀測(cè)時(shí)間為20 min;

        (4)最大PDOP值為3.0;

        (5)最少有效觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)為6顆;

        (6)平均重復(fù)設(shè)站數(shù)為2.2個(gè)。

        外業(yè)觀測(cè)過(guò)程中嚴(yán)格按GPS操作手冊(cè)要求作業(yè),對(duì)接收機(jī)天線高用隨機(jī)備有的直角桿設(shè)備觀測(cè)前和觀測(cè)后各量取1次并取中數(shù)使用,其最大互差為1 mm,限差為3 m。

        1.4 平差計(jì)算

        采用專(zhuān)業(yè)軟件算出所有獨(dú)立基線和同步基線,檢驗(yàn)合格后計(jì)算重復(fù)基線差值、同步環(huán)閉合差、獨(dú)立環(huán)閉合差,進(jìn)而完成三維網(wǎng)無(wú)約束平差和二維網(wǎng)約束平差,實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)基線向量質(zhì)量和符合精度情況的檢驗(yàn)。

        1.5 精度統(tǒng)計(jì)

        精度指標(biāo)[5]包括:同步環(huán)、獨(dú)立環(huán)坐標(biāo)分量閉合差、最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差、最弱邊相對(duì)中誤差、基線向量改正數(shù)絕對(duì)值等。

        同步環(huán)閉合差精度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1,獨(dú)立環(huán)閉合差檢核精度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2,其他精度指標(biāo)見(jiàn)表3。

        表1 同步環(huán)閉合差精度統(tǒng)計(jì)

        表2 獨(dú)立環(huán)閉合差檢核精度統(tǒng)計(jì)

        表3 其他精度指標(biāo)

        1.6 監(jiān)測(cè)分析

        由表1、表2、表3中統(tǒng)計(jì)值可知,無(wú)約束平差結(jié)果表明全網(wǎng)中沒(méi)有殘余的粗差基線向量,其內(nèi)符合精度優(yōu)良。二維約束平差結(jié)果表明網(wǎng)型結(jié)構(gòu)較強(qiáng),精度優(yōu)良,其他各項(xiàng)指標(biāo)符合一等GPS測(cè)量規(guī)[6-7]的要求。因此,汛期前獲得的GPS觀測(cè)網(wǎng)(即是固定斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高精度的平面坐標(biāo))可以作為汛期后判斷長(zhǎng)江堤防是否發(fā)生微小形變以及判斷是否可能影響安全運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)依據(jù)。

        2 汛后監(jiān)測(cè)

        汛后再次采用靜態(tài)GPS測(cè)量技術(shù)進(jìn)行觀測(cè),在觀測(cè)、平差計(jì)算、精度統(tǒng)計(jì)后判斷測(cè)量成果的可靠性。各項(xiàng)精度指標(biāo)如表4、表5、表6所示。

        表4 同步環(huán)閉合差精度

        表5 獨(dú)立環(huán)閉合差檢核精度

        表6 其他精度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

        由表4、表5、表6中統(tǒng)計(jì)值可知,汛期后(第二次)靜態(tài)GPS測(cè)量結(jié)果(各項(xiàng)精度指標(biāo))同樣符合一等GPS測(cè)量規(guī)范,因此能夠真實(shí)體現(xiàn)出汛期后長(zhǎng)江堤防上固定斷面的實(shí)際情況,即可作為對(duì)比分析堤防是否出現(xiàn)微小形變以及判斷是否可能影響安全運(yùn)行的證據(jù)源。

        3 分析與結(jié)論

        定義首次觀測(cè)的每條堤防斷面兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)連線為標(biāo)準(zhǔn)基線,第二次及之后測(cè)量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)沿基線方向的變化量為水平位移量,迎水面為“下”,背水面為“上”。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),水平位移量大于20 mm的共計(jì)有3個(gè)點(diǎn)位,經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)核實(shí),是由于現(xiàn)場(chǎng)施工點(diǎn)位發(fā)生位移;其他迎水面變化量最大值為15 mm,迎水面位移量最小值為0 mm;背水面變化量最大值為13 mm,背水面位移量最小值為1 mm。結(jié)果表明,長(zhǎng)江(張家港段)堤防的水平位移值較小,整體上沒(méi)有異常水平位移,狀態(tài)基本穩(wěn)定。

        應(yīng)用該技術(shù)的同時(shí),采用傳統(tǒng)的人工巡視方式進(jìn)行驗(yàn)證,現(xiàn)場(chǎng)反饋的結(jié)果與靜態(tài)GPS測(cè)量的結(jié)論一致,長(zhǎng)江(張家港段)堤防可保持安全運(yùn)行。因此,靜態(tài)GPS測(cè)量技術(shù)可以作為堤防安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)的有效手段,其測(cè)量成果結(jié)論可以作為管理堤防、判斷決策的依據(jù)。另外,隨著基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的積累和豐富,以時(shí)間為橫軸,實(shí)現(xiàn)對(duì)各監(jiān)測(cè)位移量的預(yù)測(cè)分析,進(jìn)而提前預(yù)警,發(fā)揮其在堤防監(jiān)測(cè)分析中的最大化效果。

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