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        靜態(tài)GPS在長江堤防監(jiān)測分析中的應(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

        (張家港市長江防洪工程管理處, 江蘇 蘇州 215625)

        每年6、7月份長江中下游地區(qū)都會出現(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)而對長江堤防的安全運(yùn)營帶來極大的隱患,故而需要及時對其進(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)測量是利用測量型GPS接收機(jī)進(jìn)行定位測量,短距離(15 km以內(nèi))的定位精度可以達(dá)到毫米級,而且還有無需通視、全天候、效率高等優(yōu)勢,能夠在雨季結(jié)束后及時實現(xiàn)對長江堤防的快速診斷,故而提出一種基于靜態(tài)GPS測量技術(shù)的堤防微觀監(jiān)測方法。經(jīng)在張家港市境內(nèi)42.33 km的長江堤防上的應(yīng)用表明,能夠有效地輔助管理與決策,保障安全運(yùn)營。

        1 靜態(tài)GPS測量

        1.1 選點(diǎn)

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

        圖1 堤防監(jiān)測斷面點(diǎn)位布置

        1.2 布網(wǎng)

        一級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個已知點(diǎn)、82個未知點(diǎn)),構(gòu)成有99個同步環(huán)、 64個獨(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,4邊環(huán)18個。

        1.3 觀測

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

        采用快速靜態(tài)作業(yè)模式進(jìn)行觀測,外業(yè)觀測時,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)最短有效觀測時間為20 min;

        (4)最大PDOP值為3.0;

        (5)最少有效觀測衛(wèi)星數(shù)為6顆;

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

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

        1.4 平差計算

        采用專業(yè)軟件算出所有獨(dú)立基線和同步基線,檢驗合格后計算重復(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)無約束平差和二維網(wǎng)約束平差,實現(xiàn)全網(wǎng)基線向量質(zhì)量和符合精度情況的檢驗。

        1.5 精度統(tǒng)計

        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、最弱邊相對中誤差、基線向量改正數(shù)絕對值等。

        同步環(huán)閉合差精度統(tǒng)計見表1,獨(dú)立環(huán)閉合差檢核精度統(tǒng)計見表2,其他精度指標(biāo)見表3。

        表1 同步環(huán)閉合差精度統(tǒng)計

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

        表3 其他精度指標(biāo)

        1.6 監(jiān)測分析

        由表1、表2、表3中統(tǒng)計值可知,無約束平差結(jié)果表明全網(wǎng)中沒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,其他各項指標(biāo)符合一等GPS測量規(guī)[6-7]的要求。因此,汛期前獲得的GPS觀測網(wǎng)(即是固定斷面監(jiān)測點(diǎn)的高精度的平面坐標(biāo))可以作為汛期后判斷長江堤防是否發(fā)生微小形變以及判斷是否可能影響安全運(yùn)營的基礎(chǔ)依據(jù)。

        2 汛后監(jiān)測

        汛后再次采用靜態(tài)GPS測量技術(shù)進(jìn)行觀測,在觀測、平差計算、精度統(tǒng)計后判斷測量成果的可靠性。各項精度指標(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

        由表4、表5、表6中統(tǒng)計值可知,汛期后(第二次)靜態(tài)GPS測量結(jié)果(各項精度指標(biāo))同樣符合一等GPS測量規(guī)范,因此能夠真實體現(xiàn)出汛期后長江堤防上固定斷面的實際情況,即可作為對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

        定義首次觀測的每條堤防斷面兩監(jiān)測點(diǎn)連線為標(biāo)準(zhǔn)基線,第二次及之后測量的監(jiān)測點(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)計發(fā)現(xiàn),水平位移量大于20 mm的共計有3個點(diǎn)位,經(jīng)過現(xiàn)場核實,是由于現(xiàn)場施工點(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,長江(張家港段)堤防的水平位移值較小,整體上沒有異常水平位移,狀態(tài)基本穩(wěn)定。

        應(yīng)用該技術(shù)的同時,采用傳統(tǒng)的人工巡視方式進(jìn)行驗證,現(xiàn)場反饋的結(jié)果與靜態(tài)GPS測量的結(jié)論一致,長江(張家港段)堤防可保持安全運(yùn)行。因此,靜態(tài)GPS測量技術(shù)可以作為堤防安全運(yùn)行監(jiān)測的有效手段,其測量成果結(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,以時間為橫軸,實現(xiàn)對各監(jiān)測位移量的預(yù)測分析,進(jìn)而提前預(yù)警,發(fā)揮其在堤防監(jiān)測分析中的最大化效果。

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