论文部分内容阅读
摘要：对南水北调中线渠首陶岔枢纽工程外部变形监测自动化系统进行设计，对系统设计原则、设施布置、系统网络结构、仪器设备及系统软件进行全面阐述。结合陶岔枢纽工程外部变形监测自动化系统的试运行案例，自动化系统实现了监测数据的自动采集、传输和存储，为监测数据实时分析提供信息平台，提高了南水北调工程的高效智能化管理。
关键字：大外部变形;安全监测;自动化;
1 工程概况
陶岔枢纽工程是南水北调工程的渠首，位于河南省淅川县九重乡陶岔村，是丹江口水库的副坝，也是南水北调中线工程的进水闸，其工程等别为I等工程。陶岔渠首闸的主要任务是引水和挡水，兼顾灌溉和发电。陶岔重力坝坝顶高程176.6m，防浪墙顶高程177.8m，最大坝高53.1m，轴线长265m，共分15个坝段。
渠首陶岔枢纽工程外观监测包括坝体水平、垂直位移：坝体水平位移监测通过在坝顶布设引张线和在两岸坝头布设倒垂线来实现;坝体垂直位移监测通过精密水准点来实现。
2 外部变形监测自动化系统设计
2.1 设计原则
基本原则：自动化观测系统具备独立的测记功能，所得到的监测数据分析评价科学快捷，监测成果能够为大坝安全运行及地质灾害预测预报提供依据;
科学合理性原则：监测设备运行稳定，满足连续正常运行需要，监控成果及时可靠;
经济实用性原则：在保证长期可靠有效的前提下，采用最经济的技术方案;操作均采用最简洁的设置，做到直观方便、性能稳定及维护简单;
系统可扩展性原则：系统输出的数据信息采用国际或国内通用的标准格式，便于系统功能扩充和监测成果的开发利用;软件系统支持其它监测设备数据分析、支持人工巡检记录等。
2.2 设计方案
1）设施布置
外部变形自动化观测系统包括2套子系统：GNSS监测系统和测量机器人监测系统。
（1） 水平位移控制网
水平位移监测控制网由4个基准点组成，采用GNSS手段进行控制网自校核。与测量机器人同轴同基础作为监测系统的基准点。
（2） 大坝水平位移监测
大坝外部水平位移采用测量机器人实现自动化观测。6#～11#共6个坝段布设水平位移测点及垂直位移，并在6#、9#坝段布设GNSS设备与测量机器人相互验证。
（3）上下游库岸
枢纽上下游库岸（即上游引渠边坡、下游渠道边坡）外部水平及垂直位移均采用测量机器人进行自动化监测，共计32个测点。
2）系统网络结构
为保证通讯网络的稳定性，提高网络维护效率，本自动化系统网络结构采用星型结构，即现场各监测点与管理站直接相连，中间不经过任何中转。本系统通讯设备主要采用光纤传输方式，GPS信号和全站仪信号从接收机输出，通过RS232接口连接光纤传输终端。信号经由光纤传输至管理站交换机，并与管理站工控机、服务器形成一个完整的星型局域网。
3）仪器设备及系统软件
本系统主要仪器包括徕卡TM50测量机器人、360棱镜、气象传感器、天宝Alloy、R9s GNSS接收机及天宝Zephyr Geodetic 3大抑径板天线。
系统软件由长江空间信息技术工程有限公司（武汉）开发的测量机器人智能管理系统、徕卡GeoMos软件及天宝Trimble 4D Control监控软件平台组成。该软件具备自动监测、数据处理分析、GNSS系统基线解算及GNSS系统监控和分析等功能。
3 工程应用
南水北调中线渠首陶岔枢纽工程外部变形监测自动化系统于2020年7月31日正式投入试运行，总体来看，大坝坝顶测点观测精度较高，点位中误差在2mm以内;上下游渠坡采用2方向交會或3方向交会监测点的点位中误差在3mm以内。由于此前上下游库岸未布设水平位移测点，故选取9#坝段测量机器人成果与GNSS成果进行对比，点位中误差柱状图、过程线图见图3～图5。
从图中可看出，测量机器人监测系统上下游、左右岸及垂直3个反向的变化量与GNSS监测系统测量规律相符，贴合度较高，表面自动化系统监测成果可靠。
4 结语
南水北调中线渠首陶岔枢纽工程外部变形监测自动化系统采用前方交会法和双测站极坐标法观测，较采用传统单测站极坐标法观测的外观自动化监测，精度更高。测量机器人与GNSS联合观测，除优势互补外可相互验证，既发挥各自优势，又满足精度及成本要求。
该系统实现了坝体、坝肩、以及近坝岸坡的表面变形自动化观测，提高了南水北调工程的高效智能化管理，对大坝安全运行起到十分重要的意义。
参考文献
[1] 何金平.大坝安全监测理论及其应用[M].北京：中国水利水电出版社，2010.
[2] 李灿，柯虎.瀑布沟电站大坝外部变形监测自动化系统设计及应用.水电与新能源，2016.10.003.
关键字：大外部变形;安全监测;自动化;
1 工程概况
陶岔枢纽工程是南水北调工程的渠首，位于河南省淅川县九重乡陶岔村，是丹江口水库的副坝，也是南水北调中线工程的进水闸，其工程等别为I等工程。陶岔渠首闸的主要任务是引水和挡水，兼顾灌溉和发电。陶岔重力坝坝顶高程176.6m，防浪墙顶高程177.8m，最大坝高53.1m，轴线长265m，共分15个坝段。
渠首陶岔枢纽工程外观监测包括坝体水平、垂直位移：坝体水平位移监测通过在坝顶布设引张线和在两岸坝头布设倒垂线来实现;坝体垂直位移监测通过精密水准点来实现。
2 外部变形监测自动化系统设计
2.1 设计原则
基本原则：自动化观测系统具备独立的测记功能，所得到的监测数据分析评价科学快捷，监测成果能够为大坝安全运行及地质灾害预测预报提供依据;
科学合理性原则：监测设备运行稳定，满足连续正常运行需要，监控成果及时可靠;
经济实用性原则：在保证长期可靠有效的前提下，采用最经济的技术方案;操作均采用最简洁的设置，做到直观方便、性能稳定及维护简单;
系统可扩展性原则：系统输出的数据信息采用国际或国内通用的标准格式，便于系统功能扩充和监测成果的开发利用;软件系统支持其它监测设备数据分析、支持人工巡检记录等。
2.2 设计方案
1）设施布置
外部变形自动化观测系统包括2套子系统：GNSS监测系统和测量机器人监测系统。
（1） 水平位移控制网
水平位移监测控制网由4个基准点组成，采用GNSS手段进行控制网自校核。与测量机器人同轴同基础作为监测系统的基准点。
（2） 大坝水平位移监测
大坝外部水平位移采用测量机器人实现自动化观测。6#～11#共6个坝段布设水平位移测点及垂直位移，并在6#、9#坝段布设GNSS设备与测量机器人相互验证。
（3）上下游库岸
枢纽上下游库岸（即上游引渠边坡、下游渠道边坡）外部水平及垂直位移均采用测量机器人进行自动化监测，共计32个测点。
2）系统网络结构
为保证通讯网络的稳定性，提高网络维护效率，本自动化系统网络结构采用星型结构，即现场各监测点与管理站直接相连，中间不经过任何中转。本系统通讯设备主要采用光纤传输方式，GPS信号和全站仪信号从接收机输出，通过RS232接口连接光纤传输终端。信号经由光纤传输至管理站交换机，并与管理站工控机、服务器形成一个完整的星型局域网。
3）仪器设备及系统软件
本系统主要仪器包括徕卡TM50测量机器人、360棱镜、气象传感器、天宝Alloy、R9s GNSS接收机及天宝Zephyr Geodetic 3大抑径板天线。
系统软件由长江空间信息技术工程有限公司（武汉）开发的测量机器人智能管理系统、徕卡GeoMos软件及天宝Trimble 4D Control监控软件平台组成。该软件具备自动监测、数据处理分析、GNSS系统基线解算及GNSS系统监控和分析等功能。
3 工程应用
南水北调中线渠首陶岔枢纽工程外部变形监测自动化系统于2020年7月31日正式投入试运行，总体来看，大坝坝顶测点观测精度较高，点位中误差在2mm以内;上下游渠坡采用2方向交會或3方向交会监测点的点位中误差在3mm以内。由于此前上下游库岸未布设水平位移测点，故选取9#坝段测量机器人成果与GNSS成果进行对比，点位中误差柱状图、过程线图见图3～图5。
从图中可看出，测量机器人监测系统上下游、左右岸及垂直3个反向的变化量与GNSS监测系统测量规律相符，贴合度较高，表面自动化系统监测成果可靠。
4 结语
南水北调中线渠首陶岔枢纽工程外部变形监测自动化系统采用前方交会法和双测站极坐标法观测，较采用传统单测站极坐标法观测的外观自动化监测，精度更高。测量机器人与GNSS联合观测，除优势互补外可相互验证，既发挥各自优势，又满足精度及成本要求。
该系统实现了坝体、坝肩、以及近坝岸坡的表面变形自动化观测，提高了南水北调工程的高效智能化管理，对大坝安全运行起到十分重要的意义。
参考文献
[1] 何金平.大坝安全监测理论及其应用[M].北京：中国水利水电出版社，2010.
[2] 李灿，柯虎.瀑布沟电站大坝外部变形监测自动化系统设计及应用.水电与新能源，2016.10.003.