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摘要：水是生命之源、生产之要、生态之基。水库是我国防洪广泛采用的工程措施之一。水库能拦蓄洪水，削减下游河道的洪峰流量，达到减免洪水灾害的目的。作为水库三大件之一的大坝，长时间处于高压运行下不可避免会发生表面变形，影响工程安全，严重时会导致灾难。为预防坝面变形问题，早期采用人工观测探查隐患，费时费力且可靠性低。本文旨在探究切实有效的大坝表面变形自动化监测技术及其实际应用，以保障水利水电工程工作稳定性。
关键词：水利水电;大坝;变形检测，应用技术
1常见大坝表面变形情况
通过对正在运行的大坝工程监测结果进行分析，可以发现其坝面普遍存在以下变形问题。第一：坝面水平位移。水利水电工程中大坝填筑高程增加时坝面位移也会增加，证明坝面发生变形。坝的水平位移变形特征受上下游流向及水库水位变化的影响。第二：坝面沉降。坝体填筑高程还会影响各测点沉降。填土高程增大，各测点沉降量也增大，但沉降量从中部向两岸呈减小趋势，沉降速率则随填筑时间的推移而减小。同时，沉降情况还受海拔、水位上升等因素影响。
2水利水电工程中大坝表面变形监测自动化应用技术
2.1垂线系统
垂线法是一种简单、有效、可靠的水工建筑物表面位移和内部位移观测方法。主要优点是技术成熟、稳定;高精度（±0.1mm）;受外界因素影响小，可靠性好。主要缺点是需要在建筑物内钻孔，可能对建筑物产生一定影响，施工要求高。
2.2 GeoMoS现代监测和分析软件
GeoMoS是早期自动化监测和分析软件，通过连接各类测量传感器（如TM50、温度和压力传感器、GPS等），能够完成自动监测、变形测量、滑坡和沉降测量等监测任务。GeoMoS软件主要包括监测和分析两部分，可在计算机上运行。
2.3 GNSS自动化监测系统
全球导航卫星系统（简称GNSS）能够通过卫星进行实时定位和导航。GNSS系统以美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧洲伽利略、中国北斗卫星导航系统等为基础[3]，广泛应用于国内外水利水电工程中的大坝表面变化监测工作。其主要由参考站、监测站、通信系统、供电系统、计算机及数据管理、处理和分析软件组成。优点是全方位、全天候、全时、高精度且受天气影响较小，缺点是受地形条件影响较大。
2.4测量机器人与测量机器人监测站综合控制系统
测量机器人可代替基本人工，监测精度高，被广泛应用于水利水电工程中大坝表面变形监测。当测量机器人启动ATR自动测量时，如果全站仪CCD摄像机视场中没有棱镜，则首先进行目标搜索。一旦视野中有棱镜，应进入目标对准过程。在达到允许的对准精度后，应开始距离和角度测量，并使用GeoMoS软件进行计算和分析。主要优点为能够进行24小时无人化观测;实时统合监测结果并进行超限报警，更加稳定可靠，而缺点是其仪器成本高，恶劣天气下观测值可靠性低或干脆无法正常运行。目前新一代的测量机器人在性能指标上有了极大提升，并增加了高频广角摄像机和高分辨率望远镜摄像机，更加准确高效。
在此基础上开发出的“测量机器人监测站综合控制系统”，通过综合调控能够在一定程度上降低外部环境对测量机器人的影响。测量任务完成后也能为测量机器人提供庇护，同时满足现场防盗、防雷、防砸精密仪器对环境稳定的要求。
2.5高精度智能全站仪自动化监测系统
高精度智能全站仪集目标识别、瞄准、测角测距、目标跟踪、记录自动化于一体。用于大坝监测时，全站仪安装在带观测墩的观测室，气象传感器安装在观测室附近，棱镜安装在基准点和监测点，计算机安装在监测中心。观测室内的全站仪可直接由220V或太阳能供电。最后，所有监测数据信息通过通信电缆实时传回计算机，经过监测软件的数据处理和分析后，将监测结果存储起来，实现网络发布。整个监控过程可实现全天无人值守连续实时监控。系统只需要全站仪与参考点和监测点之间的通视性。它具有成本低、精度高、可靠性高、实时性强、连续性强等优点。在大坝变形监测中取得了良好的效果。
2.6展望水利水电工程中大坝表面变形监测自动化应用技术的未来
纵观国内外现有的变形监测自动化技术，都停留在自动监测阶段，没有考虑智能监测、最优环境识别、精密仪器的现场保护等问题，且普遍建设和应用成本高昂。鉴于此，有必要研究变形监测自动测量方法、监测方案、仪器现场保护、自动控制以及监测数据的实时采集、分析和处理。
3大坝等重要建筑物变形监测应用
3.1变形观测网建设及改造
大坝监测的土建部分主要内容包括基准点和工作基点新建、改造，变形监测点新建、改造等工作。基准点和工作基点的原则是：选位合理，标体坚固，利于保存，便于观测。主要内容如下：
1）施工图纸会审，对垫层高度、混凝土强度等级、柱石外形、钢筋尺寸等情况进行详细交底。
2）施工技术确认，确定强制对中基座、水准标志、混凝土标号、土方开挖尺寸深度、钢筋骨架形状与尺寸等，对于不便选址的区域，水平位移变形观测采用三联脚架法;
3）施工安全强调;
3.2平面网联测
平面网测量包括基准点、工作基点和水平位移监测点的平面坐标测量。根据项目需要，可参考基准点采用B级GNSS静态观测，工作基点采用C级GNSS静态观测;水平位移监测点使用全站仪采用双测站极坐标法观测。
作业的关键点如下：
1）B级GNSS网观测时间要大于23小时，且开机时间既不能早于8点且不能晚于9点。
2）高精度的观测应选用精度高的仪器设备进行观测，且型号应尽量一致，否则会因设备系统误差影响观测精度;高精度观测受外界条件影响较大，例如周围的遮挡物，即便增加时长也不会提高很大精度。
3）采用三脚架进行监测点的平面位移观测，其精度很难保证，降低撑杆的高度有助于提高精度。
4）因高斯投影变形影响，GNSS静态测量成果与全站仪测得距离有差值，并且离中央子午线越远、边长越长，影响越大，因此水平位移监测点观测时要考虑距离改化。
5）水平位移监测点观测时，因逆光无法观测，需要选择合适的时间進行观测，且6个方向应尽量均匀分布，如果监测点均在一条直线上，可能会导致观测精度降低。
6）若需进行基网复测，应采用相同的方法观测、相同的网型进行平差解算。
3.2高程网测量
关键建筑物的初始值提供应采用高等级水准网，有条件可采用一等水准观测方法进行。
高程异常值通常是采用重力测量来获得，但是，当测点的大地高H采用高等级GNSS观测获取，H常通过高等级水准测量获得时，该点的高程异常值ξ可以认为是较为精确的高程异常值。
水准观测中需要注意的问题
1）水准网观测时受气象条件影响严重，日出日落前半小时、中午前后2小时观测时，确实会导致精度降低;晴天、雾大、风大的天气均会影响观测质量。但阴天中午也可以观测，且精度较好。
2）线路经过软土时，一定要采用尺桩。
3）观测时要严格执行规范要求，如每一测段上下午分开、测段之间测站数为偶数、往返测标尺互换等，可以有效消除多种系统误差。
4结语：
变形监测是保证工程安全稳定的一项基础技术。目前，社会飞速发展带来的能源方面的需求正在不断推动着其向自动化方向转变，以期进一步降低人这一主体的压力与负担，简化监测流程。当然在实际中，现有的变形监测自动化技术还存在着一定的局限性，这也要求我们不断研发改进，让其可以发挥更高价值。
参考文献
[1]程淑芬，李运良，钟辉.老坝表面变形监测自动化改造方案研究——以浪详水电站和岩寨水电站为例[J].红水河，2021，40（04）：61-65.
[2]张明晶.横泉水库大坝表面位移变形自动化监测系统应用与分析[J].山西水利科技，2020（03）：65-66+69.
关键词：水利水电;大坝;变形检测，应用技术
1常见大坝表面变形情况
通过对正在运行的大坝工程监测结果进行分析，可以发现其坝面普遍存在以下变形问题。第一：坝面水平位移。水利水电工程中大坝填筑高程增加时坝面位移也会增加，证明坝面发生变形。坝的水平位移变形特征受上下游流向及水库水位变化的影响。第二：坝面沉降。坝体填筑高程还会影响各测点沉降。填土高程增大，各测点沉降量也增大，但沉降量从中部向两岸呈减小趋势，沉降速率则随填筑时间的推移而减小。同时，沉降情况还受海拔、水位上升等因素影响。
2水利水电工程中大坝表面变形监测自动化应用技术
2.1垂线系统
垂线法是一种简单、有效、可靠的水工建筑物表面位移和内部位移观测方法。主要优点是技术成熟、稳定;高精度（±0.1mm）;受外界因素影响小，可靠性好。主要缺点是需要在建筑物内钻孔，可能对建筑物产生一定影响，施工要求高。
2.2 GeoMoS现代监测和分析软件
GeoMoS是早期自动化监测和分析软件，通过连接各类测量传感器（如TM50、温度和压力传感器、GPS等），能够完成自动监测、变形测量、滑坡和沉降测量等监测任务。GeoMoS软件主要包括监测和分析两部分，可在计算机上运行。
2.3 GNSS自动化监测系统
全球导航卫星系统（简称GNSS）能够通过卫星进行实时定位和导航。GNSS系统以美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧洲伽利略、中国北斗卫星导航系统等为基础[3]，广泛应用于国内外水利水电工程中的大坝表面变化监测工作。其主要由参考站、监测站、通信系统、供电系统、计算机及数据管理、处理和分析软件组成。优点是全方位、全天候、全时、高精度且受天气影响较小，缺点是受地形条件影响较大。
2.4测量机器人与测量机器人监测站综合控制系统
测量机器人可代替基本人工，监测精度高，被广泛应用于水利水电工程中大坝表面变形监测。当测量机器人启动ATR自动测量时，如果全站仪CCD摄像机视场中没有棱镜，则首先进行目标搜索。一旦视野中有棱镜，应进入目标对准过程。在达到允许的对准精度后，应开始距离和角度测量，并使用GeoMoS软件进行计算和分析。主要优点为能够进行24小时无人化观测;实时统合监测结果并进行超限报警，更加稳定可靠，而缺点是其仪器成本高，恶劣天气下观测值可靠性低或干脆无法正常运行。目前新一代的测量机器人在性能指标上有了极大提升，并增加了高频广角摄像机和高分辨率望远镜摄像机，更加准确高效。
在此基础上开发出的“测量机器人监测站综合控制系统”，通过综合调控能够在一定程度上降低外部环境对测量机器人的影响。测量任务完成后也能为测量机器人提供庇护，同时满足现场防盗、防雷、防砸精密仪器对环境稳定的要求。
2.5高精度智能全站仪自动化监测系统
高精度智能全站仪集目标识别、瞄准、测角测距、目标跟踪、记录自动化于一体。用于大坝监测时，全站仪安装在带观测墩的观测室，气象传感器安装在观测室附近，棱镜安装在基准点和监测点，计算机安装在监测中心。观测室内的全站仪可直接由220V或太阳能供电。最后，所有监测数据信息通过通信电缆实时传回计算机，经过监测软件的数据处理和分析后，将监测结果存储起来，实现网络发布。整个监控过程可实现全天无人值守连续实时监控。系统只需要全站仪与参考点和监测点之间的通视性。它具有成本低、精度高、可靠性高、实时性强、连续性强等优点。在大坝变形监测中取得了良好的效果。
2.6展望水利水电工程中大坝表面变形监测自动化应用技术的未来
纵观国内外现有的变形监测自动化技术，都停留在自动监测阶段，没有考虑智能监测、最优环境识别、精密仪器的现场保护等问题，且普遍建设和应用成本高昂。鉴于此，有必要研究变形监测自动测量方法、监测方案、仪器现场保护、自动控制以及监测数据的实时采集、分析和处理。
3大坝等重要建筑物变形监测应用
3.1变形观测网建设及改造
大坝监测的土建部分主要内容包括基准点和工作基点新建、改造，变形监测点新建、改造等工作。基准点和工作基点的原则是：选位合理，标体坚固，利于保存，便于观测。主要内容如下：
1）施工图纸会审，对垫层高度、混凝土强度等级、柱石外形、钢筋尺寸等情况进行详细交底。
2）施工技术确认，确定强制对中基座、水准标志、混凝土标号、土方开挖尺寸深度、钢筋骨架形状与尺寸等，对于不便选址的区域，水平位移变形观测采用三联脚架法;
3）施工安全强调;
3.2平面网联测
平面网测量包括基准点、工作基点和水平位移监测点的平面坐标测量。根据项目需要，可参考基准点采用B级GNSS静态观测，工作基点采用C级GNSS静态观测;水平位移监测点使用全站仪采用双测站极坐标法观测。
作业的关键点如下：
1）B级GNSS网观测时间要大于23小时，且开机时间既不能早于8点且不能晚于9点。
2）高精度的观测应选用精度高的仪器设备进行观测，且型号应尽量一致，否则会因设备系统误差影响观测精度;高精度观测受外界条件影响较大，例如周围的遮挡物，即便增加时长也不会提高很大精度。
3）采用三脚架进行监测点的平面位移观测，其精度很难保证，降低撑杆的高度有助于提高精度。
4）因高斯投影变形影响，GNSS静态测量成果与全站仪测得距离有差值，并且离中央子午线越远、边长越长，影响越大，因此水平位移监测点观测时要考虑距离改化。
5）水平位移监测点观测时，因逆光无法观测，需要选择合适的时间進行观测，且6个方向应尽量均匀分布，如果监测点均在一条直线上，可能会导致观测精度降低。
6）若需进行基网复测，应采用相同的方法观测、相同的网型进行平差解算。
3.2高程网测量
关键建筑物的初始值提供应采用高等级水准网，有条件可采用一等水准观测方法进行。
高程异常值通常是采用重力测量来获得，但是，当测点的大地高H采用高等级GNSS观测获取，H常通过高等级水准测量获得时，该点的高程异常值ξ可以认为是较为精确的高程异常值。
水准观测中需要注意的问题
1）水准网观测时受气象条件影响严重，日出日落前半小时、中午前后2小时观测时，确实会导致精度降低;晴天、雾大、风大的天气均会影响观测质量。但阴天中午也可以观测，且精度较好。
2）线路经过软土时，一定要采用尺桩。
3）观测时要严格执行规范要求，如每一测段上下午分开、测段之间测站数为偶数、往返测标尺互换等，可以有效消除多种系统误差。
4结语：
变形监测是保证工程安全稳定的一项基础技术。目前，社会飞速发展带来的能源方面的需求正在不断推动着其向自动化方向转变，以期进一步降低人这一主体的压力与负担，简化监测流程。当然在实际中，现有的变形监测自动化技术还存在着一定的局限性，这也要求我们不断研发改进，让其可以发挥更高价值。
参考文献
[1]程淑芬，李运良，钟辉.老坝表面变形监测自动化改造方案研究——以浪详水电站和岩寨水电站为例[J].红水河，2021，40（04）：61-65.
[2]张明晶.横泉水库大坝表面位移变形自动化监测系统应用与分析[J].山西水利科技，2020（03）：65-66+69.