基于GPS技术的大坝位移监测系统

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1、第25卷第4期增刊仪器仪表学报2004年8月基于GPS技术的大坝位移监测系统何金平施玉群廖文来唐敏(武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072)摘要讨论了利用GPS技术监测大坝位移的基本原理，分析了建立GPS大坝位移监测系统的关键技术问题，介绍了隔河岩大坝位移GPS自动化监测系统和三峡库区滑坡变形GPS监测系统。关键词大坝位移监测GPS集成LargeDamDeformationmonitoringSystemBasedonGPSTechniqueHeJinpingShiYuqunLiaoWenlaiTangMin(Sta

2、teKeyLaboratoryofWaterResourcesandHydropowerEngineeringScience，WuhanUniversity，Wuhan430072，China)AbstractThebasicprincipleofestablishingthedamdeformationmonitoringsystembasedonGPStechniqueisdescribedandthekeytechniquesofestablishingthissystemareanalyzed．Asexamples，thedef

3、ormationautomat—icmonitoringsystembasedonGPSofGeheyanDamandthelandslidesinth、eThreeGorgesReservoirRegionaregiven．KeywordsLargedamDisplacementmonitoringGPSIntegration布在全球的5个地面站组成，包括卫星检测站、主控站1引言和信息注入站。GPS的大坝位移监测用户设备部分主要由GPS数据采集系统、数据传输系统和数据处理系GPS(GlobalPositioningSystem)是以卫

4、星为基础统构成。数据采集系统包括GPS基准站和GPS监测的全球定位系统。美国于1973年开始研制，最初主要站。基准站用于改正GPS监测站的GPS信号误差；监用于军事目的。20世纪80年代末期开始应用于民用，测站用于接收GPS卫星定位信号，以确定监测点位置取得了显著效益。的三维坐标。数据传输系统分有线传输和无线传输，有将GPS技术应用于大坝位移监测，可以解决其他线传输主要用GPS监测站与总控中心的数据传输，无监测手段所不能解决的一些难题，具有重要的理论意线传输主要用于GPS基准站与总控中心的数据传输。义和实用前景。数据处理系统由总控软件、

5、数据自动处理软件、数据管理软件以及大坝安全分析软件等构成。2GPS大坝位移监测的基本原理GPS大坝位移监测点的定位主要有绝对定位和相对定位。绝对定位的精度一般较低，因此，在GPS大基于GPS的大坝位移监测系统主要包括空间星坝位移监测中，应采用相对定位。座、地面监控和大坝监测用户设备等3部分Ⅲ。其中，GPS相对定位是用两台GPS接收机分别安置在空间星座和地面监控部分是用户应用该系统进行定位基线的两端，并同步观测相同的GPS卫星，以确定基的基础，由美国控制的卫星定位系统提供，大坝监测用线端点在协议地球坐标系中的相对位置或基线相量。户设备由用

6、户开发。这里文中的“大坝”，泛指大坝坝这种方法可以推广到多台接收机安置在若干基线的端体、坝基、坝肩以及近坝区库岸。点，通过同步观测GPS卫星以确定多条基线相量的情GPS的空间星座部分由基本上均匀分布在6个况。轨道平面内的24颗卫星组成。地面监控部分主要由分第4期增刊基于GPS技术的大坝位移监测系统4393GPS大坝位移监测的关键技术应用GPS技术监测大坝位移，具有以下明显优点：系统操作简单，数据采集速度快，点位之间无须通视，自动化程度高，观测精度良好；可实现多点同步观测，每个测点能同时获得X、y、z三个方向的位移；系统可全天候、全自动化

7、地稳定工作，特别是在汛期、泄洪等恶劣条件下，系统仍能提供良好的监测数据，在关键时刻为大坝安全和防洪决策提供重要依据。GPS技术在大坝安全监测中的应用尚处于初步阶段，尚有一些关键技术问题需要深入研究。(1)监测精度问题GPS技术系统本身的定位精度是很高的。但由于GPS的巨大军事价值，美国政府人为地对其采用了SA(selectiveavailability)技术，在广播星历和卫星钟频信号中加入误差，使GPS实时定位精度大大降低。因此，GPS大坝监测用户需要设法消除SA所造成的误差。此外，消除多路径误差(由于信号到达天线之前被地面或天线周围的

8、物体反射所引起的误差)、电离层和对流层折射误差(卫星信号从空间到达地球表面的传播需要通过电离层与对流层，受介质影响使电磁波速变化引起的误差)、环境电场误差(坝区大功能发电厂和输电线路引起的误差)等也是需要解