水電工程施工測(cè)量及變形監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

彭 彬 中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410014

水利水電工程測(cè)量是工程測(cè)量里重要的組成部分，也就是說(shuō)其是專門為水利水電工程建設(shè)來(lái)服務(wù)的一門專業(yè)性非常強(qiáng)的學(xué)科。在實(shí)際測(cè)量中，我們可以按照工程建設(shè)的規(guī)程規(guī)范嚴(yán)格執(zhí)行。水利水電工程測(cè)量在工程建設(shè)不同時(shí)期可分為規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的測(cè)量，施工建設(shè)階段的測(cè)量以及運(yùn)營(yíng)管理階段的測(cè)量，下面就對(duì)水電工程施工測(cè)量及變形監(jiān)測(cè)技術(shù)做進(jìn)一步分析。

1 地形測(cè)量

我們?cè)趯?duì)水電工程施工進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，同時(shí)也會(huì)涉及到地形方面的測(cè)量，地形測(cè)量就是指在測(cè)量中，對(duì)地形圖的測(cè)繪作業(yè)工作，簡(jiǎn)言之就是對(duì)地球表面的物體以及地形地貌進(jìn)行測(cè)繪，按照一定的比例將所測(cè)設(shè)的物體投影到水平面上，然后用統(tǒng)一規(guī)定的符號(hào)以及注記方式表示，最終繪制成為一定比例尺的地形圖?，F(xiàn)階段隨著全站儀和計(jì)算機(jī)等技術(shù)的普及和應(yīng)用，在測(cè)量這方面，我們可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化測(cè)圖的開(kāi)發(fā)和研究，并最終繪制出數(shù)字化模型圖。利用三維數(shù)字地形的測(cè)繪技術(shù)，現(xiàn)階段已經(jīng)是數(shù)字化地形測(cè)繪技術(shù)的主流方向?，F(xiàn)在的電子平板模式，還有數(shù)字測(cè)記模式以及數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量模式是數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的主要三種作業(yè)模式。電子平板的模式，這種模式主要是需要應(yīng)用到全站儀，便攜機(jī)，還有地形圖繪圖軟件，而電子平板模式的作業(yè)方式有測(cè)站模式，和鏡站模式兩種。這個(gè)方法的特點(diǎn)就是通過(guò)模擬傳統(tǒng)的白紙測(cè)圖方法進(jìn)行測(cè)繪成圖，該方法不僅有作業(yè)直觀，無(wú)需編碼的優(yōu)勢(shì)，而且在測(cè)繪中還不容易產(chǎn)生錯(cuò)漏，但是便攜機(jī)的電池使用時(shí)間是非常短的，與之相對(duì)的是攜帶笨重，而且操作的穩(wěn)定性非常差，其工作的地點(diǎn)比較適合在平坦的地區(qū)，或者是城鎮(zhèn)地區(qū)的地形圖測(cè)繪，而不適合在環(huán)境條件非常惡劣的地方進(jìn)行水利水電工程地形圖測(cè)繪工作。數(shù)字化測(cè)記模式基本上是選擇用全站儀和帶有地區(qū)編碼的地形圖內(nèi)業(yè)繪圖軟件結(jié)合野外作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)繪制草圖而最終成圖的。在實(shí)際應(yīng)用中，它適合在各類的環(huán)境中用數(shù)字化測(cè)記模式進(jìn)行地形圖測(cè)繪，但存在的缺點(diǎn)就是其作業(yè)不直觀，而且測(cè)量的點(diǎn)號(hào)和草圖的點(diǎn)號(hào)有可能會(huì)產(chǎn)生不一致的問(wèn)題，很容易產(chǎn)生這一地區(qū)的物體被錯(cuò)漏，由于這些客觀因素的存在，就導(dǎo)致了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)繪制草圖的人員要求較高。在數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量模式這方面，現(xiàn)在各個(gè)單位都是選用全站儀、掌上測(cè)圖系統(tǒng)以及地形圖內(nèi)業(yè)繪圖軟件。采用這種測(cè)繪方式就可以非常好的克服筆記本電腦，還有電子平板的缺點(diǎn)，能夠充分發(fā)揮筆記本電腦，還有電子手薄以及掌上平板的優(yōu)點(diǎn)，這些電子軟件不僅有可視化的界面，還有比較人性化的設(shè)計(jì)，而且其操作非常簡(jiǎn)單、攜帶方便，最主要的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性非常強(qiáng)，所以是目前非常理想的野外測(cè)繪數(shù)據(jù)采集和成圖的工具。

2 變形監(jiān)測(cè)的技術(shù)分析

在水電工程施工測(cè)量中，為了了解大壩及其設(shè)施在施工階段及運(yùn)行期間變形趨勢(shì)，分析大壩周邊邊坡穩(wěn)定性，確保大壩及其設(shè)施安全運(yùn)行，必須對(duì)其定期不間斷永久監(jiān)測(cè)。變形監(jiān)測(cè)在水電工程施工測(cè)量中的地位是非常重要的，同時(shí)應(yīng)用也是非常廣泛的。變形監(jiān)測(cè)的方法也被稱為變形測(cè)量，顧名思義，就是針于對(duì)變形的物體進(jìn)行測(cè)量的技術(shù)方法，通過(guò)這種變形測(cè)量的方式來(lái)確定它的空間位置，還有物體內(nèi)部的形態(tài)變化特征。在水利水電工程變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中，主要有基準(zhǔn)網(wǎng)的測(cè)量，工作基點(diǎn)的測(cè)量，變形體的變形監(jiān)測(cè)，以及監(jiān)測(cè)資料處理，變形體的變形趨勢(shì)分析等內(nèi)容，現(xiàn)階段各個(gè)單位常用的變形監(jiān)測(cè)的方法有大地的測(cè)量法，基準(zhǔn)線的測(cè)量法以及液體靜力水準(zhǔn)的測(cè)量方法，在實(shí)踐檢驗(yàn)中，其作用效果都是非常突出的，不僅測(cè)量的精度高，而且操作上也簡(jiǎn)便，下面就以上的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行分析探討。

2.1 大地測(cè)量的方法

大地測(cè)量的方法在實(shí)際的應(yīng)用中是變形監(jiān)測(cè)中的經(jīng)典方法，也是其及重要的方法，大地測(cè)量方法所采用的主要儀器設(shè)備有精密電子水準(zhǔn)儀和精密全站儀兩種，其測(cè)量的方法有三角測(cè)量法，幾何水準(zhǔn)測(cè)量法，還有交會(huì)測(cè)量法以及邊角測(cè)量法和三角高程測(cè)量法等。大地測(cè)量方法一般都是應(yīng)用常規(guī)的大地測(cè)量，其不僅理論方法非常成熟，而且采集的數(shù)據(jù)也非?？煽?。但也存在一定缺陷，比如受地形條件影響，導(dǎo)致布網(wǎng)困難，花費(fèi)人力物力較大;受環(huán)境氣候因素影響，導(dǎo)致觀測(cè)速度過(guò)慢，花費(fèi)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，同時(shí)在測(cè)量過(guò)程當(dāng)中測(cè)量人員野外采集數(shù)據(jù)勞動(dòng)強(qiáng)度較大，由于存在這些不利因素導(dǎo)致了其測(cè)量的精度很容易受到影響，因此其自動(dòng)化和智能化水平程度相對(duì)來(lái)說(shuō)是非常低的。

2.2 基準(zhǔn)線測(cè)量的方法

基準(zhǔn)線測(cè)量方法，在水平位移變形監(jiān)測(cè)中是非常實(shí)用的一種方法，對(duì)土石壩，重力壩，還有支墩壩等這些直線形的大壩的壩體變形監(jiān)測(cè)，我們一般都是采用引張線法、真空激光準(zhǔn)直法以及垂線法來(lái)進(jìn)行觀測(cè)和測(cè)量，如果大壩壩體整體長(zhǎng)度比較短，我們就可以采用視準(zhǔn)線法，還有大氣激光準(zhǔn)直法來(lái)進(jìn)行觀測(cè)。對(duì)于拱壩壩體的壩基部分，我們現(xiàn)在主要應(yīng)用的是垂線法，或者是大地測(cè)量法進(jìn)行觀測(cè)和測(cè)量，而對(duì)于那些近壩區(qū)的巖體，高邊坡，滑坡體的水平位移的監(jiān)測(cè)，我們主要選擇用大地測(cè)量法，還有視準(zhǔn)線法以及垂線法來(lái)進(jìn)行觀測(cè)。這就是基準(zhǔn)線測(cè)量的方法所使用的一般情況，為了在實(shí)踐中大家能熟練的應(yīng)用這些方法，所以對(duì)這方面的技術(shù)要點(diǎn)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)一定要進(jìn)行反復(fù)的研究和探討。

2.3 液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量的方法

在垂直位移監(jiān)測(cè)技術(shù)中，我們實(shí)際應(yīng)用的主要有水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)，還有三角高程測(cè)量技術(shù)，以及液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)，而現(xiàn)在發(fā)展最快的就是液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)。液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)在實(shí)踐應(yīng)用中，其特別適合應(yīng)用在對(duì)壩體廊道內(nèi)的高程觀測(cè)，還有對(duì)高程傳遞的測(cè)量，在這個(gè)過(guò)程中，其可以通過(guò)各種各樣的傳感器，對(duì)測(cè)量容器的液面高度進(jìn)行有效的測(cè)量，而且還能同時(shí)獲得數(shù)十個(gè)，甚至數(shù)百個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)，在實(shí)際工作中，其不僅具有精度高、可以遙測(cè)以及自動(dòng)化，而且還可以移動(dòng)和持續(xù)對(duì)測(cè)量的物體進(jìn)行測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)我們還可以通過(guò)一種壓力傳感器，讓兩容器之間的高低差從過(guò)去的數(shù)厘米達(dá)到了現(xiàn)在的數(shù)米。另一個(gè)方面，我們?cè)谒逻M(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，在傳統(tǒng)的水下測(cè)量中，一般的情況下我們都用經(jīng)緯儀，電磁波測(cè)距儀，還有標(biāo)尺和標(biāo)桿等工具，在定位的時(shí)候我們可以通過(guò)斷面法，或者是極坐標(biāo)法以及交會(huì)法等。在確定要測(cè)量物體的位置的時(shí)候，我們?cè)偻ㄟ^(guò)測(cè)深桿和測(cè)深錘等工具，對(duì)水深的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的采集，但是這種方法在實(shí)際的應(yīng)用中其效率非常的低，而且誤差也非常的大。近些年來(lái)，隨著我們國(guó)家衛(wèi)星定位技術(shù)的快速發(fā)展，例如說(shuō)DGPS，GPSRTK，還有CORS 等系統(tǒng)，采用這先進(jìn)技術(shù)和多波束測(cè)深儀的配合，現(xiàn)在已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。DGPS 的技術(shù)應(yīng)用原理是先通過(guò)某已知點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，然后通過(guò)基準(zhǔn)點(diǎn)的GPS 接收機(jī)，對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行連續(xù)接收的工作，然后再和已知點(diǎn)的位置進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而可以確定測(cè)量中的當(dāng)時(shí)的誤差的偽距修正值，然后再把這些數(shù)據(jù)值進(jìn)行修正處理，最后通過(guò)無(wú)線電臺(tái)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行接收處理，用戶就可以通過(guò)接收機(jī)接收這些修正的值，進(jìn)而對(duì)測(cè)量誤差來(lái)進(jìn)行GPS 信號(hào)的校準(zhǔn)處理。就目前而言，GPSRTK 和CORS 系統(tǒng)的定位精度，通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證已達(dá)到了厘米級(jí)的定位精度，這個(gè)精度單位在測(cè)量領(lǐng)域來(lái)說(shuō)應(yīng)該是一個(gè)比較大的進(jìn)步，經(jīng)過(guò)多年的實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在已經(jīng)能夠做到對(duì)潮水實(shí)時(shí)無(wú)驗(yàn)的測(cè)量，這個(gè)水平已經(jīng)是非常先進(jìn)的了，比如說(shuō)對(duì)大面積的水下地形的測(cè)量，還有一些水下的考古發(fā)掘，以及未知海域下層的測(cè)量工作時(shí)，和傳統(tǒng)測(cè)量方法相比較，可以大大的縮短工作的周期，在很大程度上減輕了勞動(dòng)的強(qiáng)度。所以這個(gè)技術(shù)的這些優(yōu)點(diǎn)在以后的發(fā)展中是有著非常重要意義的。

3 總結(jié)

上文充分地對(duì)水電工程施工測(cè)量方法的分析，尤其是在變形監(jiān)測(cè)技術(shù)方面，對(duì)各種新技術(shù)的分析，大家對(duì)水電工程施工測(cè)量及變形監(jiān)測(cè)技術(shù)一定有了更深的了解，通過(guò)閱讀我們知道，未來(lái)的測(cè)量方法是依靠著先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的，所以我們?cè)谝院蟮膽?yīng)用中，一定要多研究多探討，進(jìn)而推動(dòng)我們國(guó)家的水電工程施工測(cè)量及變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展。

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