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大壩作為重要的水利基礎設施,其位移情況直接關系到大壩的安全與穩(wěn)定,進而影響著下游人民生命財產(chǎn)安全和社會經(jīng)濟發(fā)展。因此,準確、及時地監(jiān)測大壩位移至關重要。目前,大壩位移監(jiān)測有多種常用技術,每種技術都具備獨t的優(yōu)勢。
一、大地測量技術
技術原理:大地測量技術主要包括水準測量、全站儀測量等。水準測量是利用水準儀建立水平視線,測定兩點間高差,從而得到高程數(shù)據(jù),通過不同時期高程數(shù)據(jù)對比,監(jiān)測大壩垂直位移。全站儀測量則是通過測定角度和距離,確定目標點的三維坐標,以此監(jiān)測大壩的水平和垂直位移。例如,在大壩不同位置設置觀測點,定期使用全站儀測量各點坐標,對比坐標變化來分析大壩位移情況。
優(yōu)勢:首先,大地測量技術具有較高的精度,能夠滿足大壩位移監(jiān)測對精度的嚴格要求。水準測量在垂直位移監(jiān)測方面精度可達毫米級,全站儀測量在水平位移監(jiān)測精度上也能達到較高水平,為準確掌握大壩位移提供可靠數(shù)據(jù)。其次,該技術適用范圍廣,無論是大型混凝土壩還是土石壩,都能進行有效的位移監(jiān)測。而且,其測量結果直觀,易于理解和分析,能夠直接反映大壩各觀測點的位移變化情況。同時,大地測量技術是一種相對成熟的技術,操作人員經(jīng)過專業(yè)培訓后容易掌握,相關設備在市場上也較為常見,便于獲取和維護。
二、GNSS 技術
技術原理:GNSS(全球導航衛(wèi)星系統(tǒng))技術通過接收衛(wèi)星信號,利用衛(wèi)星定位原理確定監(jiān)測點的三維坐標。常見的 GNSS 系統(tǒng)包括 GPS、北斗等。在大壩位移監(jiān)測中,在大壩上安裝 GNSS 接收機,接收機同時接收多顆衛(wèi)星信號,通過解算衛(wèi)星信號傳播時間和衛(wèi)星位置信息,計算出監(jiān)測點的精確坐標,通過不同時段坐標對比監(jiān)測大壩位移。
優(yōu)勢:其一,GNSS 技術可實現(xiàn)實時、連續(xù)監(jiān)測。能夠實時獲取大壩位移數(shù)據(jù),及時發(fā)現(xiàn)位移變化趨勢,為大壩安全預警提供及時信息。其二,該技術不受通視條件限制。不像傳統(tǒng)測量技術需要測量點之間相互通視,在地形復雜、植被茂密等通視困難的大壩區(qū)域,GNSS 技術優(yōu)勢明顯,可靈活設置監(jiān)測點。其三,可進行遠程自動監(jiān)測。通過與通信技術結合,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸和自動采集,減少人工干預,提高監(jiān)測效率,降低人力成本。其四,覆蓋范圍廣,能同時對大壩多個點進行監(jiān)測,全面反映大壩整體位移情況。

三、全站儀自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)
技術原理:全站儀自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)基于全站儀測量技術,通過自動照準、自動測量等功能,實現(xiàn)對大壩變形的自動化監(jiān)測。系統(tǒng)通常由全站儀、反射棱鏡、數(shù)據(jù)采集器、通信設備和軟件系統(tǒng)組成。全站儀按照預設的程序自動對大壩上的反射棱鏡進行測量,采集的數(shù)據(jù)通過通信設備傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心,軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析和處理,得到大壩的位移信息。
優(yōu)勢:該系統(tǒng)實現(xiàn)了自動化監(jiān)測,減少人工觀測的工作量和觀測誤差,提高監(jiān)測的精度和可靠性。能夠按照設定的時間間隔自動進行測量,獲取連續(xù)的位移數(shù)據(jù),及時捕捉大壩位移的微小變化。同時,具備實時報警功能,當監(jiān)測到的位移值超過預設閾值時,系統(tǒng)能及時發(fā)出警報,通知相關人員采取措施,有效保障大壩安全。而且,系統(tǒng)可與其他監(jiān)測系統(tǒng)集成,如與滲流監(jiān)測系統(tǒng)、應力應變監(jiān)測系統(tǒng)等結合,實現(xiàn)對大壩全f位的安全監(jiān)測。
四、遙感技術
技術原理:遙感技術主要包括衛(wèi)星遙感和航空遙感。衛(wèi)星遙感利用衛(wèi)星搭載的傳感器獲取大壩及其周邊區(qū)域的圖像信息,通過圖像處理和分析技術,提取大壩的位移信息。航空遙感則是通過飛機或無人機搭載傳感器進行數(shù)據(jù)采集。例如,合成孔徑雷達(SAR)衛(wèi)星遙感技術,利用雷達波與大壩表面的相互作用,獲取大壩的變形信息。
優(yōu)勢:遙感技術具有大面積同步觀測的能力,可快速獲取大壩整體的位移信息,對大壩進行全面監(jiān)測。能在短時間內(nèi)覆蓋較大范圍,及時發(fā)現(xiàn)大壩可能存在的潛在危險區(qū)域。此外,衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)具有周期性和連續(xù)性,可長期對大壩進行監(jiān)測,分析大壩位移的長期變化趨勢。而且,遙感技術受地面條件限制小,可在惡劣環(huán)境下進行監(jiān)測,如在洪水、地震等災害發(fā)生后,能快速獲取大壩位移情況,為應急決策提供支持。
五、光纖傳感技術
技術原理:光纖傳感技術基于光在光纖中傳播的特性,當光纖受到外界因素(如應變、溫度等)影響時,光的特性(如波長、強度、相位等)會發(fā)生變化。在大壩位移監(jiān)測中,將光纖傳感器埋入大壩內(nèi)部或安裝在大壩表面,當大壩發(fā)生位移時,光纖受到應變作用,通過檢測光信號的變化,獲取大壩的位移信息。例如,光纖布拉格光柵傳感器,當大壩變形時,光柵周期發(fā)生變化,導致反射光波長改變,通過監(jiān)測波長變化實現(xiàn)對大壩位移的監(jiān)測。
優(yōu)勢:光纖傳感技術具有高精度、高靈敏度的特點,能夠檢測到微小的位移變化。其抗電磁干擾能力強,適合在大壩復雜的電磁環(huán)境下工作。而且,光纖傳感器可分布式安裝,實現(xiàn)對大壩內(nèi)部和表面的連續(xù)監(jiān)測,全面了解大壩的位移分布情況。同時,光纖傳感技術耐久性好,使用壽命長,減少了傳感器更換和維護的成本。
大壩位移監(jiān)測的各種常用技術都有其獨t優(yōu)勢。在實際應用中,通常會根據(jù)大壩的類型、規(guī)模、地形條件、監(jiān)測目的等因素,綜合選擇多種技術,構建全面、高效的大壩位移監(jiān)測體系,確保大壩的安全穩(wěn)定運行。
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