南水北调中线洺河渡槽安全监测设计关键技术探讨
□武明海
【摘 要】针对南水北调中线一期工程总干渠洺河渡槽的构造和所处地形环境的特点，在洺河渡槽安全监测优化设计的基础上，采用光纤传感器、GPS一机多天线、多层控制合一、精密全站仪差分和内外部变形相结合等新技术新方法，综合探讨由效应量和环境量造成该渡槽变形的自动化监测分布规律，重点在渡槽安全监测自动化的实现。 【期刊名称】河北水利 【年(卷),期】2017(000)002 【总页数】2
【关键词】优化设计;安全监测;变形监测
洺河渡槽是南水北调中线一期工程总干渠的一座大型河渠交叉建筑物。跨河渡槽每跨长40.0m，加大流量为250m3/s。洺河渡槽安全监测包括变形监测，环境量监测，渗流监测、应力、应变及温度监测和专项监测。洺河渡槽安全监测系统包含2个层次，即1个闸管理所工作站(现场操作工房部分)和1个现地监测站。闸管所工作站以及现地监测站将人工观测数据、巡视检查等信息输入到计算机内，并通过计算机网络依次传至闸管处工作站、分公司安全监测中心、总公司安全监测中心。洺河渡槽的渗流监测和应力、应变及温度等监测要并入洺河渡槽工程安全监测系统，以便监测数据进行相互验证及作用量和效应量关系的分析。数据采集、传输和处理的三大部分采用局域网联成一个有机的自动化系统。
1.外部安全监测的优化设计
1.1 零类设计
零类设计其含义为基准设计，是解决参考系的问题，或者说是监测网的定位，即为固定参数A,P和待定参数方差—协方差矩阵（QXX）及X，选择一个最优的参考系；就是在控制网的网型和观测值的先验精度已知的情况下，选择合适的起始数据，使网的精度最高。GPS监测网的零类设计优化包括位置基准优化、方位基准优化和尺度基准优化。在选择联测点时，既充分参考利用了旧资料，又顾及了新建的高精度网不受旧资料精度较低的影响，因此通过联测原系统的2个控制点，方位基准由GPS基准网中的MJ4和MJ3基线向量的方位确定，位置基准由GPS基准网中的MJ4确定（该点为基岩点），尺度基准由ME5000(0.2mm+0.2ppm×D)电磁波测距仪测定MJ3—MJ4边长确定。由MJ1、MJ2、MJ3和MJ4基准点可构成一个大地四边形，这样高精度独立监测网的基准就形成了。 1.2 一类设计优化
一类设计其含义为图形结构设计，是解决监测网的图形问题，其方法是固定参数为P、QXX，待定参数为A；是在考虑到进行的专用二级网精度观测值和未知数的准则矩阵已定的情况下，选择一个最优的点位布置和一个最优的观测方案设计。包括最合理的观测值数目。在渡槽及相关建筑物上布设变形监测点88个。对洺河一个变形特征点，想选择一个最优的点位布置，可选择的空间很小，只能在观测方案中进行优选。测区内相邻点间距在30m～650m之间。就此特殊情况把88个变形监测点按照在全测区相对均匀分布的特性南北方向共可分成4块，每1块22个观测点。
当变形监测点采用8个在一个同步环监测方案时，每一个同步环观测时在每1
块中选2个变形监测点，4块共计选取8个变形监测点和基准点4个可构成一个同步大地十二边形，相邻点间距最短为232m；同样的顺序为由南向北，共可形成11个大地十二边形，对其叠加与基准网共同可形成整体监测网。
当Qxx的对角线元素为qXX、qYY、qZZ以及qtt表示未知数估值的协因数时： 几何图形强度因子限制为 位置图形强度因子限制为 1.3 二类设计优化
二类设计其含义为权设计。固定参数是A,Qxx待定参数为P。即在控制网的网形和网的精度要求已定的情况下进行观测工作量的最佳分配（权分配），决定其观测值的精度（权），使各种观测手段得到合理组合。
若有R台接收机同步观测，则有（R-1）条独立基线，对它们方差—协方差阵： 其特点是各条基线向量之间相关，同步观测得到的观测值协方差阵是一满阵，因而其权阵也是一满阵：
但由多组（i=2，3，…，n）同步观测得到的全体基线向量协方差阵仍是似对角阵，因而权阵也是似对角阵
为取得好得平差结果，通过各种预平差（不同种类观测）合理地取出了各类观测的实际中误差，此外还通过网的优化设计观测的权得到了最佳的匹配。 1.4 可靠性指标
监测网的可靠性分内部可靠性和外部可靠性,是指监测网能够发现观测值中存在的粗差和抵抗残存粗差对平差结果的影响能力。 内部可靠性：
式中，σ0为方差因子，δ0为非中心化参数，由显著水平α0和检验功效β0表
南水北调中线洺河渡槽安全监测设计关键技术探讨
