談江新聯圍加固工程安全監測系統的應用

尹庚安

（江門市江新聯圍管理處，廣東 江門 529040）

1 工程概況

江新聯圍屬2級堤防，是廣東省珠江三角洲五大重點堤圍之一，工程防洪標準50年一遇，防潮標準100年一遇，是江門市最重要的防洪屏障。由11個沿蓬江區、江海區、新會區的西江和潭江沿岸中、小堤圍組成，永久性建筑物（水閘、電排站）為2級建筑物，次要建筑物為3 級。干堤原長91.76 km，經加固為91.04 km，集雨面積545.60 km2。

江新聯圍管理處通過實施江新聯圍加固工程安全監測項目，建立江新聯圍CORS基站網，并進行GPS聯測和水準測量，確定平面坐標和高程，形成獨立、完整的江新聯圍大堤GPS控制網。其安全監測系統成果數據接入到江新聯圍信息化系統平臺。建設GPS基點為64座（包括軟基GPS點21座、普通GPS點43座），三等水準測量，新建CORS信號基站3座并與原來江新聯圍防汛物資儲備中心的CORS基站組建成CORS基站網。

2 GPS基點布設分析

2.1 基點布設標準

根據《國家GPS規范》規定，利用全球定位系統（GPS）按靜態、快速靜態定位原理，建立測量控制網［簡稱（GPS）控制網］、等級劃分和作業方法。江新聯圍是2 級堤圍，屬大型水利工程，按照三等水準測量要求，根據表1《國家規范》規定的GPS測量精度四等GNSS，GPS點位3至5 km分布。

表1 《國家規范》規定的GPS測量精度分級表

2.2 基點布設方案

根據《國家規范》規定的GPS 測量精度分級和GPS（四等GNSS）點布設標準，在距離3至5 km的距離應布設1個控制點。江新聯圍位于東經112°55′～113°11′，北緯22°24′～22°27′，總長91.04 km，呈帶狀地形。干堤穿堤建筑物有水閘45 座涵竇109座，交通旱閘28座，圍內有電排站49座。以軟基GPS控制點構建三角網觀測基線，形成最優的軟基GPS 控制網布設方案。因此，江新聯圍按所屬行政區域分為三段，蓬江區段：樁號0+000～21+922 長度21.93 km，布設5 個軟基GPS 點。江海區段：樁號21.922～35+330 長度13.41 km，布設3 個軟基GPS點。新會區段：樁號35+330～91+035長度55.71 km，布設13個軟基GPS點。

2.3 CORS基站網布設方案

項目CORS 基站選址原則以江新聯圍干堤覆蓋率為100%，基站15 km半徑范圍為有效信號區域，具體選址原則如下：①基站遠離大面積水體地帶和高聳建筑物，且距離200 m以上；②有以上衛星的通視地平高度大于10°為宜；③200 m范圍內不應有電磁干擾信號，如雷擊區、高壓電（線）塔、無線電發射臺和微波站；④避開容易產生振動或搖晃的地段，例如高速公路、鐵路等地點；⑤基站安裝位置為地質構造穩定區域，或不易發生沉降位移的高聳建筑物；⑥現場具備（或容易接入）公共通信網絡；⑦有可靠、穩定的交流電源。

結合江新聯圍大堤分布，選擇橫江泵站、龍泉水閘、河口排澇站管理中心這3 處新建CORS 基站，并與江新聯圍防汛物資儲備中心CORS基站（已建）組成CORS基站網。經GPS控制聯測，CORS 基站網的坐標系統、解算數據、基線解算、網絡數據環檢查、平差結果均符合國家規范和精度設計要求。

3 三等水準測量計算及成果復核

3.1 水準儀高程測量

①本項目的水準測量作業嚴格按國家三等水準測量的技術要求執行，對相鄰水準點之間的高差采用逐點復核的方法進行校核，即通過用起算點的高程數據與測高差的數值進行校核，驗證是否滿足精度要求，點位是否穩固可靠。

②三等水準測量外業設備采用SOUTH DL-2007電子水準儀（儀器標稱精度為：每公里高差測量中誤差0.30 mm，可適用于一、二等水準測量）及配套的銦鋼水準標尺。按《國家三、四等水準測量規范》的三等水準測量標準要求實施作業。每次觀測前，均對水準觀測儀器進行i 角檢查（≤150）。觀測前將各項限差參數設置于儀器觀測配置內，按照“后、前、前、后”的觀測次序進行施測，啟用儀器自動記錄，對于超限的數據馬上刪除并重新觀測、記錄。

③平差計算：采用《南方平差易2005》軟件進行平差計算。

④精度統計：江新聯圍（鶴山港口岸路—北街水閘—外海法院—會城東成村—大澤金澤路）附合水準路線。對每一條水準路線的測量，都進行水準測量偶然中誤差計算（每公里），保證數據的精度。每公里水準測量偶然中誤差M△公式如下：

式中：△——測段往返測高差不符值，mm；R——測段長度，km；n——測段數。

計算的數值取位表按三級水準取值，見表2。

表2 外業計算數值取位表 單位：km

根據《國家三、四等水準測量規范》，本次三等水準測量的相鄰水準點間高差與其相應設計高差的差異和各項精度指標達均符合規定的精度要求，成果真實有效。

3.2 全站儀高程測量

因江新聯圍穿堤水工建筑物較多，大堤兩側多為高大灌木，直視距離短，地形高程測量采用電磁波測距儀器（全站儀）進行電磁波測距高程導線（以下簡稱高程導線）測量。

高程導線測量測站高差的計算如下：

①觀測斜距應施以加常數和乘常數改正、氣象改正。各項觀測讀數和計算數值取位表見表3。

表3 各項觀測讀數和計算數值取位表

②測站高差的計算

每點設站時，相鄰測站間單向觀測高差h計算公式如下：

式中：S——參數數值改正后的斜距，m；α——視鏡觀測的垂直角；R——地球平均曲率半徑，采用6 369 000 m；i——地面至儀器豎盤中心點的高度，m；v——地面至覘牌中心點的高度，m。相鄰兩測站之間對向觀測的高差中數h12計算如下：

式中下標標腳數字1、2分別表示為相鄰測站的序號。

③隔站設點時，相鄰照準點間的高差h12計算如下：

式中下標標腳數字1、2 表示后視和前視標號；S—經過各項參數改正后的斜距離，m；α—視鏡觀測的垂直角；v—地面至覘牌中心點的高度，m；R—地球平均曲率半徑，采用6 369 000 m。

應加入正常水準面不平行改正來實施高程導線測定的水準點的高差，從而得出基點高程測量數值。

利用RTK對C003、C033、C038三個已知點采樣，解算出七參數對施測控制點進行抽樣外業檢查；解算出的七參數精度水平殘差0.009 075 m，高程殘差0.000 010 m，符合測量要求。

4 成果應用

①江新聯圍GPS 控制網具有獨立和穩定性，因此，江新聯圍管理處制定了一套完善的江新聯圍沉降位移觀測制度，并運用安全監測系統來指導日常沉降觀測工作，為大堤和穿堤建筑物的沉降、位移觀測和成果分析提供可靠的技術支持。②利用安全監測系統的基點高程坐標數據，建立江新聯圍的數字高程模型（DEM）、數字柵格圖（DRG），并疊加江新聯圍保護范圍的數字正射影像（DOM），形成江新聯圍三維數字地圖，實現動態水情的洪水淹沒區計算模型，以三維可視化方式展示不同洪水水位工況下，各區域的淹沒演進過程。為快速、準確、科學的洪澇災害預警、評估和預測分析提供可靠依據。

5 結語

組建CORS基站網，可定期對大堤堤身、水閘、電排站等建筑物的沉降位移精準測量。其測量成果應用到江新聯圍信息化系統平臺并形成直觀的歷史對比矢量數據，為評估工程安全性和穩定性提供科學依據。