濮久武发明专利——高精度免调节变形监测通用棱镜组在大坝安全监测中应用
极坐标法与交会法监测大坝水平位移
极坐标法与交会法监测大坝水平位移毛小平濮久武2(1.浙江珊溪经济发展有限责任公司，浙江温州325000;2.浙江华电乌溪江水力发电厂，浙江衢州324000)摘要：针对目前高精度全站仪的应用，通过极坐标法、测角交会法、测边交会法以及边角交会法中各种观测图形的 误差分析，并根据全站仪在实际工程中的观测效果和使用性能，得出各种观测方案的实际监测精度及综合效益，在工程中优选出合理的观测方案。
图2幅。
关键词：大坝；监测；极坐标法；交会法；大坝水平位移大地测量法监测大坝水平位移常用的观测方法 有视准线法、极坐标法、交会法等。
其中视准线小 角度法即是工作基点至位移测点！的平距在坝轴 线方向的投影边长S 固定或已知，是极坐标法中一 种特例，其精度评估中可不考虑边长观测误差。
交 会法常用的有测角交会、测边交会及边角交会，在 大坝水平位移监测中常用前方交会法。
各种方法如 何使用才能收到最佳的综合效益，需要进行综合评 估得出结论。
1极坐标法与交会法特性(1)极坐标法仅在一个测站上安置全站仪，减 少了工作量且较易选择通视情况良好、受环境影响 较少的观测条件，只要能保证精度要求，在许多工 程中是首选的观测方法，尤其是观测动态位移测 点。
极坐标法在边长S 较短（如混凝土坝200 +、 土石坝500 +)的情况较为适宜且能达到精度要求，宜选择垂直角小、边短的路线。
为提高水平角观测 精度，应选择距离适中、成像稳定的条件作为后视 点，要尽量避免短边作为后视点，以减小测点对中 及目标偏心误差对水平角观测带来的影响。
(2)测角交会主要是控制横向误差，测边主要 是控制纵向误差。
所以当交会角从小增大时，测角收稿日期：2017 - 03- 16作者简介：毛小平（1970-)，男，工程师，主要从事水库和水工建筑物安全监测及管理工作。
E -mail ： 385187732@交会中横向（与基线方向一致）误差逐渐增大，纵 向误差逐渐减小；而测边交会则刚好相反。
FLEXIBLE SENSOR
专利名称：FLEXIBLE SENSOR发明人：ZHOU, Tingting,周婷婷,PENG, Kuanjun,彭宽军,ZHANG, Fangzhen,张方振,NIU, Yanan,牛亚男,PENG, Jintao,彭锦涛,NIU, Jing,牛菁,SUN,Shuang,孙双,SHI, Lubin,史鲁斌,REN, Jinyu,任锦宇申请号：CN2020/118434申请日：20200928公开号：WO2022/061897A1公开日：20220331专利内容由知识产权出版社提供专利附图：摘要：Provided is a flexible sensor, comprising: a flexible substrate; a plurality of ultrasonic detectors, which are located on the flexible substrate; and a plurality of detection circuits, which respectively correspond to the ultrasonic detectors, wherein each detection circuit is located between the flexible substrate and a corresponding ultrasonic detector, and is configured to drive the ultrasonic detector to emit an ultrasonic wave, and detect a detection signal which is output by the ultrasonic detector after receiving an ultrasonic wave; each ultrasonic detector comprises a first electrode coupled to the detection circuit, a second electrode located at a side of the first electrode that faces away from the flexible substrate, and a piezoelectric sensing layer located between the first electrode and the second electrode; and a plurality of holes are formed in an area outside the detection circuits, and the holes penetrate at least some film layers in the detection circuits.申请人：BOE TECHNOLOGY GROUP CO., LTD.,京东方科技集团股份有限公司地址：No. 10 Jiuxianqiao Rd., Chaoyang District Beijing 100015,中国北京市朝阳区酒仙桥路10号, Beijing 100015国籍：CN,CN更多信息请下载全文后查看。
水电站大坝安全监测管理与操作实务
检查。 年度巡查由水电厂组织专业技术人员对大坝进行详细检查。 定期检查是每隔一定时间由主管单位组织运行、设计、施工、科研等有
关单位高级专业人员对大坝进行的全面检查和评价。其内容包括按照现 行规范复查原设计数据、方法及安全度；审议施工方法、质量和施工中 出现的特殊情况及其影响；复核洪水、库容、泄洪能力；全面了解和审 查大坝运行记录和观测资料分析成果；现场检查(包括水下检查)；评定 大坝的结构性态和安全状况，提出大坝安全定期检查报告。检查频次一 般为每五年一次。对没有潜在危险、结构完整、运行性态良好的大坝， 由主管单位报部大坝安全监察中心，经会商后可以减少检查频次，但间 隔时间不得超过十年。 特种检查是在特殊情况下对大坝重大安全问题的检查。
一个数字水准仪测量系统主要是由编码标尺、光学望远镜、 补偿器、CCD传感器以及微处理控制器和相关的图像处理软 件等组成。
虽然各厂家生产的数字水准仪采用的结构不完全相同，但是 其基本工作原理相似：即标尺上的条码图案经过光反射，一 部分光束直接成像在望远镜分划板上，供目视观测，另一部 分光束通过分光镜被转折到线阵CCD传感器的像平面上；经 光电转换、整形后再经过模数转换，输出的数字信号被送到 微处理器进行处理和存储，并将其与仪器内存的标准码（参 考信号）按一定方式进行比较，即可获得高度和水平距离读 数。在数字水准测量系统中，作为高程标准其使用的数字水 准标尺的编码方式、读数原理对系统测量精度的影响是显而 易见的。
变形监测一般规定
水工建筑物各位移量的测量中误差不应大于下表的规定，表中位移量 中误差是指两次观测值之差的偶然误差和系统误差的综合值。
大坝变形监测方法探讨
大坝变形监测方法探讨从传统人工变形监测方法和自动化变形监测系统两方面对大坝的变形监测方法进行了简单总结和介绍，较系统论述了前方交会法，极坐标法以及全站仪tps变形监测系统和gps自动化监测系统。
大坝变形监测前方交会法tps变形监测系统gps自动化监测系统1引言大坝安全监测，重点在于变形监测，选择了合适的变形监测方法，才能得出可靠的观测数据，有了可靠的观测数据，才能准确地判定大坝的安全性。
大坝表面变形主要包括水平位移和垂直位移，其总体又被称为三维位移。
在我国大坝变形监测领域中，经历了20世纪50年代开始研究和使用的人工变形监测方法，70年代开始研究和使用的以激光技术和全站仪tps为基础的自动化变形监测系统，以及90年代开始研究的gps自动化变形监测系统等发展阶段。
本文将围绕这三个阶段从大坝变形的三个方面—水平位移，垂直位移，三维位移来介绍目前大坝变形监测的常用方法。
2传统人工变形监测方法2.1水平位移监测水平位移包括垂直坝轴线的横向水平位移和平行坝轴线的纵向水平位移。
水平位移监测方法有视准线法，引张线法，激光准直法，正、倒垂线法，精密导线法和前方交会法等。
前方交会法：测定大坝的水平位移时，可利用变形影响范围以外的控制点，采用前方交会或后方交会法进行观测。
我们以前方交会法为例（见图1），设a、b为已知控制点，坐标分别为（xa，ya）和（xb，xb），1、2、3点为大坝坝顶设定的变形观测点。
通过定期在测站点a、b向l、2、3点观测水平角a1和a2，利用前方交会计算公式即可获得观测点l、2、3的坐标，比较各个周期的坐标，获得坐标差值，即为观测点的水平变形量。
2.2 垂直位移监测垂直位移是指坝体受堆石体自重固结作用等因素的影响，在高程位置上发生的变化。
垂直位移监测的主要方法有水准测量法和流体静力水准法（连通管法）。
（1）水准测量法是在大坝两岸不受坝体变形影响的地方设置水准基点或起测基点，在坝体上设置适当的垂直位移点，用水准测量原理进行测量垂直位移点的高程变化。
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高精度免调节变形监测通用棱镜组在大坝安全监测中应用
一、基本情况
变形监测是反映大坝安全状态的三大物理量之一。
大坝的异常变形可导致裂缝、渗流、滑坡、倾覆等破坏现象，往往是大坝破坏事故的先兆。
变形监测项目主要包括大坝水平垂直位移等监测，目前广泛使用全站仪工程测量法进行现场观测。
现场观测中，全站仪等光电仪器需使用配套的常规棱镜组作为观测目标，这种常规棱镜组由连接螺栓、带圆气泡可调平基座、支架、棱镜等4部分组成。
棱镜组整体高度约240mm，可调平基座圆气泡分划值一般为8′/2mm。
基座及支架偏心差、基座圆水准轴误差以及调平误差共同影响导致的目标点平面对中误差一般在±0.5mm以上，有时甚至在±1mm以上；因量取目标高导致的目标点高程中误差一般在±0.4mm以上，难以满足高精度变形监测要求。
二、成果创新
常规棱镜基座目的是使得棱镜中心与观测墩底座中心的平面坐标一致，在高程上必须通过量取观测墩底座面与棱镜中心的高差得到观测墩底座面的高程，从而通过观测棱镜中心的平面或三维坐标位移量得到观测墩的位移量。
实际上，在变形监测中计算的是本次观测坐标相对于原始观测坐标的位移量，不需得到观测墩底座中心的绝对坐标，只要在每次变形观测时棱镜中心与观测墩相对位置保持不变，通过观测棱镜中心的坐标位移量即可得到观测墩的位移量。
部分工程采用了固定棱镜的做法比如长期将常规可调平棱镜组安装在野外，受日照、雨淋、刮风、温差等外界环境影响，一段时间就产生了气泡偏移棱镜偏斜，导致棱镜中心位置发生明显变化；有的将一根支杆拧紧在强制对中底座中心螺旋中，再将棱镜头安装在枝杆上，每次支杆重新安装后棱镜中心位置都会产生明显偏移；也有的直接采用一根支杆安装在观测墩上，一旦支杆损坏便造成监测资料不能延续。
高精度免调节变形监测通用棱镜基座与观测墩底座采用机械拧合的方式连接，确保变形观测重新安装棱镜组后棱镜中心与观测墩的相对位置（三维位置）固定不变。
高精度免调节变形监测通用棱镜基座为一个整体结构，采用不锈钢材料精密制作，坚固耐用，使用方便。
具有精度高、操作简便快速、体积小、重量轻、适用性强、造价低、节能环保、免维护、永久性使用等优点，是一种精确可靠、便
携通用的变形监测棱镜基座，适用于各种变形监测棱镜安置。
现场操作只需用双手将通用棱镜基座与观测点底座拧合即可，免去了常规棱镜复杂的调平安置、高度量测工序，即使非专业人员安置后目标点平面及高程中误差均在±0.1mm以内，为高精度变形监测提供了有力保障。
与常规棱镜基座相比，如考虑其平面对中误差±0.5mm，对于位移量全中误差±1.0mm的高精度变形监测，按达到同等精度要求，可明显减少测回数，达到减少一半现场观测工作量效果。
该产品已获国家发明专利（ZL 201210064544.5）授权，每只基座有唯一的产品序列号。
该发明专利产品与棱镜组合成高精度免调节变形监测通用棱镜组，配套的高强度不锈钢防盗保护罩，可加装在专用棱镜组外面可靠地起到防止棱镜组日晒、雨淋、外力碰撞导致变位、人为损坏偷盗等效果，同时又能保证现场观测棱镜不受阳光直射，减小棱镜反射误差、棱镜安置稳固可靠，从而可确保现场观测的高精度和高可靠性。
可长期安置于工作现场，明显减轻现场观测的劳动强度，节约现场工作时间，提高工作效率。
三、 应用典型案例
该产品先后在湖南镇电站、华光潭电站、滩坑电站、桐柏抽蓄电站、温州珊溪电站、福建芹山电站、云南澜沧江流域大坝等几十个大中型水利枢纽变形监测中替代了常规棱镜基座，取得了良好效益。
图1为全站仪配合高精度免调节变形监测通用棱镜组变形监测与垂线监测对照过程线。
其中8#位移测点垂线监测位于该坝段全站仪配合高精度免调节变形监测通用棱镜组变形监测点上游约13m 处，因坝体砼热胀冷缩引起的变位约为4mm，即垂线测点径向位移年变幅大于交会测点约4mm。
证明两者观测精度（包括水平方向、垂直角、距离等）均较为理想，远高于国家规范规定的精度要求，同时表明高精度免调节变形监测通用棱镜组的安置精度达到预期要求。
图1 全站仪配合高精度免调节变形监测通用棱镜组变形监测与垂线监测对照。