单位文秘网 2021-10-26 08:13:07 点击: 次
摘 要 在长江下游深水航道整治工程施工及养护工作中,形成基于长江下游深水航道整治建筑物形变监测方法的框架设计,不仅可以在深水航道施和养护期有效地保障人员、船舶及设备安全,也可以实现对长江下游深水航道整治建筑物的安全监测,是确保航道整治工程养护安全的有效手段。本文将以长江下游通州沙水道整治建筑物(潜堤)监测方法的框架设计为范例,分析该方法的框架设计原理和先进性,为长江下游深水航道整治建筑物监测和维护提供经验借鉴。
关键词 长江下游深水航道;航道整治建筑物;监测方法;框架设计
引言
在航道整治工程施工及养护工作中,整治建筑物的安全监测非常重要,对长江下游深水航道整治建筑物形变进行监测,就是为了能够了解整治建筑物的运行性态和安全状况。以下本文将基于长江下游深水航道整治建筑物形变监测方法的框架设计,做具体分析介绍。
1 工程概况
我们选取长江下游深水航道整治工程中通州沙水道(太仓~南通河段)为例。该段航道主要由通州沙水道和白茆沙水道组成,常年受到长江径流和潮汐的双重冲影响,水流环境复杂,而通州沙整治建筑物的坝体大部分时间又都在水面下,因此收到水流的影响非常大,建筑物形变监测和维护工作难度非常高。
2 设计需求分析
当前对长江深水航道整治建筑物形变的监测没有成熟的方法和規范案例可以借鉴。在传统的航道整治建筑物形变监测中,一般采用人工采集建筑物形变监测数据的方法,该方法不仅存在自动化的形变监测测点少,人工采集工作量大、周期长、易出错等缺点,观测过程中还易受气候及外界条件的影响,导致监测精度低且易错的后果[1-3]。
本文选取的长江通州沙水道整治工程中的整治建筑物距离陆地比较远,无法使用常规的三角、三边、边角测量等方法,且坝体大部分时间都在水面下,监测设备的防水防潮要求高。同时,传统方法采集的各监测点形变数据在时间上不是同步的,对于平面位移以及垂直位移中,采取不同建筑物形变监测测点以及不同时间采集到的数据,这样又会降低监测数据精准度[4]。
因此我们必须对该整治建筑物的监测方法的框架设计进行优化,采取利用高精度差分GPS等现代化技术,实现对航道整治建筑物形变的实时监测,并克服传统监测方法框架设计中各缺陷,不仅要提高监测的精度,还要实现连续观测与数据的自动处理,有效地掌握深水航道整治建筑物实时状态,及时发现监测中的各种问题,全面地了解整治建筑物各时期的形变变化,甚至实现智能分析与结果预测,确保航道整治建筑物的安全。
3 优化设计长江下游深水航道整治建筑物形变监测方法的框架设计
3.1 形变监测方法的框架设计原则
长江下游深水航道整治建筑物形变监测方法的设计中,设置监测方法的框架设计,需要能够突出设计重点,全面兼顾监测求精因素[5],形成一个统一的监测方法的框架设计。框架设计需具备以下设计原则:遵循简洁、实用的设计原则,提升系统性能,提升可靠性。立足实用性的设计原则,兼顾考虑科学试验和设计验证等方面因素;
3.2 框架设计图
针对本文中通州沙水道整治建筑物形变监测中,在其形变监测方法的框架设计中,可以从软件、硬件、通信三个方面,优化其监测方法的框架设计。对于框架设计中,确保在数据传输过程中的中间部分,能够实现远程运行,并且也可以被封装在实际工作中用户的应用程序之内,具备实现数据传输的功能,可以封装在进行数据传输中的一些细节[6],也可及时响应实时数据的发送、反向控制。对于该项目深水航道整治建筑物形变监测方法的框架设计图,见图1。
(1)软件方面
SatMosGPS解算软件:安装在控制中心电脑上,通过网络接收GPS和倾斜仪的数据,然后进行解算分析,获得需要的数据结果;
SPS855天宝GPS:包括天线,安装支架,保护罩,防水接头电缆等。
(2)硬件方面
精密双轴倾斜仪:包括主机,数据线,防水保护罩等。
数据采集器:接收倾斜仪的数据并保存下来,为通讯出问题时保存数据。
(3)通信方面
可对GPS原始数据进行实时差分处理,数据更新率可达1Hz、5Hz、10Hz、20Hz;并且,也可根据系统间深水航道整治建筑物形变监测参数进行设置,确保对于不同的建筑物形变监测站,对于实时差分结果行Kalman滤波,确保监测结果满足动态、精度需求;最多可同时处理多个基站和32个监测站的数据。电信数据通信模块:接收倾斜仪的数据并保存下来,为通讯出问题时保存数据。电信无线通信:GPS通讯、倾斜仪通讯。
3.3 优化数据通信设计
由于使用了无线和有线网络通信,容易受到影响,需要及时分析采集后的数据,分辨出是实际的位移沉降还是设备误差导致的假位移沉降。其数据通信设计优化结构,见图2。
防水保护箱:主要是用来安装各个设备的主机,包括GPS,数据采集器,通讯模块主机,电源连接等,保护设备不被雨淋。防水保护箱接收GPS、精密双轴倾斜仪、气泡水位计的数据,并把数据保存在存贮卡里,同时把数据通过无线方式(可以选用AIS)传输到控制中心电脑,控制中心电脑运行SatMos GPS实时解算软件,解算出GPS的三维坐标,并进行分析,确定出沉降位移的变化量。同时接收精密双轴倾斜仪的数据和气泡水位计的数据,通过软件分析出航标灯塔的相对变化量,作为GPS数据的补充和检校。
安装GPS:GPS的安装主要是天线的安装,主机放置在保护箱。我们使用GPS定位技术和传感器技术,来完成潜堤的沉降位移的形变监测,同时使用防水设计和无线通信技术,把数据传输到控制中心,进行解算,获得形变的数据。为了系统的完备性和实际需要,同时测量水位值,传输到控制中心。
倾斜仪:由于倾斜仪器是安装在水泥墩台上,高潮位的时候,水位高过水泥墩台,所以必须防水,设计了一个防水不锈钢外壳,用来保护倾斜仪器。双轴倾斜仪安装在航标灯塔水泥底座上,这样比较稳定,能够反映出潜堤的形变。双轴倾斜仪必须做严格的防水处理,达到水下15米的防水标准。选择气泡式水位计,方便测量水位。防水控制箱的设计必须严格防水,同时和供电系统和无线通信系统一起设计。
4 应用效益分析
设计完成长江下游深水航道整治建筑物形变监测基准框架后,进行实验监测,分析其应用效益。本文中在通州5号航标灯塔上做监测点进行GPS和倾斜仪远程实时在线监测实验,以便能够为坝体的安全管理和健康评估提供数据支持。点击监测软件“开始”运行按钮,软件日志框内会显示所接传感器的连接状态,见图3。
打开软件,根据要求设置好所接传感器的参数和各个控制点的坐标,见表1、表2、表3、表4所示:
由图可以看出,洪港水厂参考点和GPS监测点的位置很近,得出的数据与实际比较精确度高,故此我们将会选择洪港水厂作为参考站;运用该监测基准框架,开展长江下游深水航道整治建筑物形变监测工作,发挥积极应用价值。
5 结束语
综上所述,优化设计长江下游深水航道整治建筑物形变监测模式,不仅可以提升深水航道整治建筑物形变监测结果准确性,也可以简化长江下游深水航道整治建筑物形变监测工作复杂度,提升工作效率,发挥积极应用价值,值得在实际中推广该形变检测基准框架设计模式。
参考文献
[1] 周海,陈琳,王费新等.长江口航道整治建筑物护底软体排结构的优化和运用[J].水运工程,2012,(12):173-177.
[2] 袁晨晨.关于航道整治工程泥面沉降观测方法的论述[J].中国水运(下半月),2014,14(11):300-302.
[3] 吴新.变形监测在苏南运河航道整治工程施工中应用[J].城市建设理论研究(电子版),2012,(5).
[4] 杨长春,徐勤学,李云涛等.内河航道整治项目水土保持方案编制探讨[J].人民长江,2012,43(21):107-109.
[5] 刘亚,汪飞,李义天等.长江中下游鹅头型汊道航道整治目标河型研究[J].水利学报,2015,46(4):443-451.
[6] 邓懿,杨胜发,张帅帅等.长江黄草峡河段航道整治数学模型研究[J].长江科学院院报,2014,31(8):6-11.
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