静力水准数字化系统的研制及应用分析

静力水准数字化系统的研制及应用分析
作者：蔡惟鑫；谭适龄





       液面静力水准数字化量测系统，以水电大坝、核电站、岩崩、滑坡及火山等方面的监测需要为依据，进行系统技术参数和功能的优选。该系统用来监测相互一定距离的多基点之间相对高程长期、连续的动态变化。依据流体受地心引力作用液面保持相对水平的原理，通过磁致伸缩式位移传感器，把各待测点的垂直位移的相对变化量直接转换成电量输出，进行多路数据采集、再配以微机系统，从而达到对待测载体（如大坝的各坝段、建筑物各桩基）的垂直位移变化的自动监测和远程数据传送。

1、系统结构原理

       静力水准仪是通过磁致伸缩式位移传感器，将系统内各待测点的静力水准仪内的液面瞬间相对高差变化和垂直位移信息经过换能、专用放大电路、传输到现场观测室里的GK-05数字位移测量仪中。然后，将通道信号分别输入GK-12型多路数字采集仪（MCU）内，经过模数转换并存储、显示、处理，从而达到自动化监测待测对象随时间变化的垂直位移量（或沉降不均或相对倾斜）。测头采用独特的导向技术，使本系统具有量程大、精度高等特点。静力水准仪的结构是两个或多个罐体由水管连通。罐内流体受地心引力作用，其液面瞬间相对平衡，从而通过测量罐体内液面相对于罐体的高程变化，可得出不同距离的两点多多点之间的高程的相对变化，可得出不同距离的两点或多点之间的高程的相对变化。

2、系统的长期监测数据的处理与分析

2.1系统的安装与布设

      以三门峡大坝290层面的GK系列静力水准数字化量测系统为例。该系统1995年5月安装调试后即投入运行。

2.2观测数据的预处理

       控制中心的微机发出系统采集数据的指令给GK-12多路数字采集仪，将已经存放在数采仪内存中的数据用ASCII码文件传输并存放在微机的硬盘中。在数据预处理时，首先进行数据字符过滤，滤掉除数字、回车、换行、+、-及空格字符外的其它一切字符，然后将文件每行中回车或换行其中之一删除，数据的ASCII码格式打印已给的内容。进行上述字符过滤及删回车后，将每日的文件拷贝在一起形成每月资料文件。然后使用编辑软件对整理的文件行进修改。

2.3观测数据的建模与分析

      H1-H10测点安装在大坝的290层面的纵向剖面上，H11和H12安装在垂直于大坝的横向剖面上，因此该系统能够较好地反映此层面的不同测点的相对沉降。12个测点覆盖面积以外的部分需进行外推，然后才能较好地反映整个290层面的整体变形。系统的10号测点及其它各测点的静力水准仪水位升降连续变化曲线，反映系统工作稳定、正常、可靠。各测点水位变化的数值在排出渗水等干扰后，代数和是与温度相关的，因此每测点的实际升降值H，除了进行渗水等改正外，还需要进行温度改正及分析。

2.4观测数据初步成图与拟合改正

       在Windows Lotus123软件中对观测数据文件进行处理。例如使用命令录入数据文件；断点处断开（空行）；各通道绘图打印，通道求和并绘图打印；分析各曲线图打印并进行个别干扰数据修改；各通道正常情况下进行的每六组数据求平均值的递推平滑处理并绘图；数据时序该整机温度改正等。在此基础上还需对观测数据作回归分析并进行渗水、温度等因素的改正，如有补充水等现场还应进行台阶处理。

3、系统运行的数据处理分析结果

       以三门峡大坝290层面系统为例，自1995年8月至1997年4月（系统仍在正常的运行），12个静力水准测点、2个温度测点的长期观测数据处理分析结果表明以下几点：

3.1各测点观测数据长期连续记录，说明该系统各组成部分长期运行正常可靠。

3.2系统将静力水准仪各测点相对于1号测点的沉降变化用微机实时绘制沉降曲线，直观的了解该监测坝段的各点位的垂直变形动态。

3.3系统在静力水准2号和10号测点处安装有GK-02B型自记温度仪，微机自动绘制出所有测点温度均值与温度记录曲线图，并可进行水位相对沉降的温度改正。温度计T2和T3记录同步且一致，同时与坝体内室温相关。经分析温度对测点值的影响约为0.1mm/C，相对滞后约12h。

3.4系统各静力水准测点相对于1号静力水准测点的沉降变化在1mm-2mm范围，说明被监控坝段的坝体沉降均匀，基本稳定。

3.5液面经理水准数字化量测系统长期记录的数据连续可靠，不仅反映了坝体的垂直变形规律，而且灵敏的反映该系统各仪器部分的运行状况及大坝的观测环境。同时，由于系统的硬件采用高新技术使运行达到自动化、数字化遥测，而且有其配套的控制软件、数据预处理软件、数据分析及绘图软件，使系统功能完善、使用操作简便。







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