張潤賢 張道輕

（1.中國能源建設(shè)集團新疆電力設(shè)計院有限公司，新疆 烏魯木齊 830002；2.河南省征地儲備中心，河南 鄭州 450016）

1 引言

電力工業(yè)為各行各業(yè)提供能源，是國民經(jīng)濟基礎(chǔ)行業(yè)。電力安全監(jiān)督是保障電力安全生產(chǎn)的有效措施，國內(nèi)外電力行業(yè)對其都非常重視[1]。針對電力安全監(jiān)督工作中地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險較高的重點區(qū)域，對建筑物、輸電線路桿塔及周邊環(huán)境進行監(jiān)測，能夠科學(xué)、準(zhǔn)確、及時地分析和預(yù)報建筑物、輸電線路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險狀態(tài)，為及時采取防治措施和災(zāi)后應(yīng)急處置提供技術(shù)依據(jù)，對保障輸電線路安全運行和輸電線路防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。

隨著變形監(jiān)測技術(shù)手段的日益豐富，除了水準(zhǔn)儀、全站儀等傳統(tǒng)儀器和方法外，激光掃描儀、攝影測量、衛(wèi)星遙感等新設(shè)備新技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用[2-3]，監(jiān)測數(shù)據(jù)的類型也變得更加復(fù)雜多樣，對數(shù)據(jù)的安全性、權(quán)威性和不同處理系統(tǒng)的通用性提出了更高要求。本文以華測位移監(jiān)測系統(tǒng)在重慶某電力建筑物監(jiān)測中的應(yīng)用為例進行分析，結(jié)合電力建筑變形監(jiān)測項目實踐數(shù)據(jù)，分析了電力建筑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理過程中有關(guān)數(shù)據(jù)管理和處理分析的方法，并通過軟件系統(tǒng)進行了驗證。

2 華測位移監(jiān)測系統(tǒng)介紹

基于北斗衛(wèi)星高精度差分定位技術(shù)（如圖1 所示），華測位移監(jiān)測系統(tǒng)采用監(jiān)測基準(zhǔn)點區(qū)域組網(wǎng)的模式，實現(xiàn)監(jiān)測基準(zhǔn)統(tǒng)一，進而實現(xiàn)對監(jiān)測目標(biāo)進行位移、變形沉降、裂縫等地質(zhì)災(zāi)害隱患點的實時動態(tài)監(jiān)測。采用的GNSS 地表變形高精度監(jiān)測設(shè)備，包括GNSS 雙頻接收機、GNSS 天線、防雷模塊、一體化機箱，集數(shù)據(jù)采集存儲、數(shù)據(jù)通信傳輸、智能供電及防雷功能于一體，滿足各種應(yīng)用需求。系統(tǒng)設(shè)備安裝如圖2 所示。

圖1 北斗衛(wèi)星差分示意圖

圖2 華測位移監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備安裝

基于GNSS 地表沉降、變形自動監(jiān)測設(shè)備，管理人員可實時掌握地質(zhì)災(zāi)害隱患點表面變化量，對各監(jiān)測點長期連續(xù)跟蹤觀測衛(wèi)星信號，基于北斗地基增強技術(shù)，結(jié)合北斗地基增強系統(tǒng)的觀測數(shù)據(jù)與起算坐標(biāo)，實現(xiàn)高精度的精準(zhǔn)監(jiān)測，最終得到各監(jiān)測點的三維坐標(biāo)，以及毫米級的高精度形變量，可有效提高地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報能力，為防災(zāi)減災(zāi)提供實時信息服務(wù)，為政府部門提供決策支持、風(fēng)險評價及處置方案評估服務(wù)。

3 項目概況

項目位于重慶，目前使用的特高壓±800 千伏復(fù)奉直流、錦蘇直流，±500 千伏張長、張隆、張恩直流輸電線路主網(wǎng)架輸電線路遍布重慶全境。線路途經(jīng)綦江、南川、涪陵、彭水、黔江等地，處于渝東南川鄂湘黔隆褶帶的武陵山大山脈。環(huán)境惡劣、地質(zhì)地形復(fù)雜、氣候多變，山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害種類較多，極易導(dǎo)致輸電線路桿塔及基礎(chǔ)的傾斜、變形、沉降，嚴(yán)重威脅輸電線路安全運行，且災(zāi)后工程治理難度和成本巨大。

通過華測位移監(jiān)測系統(tǒng)對項目區(qū)域的建筑物、輸電線路桿塔進行實時動態(tài)監(jiān)測，其技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在：①在電力塔周邊的滑坡表面建立監(jiān)測點進行監(jiān)測，建立較完整的監(jiān)測剖面和監(jiān)測網(wǎng)，使之成為系統(tǒng)化、立體化的形變監(jiān)測系統(tǒng)。②及時快速地對滑坡表部形變現(xiàn)狀做出評價分析，及時發(fā)布預(yù)警信息。③建立長期監(jiān)測系統(tǒng)，對電力塔周邊的滑坡地形進行長期的分析研究，為同類工程積累經(jīng)驗。

4 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

處理變形監(jiān)測數(shù)據(jù)時，無論是沉降還是水平位移計算，都是利用平差軟件生成平差報告，根據(jù)獲得的高程和坐標(biāo)進行變形量的計算分析。當(dāng)前平差軟件較多，如南方平差2002、2005 以及科傻平差、清華三維平差軟件等。不同軟件生成的報告文件內(nèi)容排版有所差別，文件類型不一，在數(shù)據(jù)處理前需人工提取數(shù)據(jù)，不僅浪費人力，還極易出現(xiàn)錯誤。因此，研究一種將多類數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一格式的方法很有必要。

4.1 科傻文件格式轉(zhuǎn)換

科傻平差報告文件為標(biāo)準(zhǔn)的ASCII 碼文件，可以使用任何文本編輯器進行編輯。根據(jù)控制網(wǎng)類型，將水準(zhǔn)網(wǎng)平差報告文件后綴設(shè)置為.oul，平面網(wǎng)平差報告文件后綴設(shè)置為.ou2。可應(yīng)用StreamReader 逐行讀取報告文件信息，直到當(dāng)前行含有“ADJUSTED HEIGHT”或“平差坐標(biāo)及其精度”關(guān)鍵詞，跳過空白行和空格，讀取點號、高程或坐標(biāo)，并賦值給定義好的變量，再按格式寫入記事本文件。

4.2 平差易文件格式轉(zhuǎn)換

平差易報告文件為標(biāo)準(zhǔn)的Word 文件，平差結(jié)果以表格形式存儲。使用Microsoft.Office.Interop.Word 類庫打開Word 文件，將平差結(jié)果表格賦值給定義好的Table 類變量，從單元格獲取點號、高程或坐標(biāo)，再按格式寫入記事本文件。作業(yè)流程如圖3 所示。

圖3 平差易軟件作業(yè)流程

4.3 CAD 轉(zhuǎn)換成GIS 數(shù)據(jù)格式

當(dāng)前，電力工程設(shè)計圖格式多為CAD圖，是監(jiān)測系統(tǒng)中的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，但存在屬性信息少、沒有管理圖形間的拓?fù)潢P(guān)系、不便分析統(tǒng)計等問題，系統(tǒng)建設(shè)時需將CAD 圖轉(zhuǎn)換成GIS 數(shù)據(jù)。應(yīng)用ArcObjects、SuperObject 等組件開發(fā)模型，實現(xiàn)由CAD 格式DWG 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為ShapeFile、Geodatabase 等GIS 格式[4]。

5 電力建筑變形監(jiān)測分析

5.1 基準(zhǔn)點穩(wěn)定性分析

變形監(jiān)測網(wǎng)的穩(wěn)定與否直接決定監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量和變形分析的可靠性，基準(zhǔn)點穩(wěn)定性分析是變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理的重要內(nèi)容。本文將穩(wěn)定性分析分為三個步驟，首先要進行秩虧自由網(wǎng)平差求得控制點兩期平差坐標(biāo)，再經(jīng)過平均間隙法和單點檢驗法來判斷每個控制點的穩(wěn)定性[5]。

5.1.1 秩虧自由網(wǎng)平差

電力建筑變形監(jiān)測精度要求高，周圍控制點易受電力設(shè)備運行影響，無法事先判斷變形監(jiān)測網(wǎng)中每個控制點的穩(wěn)定性，因此在處理基準(zhǔn)網(wǎng)變形監(jiān)測各周期的測量成果時，不能事先給出已知數(shù)據(jù)，平差計算時必須采用自由網(wǎng)平差方法，即秩虧自由網(wǎng)平差。根據(jù)基準(zhǔn)條件在分析中采用基于重心基準(zhǔn)的秩虧自由網(wǎng)平差。

5.1.2 平均間隙法

平均間隙法主要用于監(jiān)測網(wǎng)中不穩(wěn)定點的檢驗與識別：先對監(jiān)測網(wǎng)進行兩周期圖形整體檢驗，若檢驗通過，則確認(rèn)所有基準(zhǔn)點是穩(wěn)定的 ；否則，需找出不穩(wěn)定的點。經(jīng)檢驗若平均點位偏移量顯著，則要具體判斷哪些點是穩(wěn)定點，哪些點是移動點，同時進行單點檢驗。

5.1.3 單點檢驗法

假設(shè)兩期觀測精度相同，則可用t 檢驗法逐點進行位移顯著性檢驗。設(shè)某點兩期坐標(biāo)差為：

5.2 電力建筑變形分析

變形量計算分析是變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理的核心內(nèi)容，主要包括沉降量分析、位移量分析、傾斜撓度分析、預(yù)測分析。

5.2.1 沉降量分析

①監(jiān)測點沉降分析：根據(jù)觀測數(shù)據(jù)，對兩期或多期高程數(shù)據(jù)進行求差，計算出沉降量和累計沉降量后對監(jiān)測點繪制沉降過程曲線。②建筑物整體沉降分析：建筑物的整體穩(wěn)定性是確保建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的必要條件，其局部不均勻沉降可能造成建筑物結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。在分析時以沉降量為標(biāo)準(zhǔn)，生成等值線，便于判斷建筑物在某一位置的沉降量大小，觀察各處的沉降量差值會不會危及建筑物安全。③建筑物間沉降差分析：電力工程建筑物之間通常存在銜接體，尤其是電力塔等設(shè)備，需要以連廊、管道、電纜等銜接體與其他建筑物連接，如果建筑物之間的沉降差值過大，將導(dǎo)致建筑物之間的銜接體結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，嚴(yán)重影響其安全和使用[4]。為此，在計算完監(jiān)測點和建筑物的沉降量后，需要進一步對建筑物之間的沉降差進行計算分析。通過對銜接點進行高程觀測，可計算銜接點的沉降差。

5.2.2 位移量分析

同沉降監(jiān)測一樣，在計算出建筑物各個監(jiān)測點的水平位移量后，選定日期和建筑物，繪制各監(jiān)測點的水平位移曲線圖。另外，為更加直觀地顯示各個監(jiān)測點的位移方向和大小，可繪制各監(jiān)測點的位移矢量圖。

5.2.3 傾斜撓度分析

對于空冷塔等高聳的電力建筑物，傾斜撓度是影響其安全的最主要因素。在分析時，以高度為縱軸、撓度值為橫軸繪制曲線圖，同時繪出建筑物整體傾斜方向和各層高度的傾斜方向。

5.2.4 預(yù)測分析

變形體的發(fā)展趨勢和最終的變形量穩(wěn)定分析，可為下一步施工決策和施工方法的調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)。在工程前期，由于變形觀測數(shù)據(jù)量少，應(yīng)選擇灰色系統(tǒng)進行預(yù)測分析[7-8]。當(dāng)變形發(fā)展到后期，樣本數(shù)據(jù)較多，且影響變形的多種因素已發(fā)展成時間變量單一因素，采用回歸分析的方法解求變形與時間的函數(shù)關(guān)系，推出將來時刻的變形量。通過繪制變形量曲線圖和預(yù)測模型曲線圖，可直觀判斷所選用模型的預(yù)測效果。

5.3 建筑變形監(jiān)測周期

根據(jù)觀測周期建筑物變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析變形結(jié)果，是電力建筑物安全的重要保障。在變形觀測過程中，觀測間隔時間是一個周期，需結(jié)合電力建筑的特點、變形規(guī)律、工程所在地條件以及影響建筑物變形的諸多自然因素（溫度和風(fēng)荷載），科學(xué)布局，合理監(jiān)測。

6 結(jié)語

建筑物的變形狀況直接影響電力的安全生產(chǎn)，進行建筑物變形監(jiān)測是電力安全生產(chǎn)的重要保障。本文討論了電力建筑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理和分析方法，包括基準(zhǔn)網(wǎng)穩(wěn)定性分析、建筑變形分析、預(yù)測分析以及監(jiān)測周期分析。結(jié)合工程實例和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件，驗證了所述方法的可行性，對以后電力行業(yè)及相關(guān)行業(yè)的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與分析有很好的參考意義。