Содержание к диссертации
стр.
Введение 3
1 Деформации крупных инженерных сооружений и причины их
возникновения 7
Виды деформаций 7
Геодезические методы наблюдений за деформациями 22
2 Спутниковые методы высокоточных геодезических измерений 27
2.1 Спутниковая радионавигационная система Global Positioning System
(GPS) 27
2.1.1 Структура система GPS 28
Спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС 32
Методы измерений и определения положения спутниковыми методами 43
Источники ошибок и их влияние, свойственное спутниковым методам измерения 49
Поправки, вводимые в результаты измерений 51
Ошибки, связанные с геометрией расположения спутников, находящихся в зоне проводимых наблюдений 63
Ослабление влияния геометрического фактора на точность GPS позиционирования 67
Выводы 69
3 Основные рекомендации по наблюдениям за осадками и деформациями
крупных инженерных сооружений 71
Общие положения 71
Периодичность и точность измерений 72
Назначение необходимой точности наблюдений 72
Периодичность измерений 76
3.3 Преобразование GPS данных 77
Геоцентрические координаты и эллипсоидальные координаты 77
Геоцентрические и топоцентрические координаты 79
Оценка точности топоцентрических координат 81
4 Разработка методики определения осадок и деформаций спутниковыми
методами и методов обработки 92
Характеристики плотины и района ее строительства 92
Общая схема наблюдений за осадками и горизонтальными смещениями спутниковыми методами 99
4.2.1 Составление технического и рабочего проекта 101
4.3 Экспериментальные исследования спутниковых определений на плотине
«Саналона», Мексике 103
Заключение 114
Список литературы 116
Введение к работе
Разработка эффективных методов выявления и прогнозирования деформаций инженерных сооружений является актуальной, поскольку ее успешное решение и последующее развитие вносят важный вклад в обеспечение надежности, долговечности и безопасности эксплуатации ответственных сооружений. Решение этой задачи создает условия для повышения эффективности использования капитальных вложений в строительство, помогает рационально планировать различные регламентные работы, в том числе геодезические наблюдения за деформациями сооружений, а также приносит определенный социальный эффект.
Строительство больших технических структурных сооружений типа плотин, мостов и высотных зданий является существенным для развития любой нации. Значительные деформации инженерных сооружений, близких к критическим, потенциально может вызывать гибель большого количества людей и сильные разрушения. Сохранность и долговечность сооружений -важнейшая народнохозяйственная задача, и она зависит не только от научно-обоснованной конструкции этих сооружений, но также во многом и от полноты исследования грунтов, на которых возводятся сооружения, от учета влияния на сооружения внешней среды и, особенно, от своевременной постановки и правильного выполнения систематических наблюдений за состоянием сооружений. Следовательно, безопасность этих работ, особенно в случаях с плотинами, требует периодического контроля и всестороннего анализа их структурного состояния, основанного на большом наборе переменных, которые вносят свой вклад в эти деформации. Фактически, само понятие деформаций и формирует тему для мониторинга. Деформацию данных структур определяют несколько факторов. Самые важные из них - это результаты переменных усилий и напряжений, развитых в структуре из-за эффектов местных движений земной коры. Движения земной коры вызывают изменения в относительном местоположении пунктов, расположенных на
самой плотине или около нее. Другие определяющие факторы включают в себя: тип материалов строительства, силу ветра, изменение температур, усадку почв и колебания из-за движения транспорта. Ни одно из современных крупных строительств не обходится без проведения систематических наблюдений за осадками и смещениями сооружений геодезическими методами. Результаты наблюдений за осадками и смещениями инженерных сооружений геодезическими методами должны удовлетворять предъявляемым требованиям в отношении их полноты, своевременности и точности.
С момента появления ГЛОНАСС и GPS, а также на основе непрерывного процесса совершенствования технологии спутниковых измерений проблемы прогнозирования деформаций инженерных сооружений стали решаться на качественно новой основе. При использовании спутниковых методов точность координатных определений в сочетании с оперативностью получения конечных результатов определяются степенью необходимой детальности исследований, а также экономическими возможностями организации данного вида работ. Развитие высокоэффективных спутниковых методов координатных определений на основе применения глобальных навигационных систем ГЛОНАСС и GPS принципиальным образом изменяют технологию и точность определения геодезических координат и принципы построения геодезических сетей, являющихся фактической реализацией систем координат. По результатам спутниковых измерений одновременно определяются точные значения координат как в плане, так и по высоте. Поэтому современные спутниковые методы координатных определений на основе применения глобальных навигационных систем GPS и ГЛОНАСС создают условия для создания плановой и высотной основы в виде единой совокупности геодезических пунктов. Сложность решения этой проблемы состоит в том, что по спутниковым измерениям непосредственно определяется геодезическая (эллипсоидальная) высота, т.е. высота точки земной поверхности над отсчетным эллипсоидом. При использовании спутниковых методов геодезические высо-
ты определяются непосредственно по результатам измерений. Обработка спутниковых данных не требует редукции на поверхность эллипсоида.
Задачей данной диссертационной работы является разработка методики анализа результатов наблюдений за осадками и смещениями крупных электроэнергетических объектов, расположенных в Мексике, с применением спутниковых методов измерений, научное обоснование методики и определение путей их практической реализации.
В диссертационной работе рассматриваются основные этапы решения данной проблемы применительно к гидроэлектростанции Саналона (Мексика), на которой предусмотрено создание геодезической сети спутниковыми методами. Для решения поставленной задачи в настоящей работе предложено использование топоцентрических прямоугольных координат, а также выполнена разработка и обосновано применение методов обработки результатов спутниковых измерений, характерных для решения и изучения деформационного процесса. Настоящая работа посвящена разработке рациональной и экономичной спутниковой методики построения геодезических сетей для изучения деформаций и осадки гидротехнических сооружений с учетом особенностей развития штата Синалоа, Мексика. Гидроэлектростанция Саналона, расположенная примерно на 32 км восточнее г. Кульякана, Мексика, по специфике работы и месту расположения представляет несомненный интерес для изучения на ее примере возникающих и развивающихся деформационных процессов.
Таким образом, для решения проблемы эффективного применения современных спутниковых технологий в проблемы прогнозирования деформаций инженерных сооружений должен быть решен следующий круг задач:
разработка алгоритмов и технологий обработки результатов спутниковых измерений;
обоснование эффективности применения прямоугольных топоцентрических координат для определения осадок и смещений гидро-
технических сооружений с учетом особенностей развития штата Синалоа, Мексика; - анализ точности определения прямоугольных топоцентрических координат по современным спутниковым данным для определения осадок и смещений гидротехнических сооружений и выявление возможностей дальнейшего повышения точности. Решение сформулированных выше задач и обоснование необходимых методов их реализации в диссертационной работе изложены в следующей последовательности.
В главе 1 даны сведения о деформациях крупных инженерных сооружений, причинах их возникновения, а также выполнен анализ геодезических методов наблюдений с точки зрения применимости их к таким сооружениям, как гидротехнические сооружения.
В главе 2 изложены основные характеристики систем GPS и ГЛОНАСС, методы измерений и определения положения спутниковыми методами, источники ошибок, свойственные спутниковым методам измерений, и методы ослабления их влияния.
В главе 3 излагаются основные рекомендации по наблюдениям за осадками и деформациями крупных инженерных сооружений спутниковым методам, математические обоснования, применение системы прямоугольных топоцентрических координат для решения проблемы мониторинга на примере гидроэлектростанции Саналона (Мексика).
В главе 4 показана возможность практической реализации разработанной в диссертации методики на результатах экспериментальных работ.
В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы, представляемые к защите.
