Разработка методики анализа результатов геодезических измерений пр

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСАДОК И ДЕФОРМАЦИЙ СПУТНИКОВЫМИ МЕТОДАМИ И МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ

С целью экспериментальной проверки предлагаемой методики анализа результатов спутниковых измерений за осадками и смещениями плотины «Саналона» были проведены работы по созданию геодезической сети спутниковыми методами в районе водохранилища.

Водохранилище находится на западном склоне Сьерра Мадре Оксиденталь (западная горная цепь Мадре) в ее нижних отрогах. В данной местности преобладают вулканические горные породы, главным образом интрузивные базальты. Плотина Саналона (из грунтовых материалов) была построена на реке Тамазула в 32 км западнее от города Кульякан штата Синалоа (Мексика). Она представляет собой земляной вал, с левой стороны находится дамба и на правом краю водослив в виде веера со свободным гребнем. Слив плотины Саналона сделан в основном из гранита, который в своей верхней части имеет участок с ярко выраженной альтерацией, доходящей до глубин около 20,0 м.

Как уже отмечалось ранее, при решении данной проблемы установлена целесообразность применения сетевого метода построений. По такому принципу реализована, в частности, локальная сеть в зоне изучаемого объекта. Для иллюстрации на рис. 1 приведена схема расположения опорных и рабочих пунктов.

Рабочие пункты CASETA, B, A и TEMPLETE находятся на гребне плотины, а опорные - вне зоны деформации в стабильных и прочных породах.

На плотине «Саналона» за исходные пункты приняты точки: CACTUS, LOMA и CULEBRA, расположенные в нижнем бьефе за пределами зоны деформаций.

Основное требование, предъявляемое к опорным пунктам и к технологии их закрепления на местности, сводится к обеспечению максимальной стабильности их местоположения в течение времени.

В общем комплексе экспериментальных исследований, относящихся к принципам построения локальных спутниковых геодезических сетей, должное внимание было уделено также обоснованию выбора длительности сеанса наблюдений, которая позволяет производить спутниковые определения на требуемом уровне точности.

В результате анализа опубликованных работ, было решено при производстве работ на плотине проводить сеансы наблюдений в течении одного часа. Измерения на всех пунктах производились двухчастотными геодезическими приемниками: 4 приемника «Z-200» фирмы ASTECH.

При условии соблюдения всех технических требований, погрешность взаимных положений двух смежных пунктов этими типами приемников не должна превышать 3-5 мм соответственно.

В таблице 1 приведены пространственные прямоугольные координаты X, Y, Z и геодезические эллипсоидальные координаты ,, рабочих пунктов первого цикла наблюдений, полученные в результате уравнивания базисных векторов с учетом их ковариационных матриц по рекуррентному алгоритму с контролем и исключением грубых ошибок.

Средние квадратические ошибки пространственных прямоугольных координат X, Y, Z рабочих пунктов из уравнивания даны в табл. 2

В таблице 3 приведены топоцентрические декартовые координаты рабочих пунктов и их оценка точности, выполненная по формулам (28), разработанным автором диссертационной работы.

Таблица 1

Таблица 2

Рабочие пункты	,мм	,мм	,мм
CASETA	3,6	8,1	3,3
A	3,4	7,4	3,4
B	2,9	6,8	3,7
TEMPLETE	3,3	8,3	4,2

Таблица 3

Рабочие пункты	, м	, мм	, м	, мм	, м	, мм
CAS E T A	677,40160	4,3	-515,66011	4,1	48,80393	7,2
A	548,46324	4,4	169,44743	4,7	46,27031	6,5
B	542,14086	3,5	108,35801	3,9	46,25478	5,4
TEMP	722,20086	4,1	550,61294	5,3	47,46935	7,1

Из табл. 2 и 3, видно, что точность топоцентрических прямоугольных координат после перехода от геоцентрических к топоцентрическим прямоугольным координатам остается практически одной и тоже.

Основная цель проведенных в этой области экспериментов состояла в практическом подтверждении эффективности действия изложенных выше предпосылок, изыскании надежных критериев оценки применения топоцентрических декартовых координат и конкретизации практической реализации рекомендуемых методов.

В таблице 4 приведены топоцентрические декартовые координаты, полученные по результатам наблюдений в период с января 2005 г. по июль 2006 г.

В табл. 5, 6, 7 и 8 приведены уклонения координат рабочих пунктов от начального момента в каждом цикле измерений.

Таблица 4

Рабочие пункты	Дата наблюдений	Топоцентрические декартовые координаты рабочих пунктов
		, м	, м	, м
CAST	24-25.01.2005 18-19.07.2005 11-12.01.2006 02-03.07.2006	677,40160 ,40722 ,41047 ,40474	-515,66011 ,65871 ,66721 ,66301	48,80393 ,79822 ,79617 ,79432
A	24-25.01.2005 18-19.07.2005 11-12.01.2006 02-03.07.2006	548,46324 ,46075 ,47016 ,46383	169,44743 ,45062 ,44621 ,45164	46,27031 ,26715 ,26426 ,26241
B	24-25.01.2005 18-19.07.2005 11-12.01.2006 02-03.07.2006	542,14086 ,13518 ,13987 ,13629	108,35801 ,35019 ,35211 ,35651	46,25478 ,24935 ,25116 ,24675
TEMP	24-25.01.2005 18-19.07.2005 11-12.01.2006 02-03.07.2006	722,20086 ,20913 ,20399 ,20649	550,61294 ,61961 ,61651 ,62053	47,46935 ,46615 ,46487 ,46252

Таблица 5

Таблица 6

Таблица 7

Рабочий пункт B
№ циклов	Интервал времени (сутки)	(в мм)	(в мм)	(в мм)
0	0	0	0	0
1	176	-6	-8	-6
2	354	-1	-6	-4
3	527	-5	-2	-8

Таблица 8

Рабочий пункт TEMP
№ циклов	Интервал времени (сутки)	(в мм)	(в мм)	(в мм)
0	0	0	0	0
1	176	+8	+7	-3
2	354	+3	+3	-4
3	527	+5	+7	-7

Из рассмотрения этих графиков представляется возможным сделать выводы:

1. Средние квадратические погрешности определения смещений и осадок рабочих пунктов составили соответственно по осям , , , а предельные ,,.

2. Измеренные смещения и осадки рабочих пунктов находятся в пределах до 10 мм по всем осям, что меньше предельной погрешности измерений этих смещений и осадок всех наблюдаемых пунктов.

3. Из этого можно заключить, что деформации плотины, превосходящие точность измерений, не обнаружены.

Сравнение превышений между пунктами показало, что их изменения за последние 1,5 года находятся в пределах точности измерений (менее 5 мм).

Характерная особенность применения топоцентрических прямоугольных координат при изучении осадок и горизонтальных смещений инженерных сооружений состоит в том, что в отличие от остальных систем координат преобразование осуществляется сравнительно просто; так как формулы позволяют получить изменение координат рабочих пунктов относительно исходной точки, условная поверхность отсчета высоты проходит через исходную точку, исключается необходимость редуцирования результатов измерений на референц-эллипсоид, а потом на плоскость, точность вычисления координат после перехода от геоцентрических к топоцентрическим прямоугольным координатам не снижает точности геоцентрических координат после уравнивания.

Представленные в главе результаты опытно-производственных работ по геодезической спутниковой сети подтверждают эффективность применения спутниковых измерений на основе разработанной в диссертации методики и указывают, что не происходить деформаций тела плотины, превосходящих 10-15 мм, т.е. точность предполагаемого метода.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе исследований, проведенных в настоящей диссертационной работе, представляется возможным сделать обобщенный вывод о том, что представленный материал охватывает комплекс вопросов, относящихся к разработке методов исследования деформационных процессов применительно к крупным инженерным сооружениям. В основу разработанного метода положены современные возможности определения осадок и смещений на основе применения топоцентрических прямоугольных координат с применением глобальных спутниковых навигационных систем. При этом в процессе реализации упомянутого комплекса решены следующие задачи:

1. Разработана методика обработки результатов спутниковых измерений с целью выявления деформаций крупных инженерных сооружений, используя топоцентрическую систему координат.

2. Точностные исследования разработанной методики обработки результатов спутниковых измерений показали, что средние квадратические ошибки деформационных характеристик наблюдаемых объектов зависят только от точности определения приращений координат и не зависят от точности определения абсолютных координат и от точности знания аномалий высот в районе выполненных работ.

3. Предложенный метод спутниковых измерений при мониторинге крупных инженерных сооружений позволит существенно сократить время поиска признаков деформаций в условиях Мексики.

4. Усовершенствован процесс проведения на геодезических сетях полевых спутниковых измерений и процедур последующей обработки результатов измерений с тем, чтобы на их основе получать надежные значения изучаемых деформаций.

5. Выявлены математические зависимости изменения точности топоцентрических декартовых координат при анализе деформаций крупных инженерных сооружений.

6. Предположенный метод изучения деформаций не выявлен на изучаемом объекте признаков смещений и осадок.

Новые принципы установления и дальнейшего развития системы топоцентрических прямоугольных координат при изучении деформационных процессов электроэнергетических объектов в Мексике на основе современных спутниковых технологий обуславливают необходимость изменения структуры геодезического обеспечения.

Результаты экспериментальных производственных работ, подтверждают высокую эффективность применения GPS-методов при изучений деформаций крупных инженерных сооружений.

Публикации по теме диссертации

1. Трехо Сото Мануэль. Применение топоцентрических прямоугольных координат при изучении деформаций крупных инженерных сооружений спутниковыми методами. Известия ВУЗов, Геодезия и аэрофотосъёмка, N 5, 2006, с. 53-60.

2. Трехо Сото Мануэль. Оценка точности топоцентрических прямоугольных координат при изучении деформаций крупных инженерных сооружений спутниковыми методами. Известия ВУЗов, Геодезия и аэрофотосъёмка, N 6, 2006, с. 75-86.

3. Трехо Сото Мануэль. Математический анализ спутниковых геодезических сетей при изучении деформаций инженерных сооружений. Геодезияиаэрофотосъёмка, N 1, 2007, с. 67-75.

4. García López Ramón, Moraila Valenzuela Carlos, López Moreno Manuel, Vázquez Becerra Esteban, Balderrama Corral Rigoberto, Plata Rocha Wenseslao y Trejo Soto Manuel. Solución del Campo de Gravedad Empleando Datos Combinados de las misiones GRACE y CHAMP usando el principio de Conservación de la energía. Reunion Annual de la Union Geofisica Mexicana. (29Oct-3Nov, 2006). ugm.mx.