输电塔与流体静力水准系统:监测测量改进和绩效评估

文摘

流体静力水准系统(HLS)是一种自动化的高精度测量技术广泛应用于垂直位移监测。本文重点是评估的性能HLS输电塔的变形监测基地一起斜率传感器和位移计。监测结果表明,HLS测量强烈受环境温度的影响。因此,获得的实际变形监测目标,测量应进一步处理以减少温度对结果的影响。为此,四个数据处理方案,提出了基于频率的处理(即。,日复一日,每月、季度或每年)。结果表明,季度处理方案有效地降低了温度对变形测量的影响,因此提供最准确的结果在四个方案考虑。HLS测量符合自校正后,边坡的独立监测结果传感器和位移计,拟议的修正策略是可行的,为类似的监控场景可能被认为在未来。

1。介绍

垂直位移监测对评估基础设施的健康状况很重要。无数的垂直位移监测方法已经使用,如精密水准测量、三角水准测量,全球导航卫星系统(GNSS)技术,流体静力水准系统(hls)。HLS高度精确,在这些方法中,自动化,广泛使用的测量技术。HLS的测量精度约1毫米级别,甚至能方法μ米(1]。由于高度的自动化和连续操作测量精度高、hls已经广泛应用于困难的情况下,如条件涉及高辐射、高风险,有限的空间,空气扰动。例如,成功的桥梁监测变化与hls已报告在2- - - - - -6),测量结果显示满足协议应变和应力测量的结果。此外,连续长期监测结果从HLS变形建模提供了必要的信息,保证桥梁结构的安全。阴(7)应用HLS测量大都市的火车隧道的垂直位移响应;自动化的能力和连续性的方法提供了一个明确的优势精密水准测量不能用于监控列车运行期间。马丁(8应用一个HLS组成的500多个传感器测量垂直位移响应欧洲同步辐射设备(ESRF)和系统精度约1 - 3μm /短时间内,与水平和倾斜调查数据满足协议。特别是HLS也被成功地用来控制在机器调整千斤顶引起的垂直运动。例如,魏et al。9]应用组成的HLS 192传感器监控垂直位置以及磁铁的俯仰和偏航梁在瑞士光源(SLS)存储环,在短时间内获得了微米精度。经历三年的HLS受雇于SLS存储环显示不仅长期HLS稳定,但一个非常稳定的储存环的基础。的高精度HLS在短期甚至允许引起的结构变形的观测太阳和月亮的引力(即。潮汐效应)。Morishita和Ikegami10HLS由13]应用一个传感器来提高日本质子加速器研究复杂的操作稳定性(日本)直线加速器通过提供一个监控精度约为0.02 - 1毫米。一个周期潮汐效应引起的倾斜测量HLS,表明该系统可以提供必要的监控信息保障安全的日本直线加速器操作。虽然hls有许多优势,在特定温度的显著影响液体的体积大大减少了这种系统的稳定性(11- - - - - -14]。因此,获得的实际变形监测目标,应该进一步处理以减少测量环境温度对监测结果的影响。

本文侧重于监测输电杆塔基础的垂直位移响应使用HLS。在数据处理阶段,我们分析了环境温度对测量结果的影响和发展四个处理方案来减少温度的影响。四个处理方案包括处理测量日复一日,每月、每季度、每年。结果表明,季度处理方案提供最准确的结果的四个方案考虑。

2。液压调平系统的工作原理

hls使用一个高度精确的技术基于连通器的原理来监视微分垂直的定居点。如图1相关的血管,仪器是由双电路组成的液体电路和电路。

HLS如图1是由监视点 ,监控点1是表示作为参考点。在初始状态,高度差异组装飞机的船只和基础的高度是 。水位和组装飞机之间的距离 。因此,

监视点之间的不平等的协议后,改变在组装飞机和船舶之间的高度差异基础的高度是 ,在哪里表示离散的监测时间。水位和组装飞机之间的距离 。因此,

为监控状态,相对沉降的监测和参考点1可以计算

结合(1),(2)和(3)的收益率

因此,我们可以计算相对沉降监测有关的任何点和参考点使用水位之间的距离测量和船组装飞机(例如, )通过传感器获得。

HLS传感器的主要类型包括差动变压器式、光电式、振弦式、电容式、超声波式、中类型。本研究采用该模型4650结算系统(Geokon Inc .)、美国)如图2,其主要规格表中列出1(http://www.geokon.com)。4650年结算系统目的是测量两点之间的沉降差。水库位于一个稳定的参考点和被连接到一个传感器由两个液体的管道位于结算点。传感器感知的压力管中的液体,这提供了一个测量液柱的高度,因此衡量水库和传感器之间的高差。

温度效应对液体体积和液体的扩张和收缩范围可能相当复杂(例如,systems exposed to sunlight may suffer from rapid temperature changes at different parts of the system causing significant fluctuation of the readings). According to [15),温度可以通过两种方式影响系统。一是由于液体的热膨胀系数的差异及其附件、管道,导致明显的改变系统中液体的体积。另一个是由于整个系统热梯度的存在,导致液体的密度梯度。考虑这些影响,海拔高度, ,温度的修正 在哪里是传感器在安装高程,变化的储层内的液面玻璃,随后的传感器读数,是最初的传感器读数,是初始温度,是当前温度,(米/数字)传感器提供的校准系数,和温度校正系数包含在校准表。值得注意的是,沿线的温度传感器的异构性也会影响测量结果。考虑到HLS使用管道和热绝缘监测系统有能力控制热绝缘性能,效果应该可以忽略不计。因此,我们在这里只考虑提出的影响附近的温度传感器。

因此,解决( )参考点之间(ref)表示为结算点(我)表示如下:

3所示。实验结果和分析

3.1。实验背景和项目

的解决输电塔的塔会导致扭曲的身体,甚至导致塔的整体倾向和崩溃的身体。监测目标项目是一个输电塔(163 #塔表示)的高度为74.4米,它支持500千伏输电线路从Pingshi城市韶关城市。陡峭的山坡上,塔定位经历了轻微的滑坡,钢筋锚固技术。为了确保大厦的安全,需要密切监测。传统精密水准测量是第一选择这样一个目的。然而,由于这一事实的最大高度区别四个输电杆塔结算总额约为6米,很难进行平整。为了自动监控的基础的稳定实时附近163 #塔,我们已经安装了多种类型的传感器(即。7米范围HLS等)的基础上163 #塔和收集传感器数据基于GPRS无线网络(见图3)。监控系统由4650 HLS模型包括一个参考传感器和监控传感器(分别表示为S1和S2(图2)),BGK 6150双轴坡度传感器(Q1)表示,3427年和三个BGK容积式流量计传感器(分别表示为W1 W2,和W3)。图4说明了传感器安装概要163 #塔基,如图5监控系统的现场照片,和参考点是由钢管钻入岩石层(见图5)。所有传感器都是由专业技术人员安装在监控期间中国Geokon和正常工作。考虑到系统校准,在正常操作状态,不应该有系统的校准测量中的错误。HLS主要是用于监测输电杆塔的垂直位移的立足点,在S1和S2是安装在参考站和监测站,分别。传感器Q1(安装在输电杆塔基础的顶部)主要是用于监测输电杆塔基础的水平位移在两个垂直的方向,表示为A和B的方向图5。传感器W1 W2,和W3主要是用于监测边坡顶部附近的位移监测输电杆塔基础;此外,传感器监测结果从W1 W2, W3, Q1也可以用来检查HLS的结果。传感器安装后,进行持续的监控为2年(即。2014年1月1日至2015年12月31日)的采样率6 h。传感器数据采集完成使用Geokon BGK-Micro-40数据采集系统(http://www.geokon.com.cn/),自动记录和传输数据在0:00,6:00,12:00,每天和18:00小时基于GPRS无线网络。

3.2。原始实验数据的综合分析

由于电力中断和不正确的采样率的设置,为每个传感器失踪347监控记录。总的来说,2573年监测数据记录为每个传感器获得的成功。随后,HLS被淘汰的91个监测数据记录的基础上仪器技术规格(见表1),表中列出的细节2。

Q1的测量结果如图所示6,最后累积位移监测输电杆塔基础的−0.1毫米和0。7毫米的A和B的方向,分别。此外,累积位移在±3.5毫米在A和B方向监测期间。的测量结果W1 W2, W3图所示7。附近的累积水平位移斜率输电杆塔基础从W1, W2,和W3−1.6毫米,5.2毫米,9.0毫米,分别。如图,累积位移从W1逐渐趋于稳定;然而,累积位移W2和W3的加速下降过程从2014年7月至8月期间;主要原因是有更多的降雨在这个时期,之后位移逐渐变得缓慢,每月的位移是W2和W3约0.2毫米。因此,当考虑到测量误差等因素和天气状况,输电杆塔基础的桩基础可以被视为已经稳定在水平方向上。

相对解决输电杆塔基础是首先计算使用(6基于获得的原始测量数据从S1和S2,结果如图所示8。如图,最后参考之间的相对沉降和监控是−3.8厘米在监测期间。此外,满两年的监测结果显示重要的年度周期趋势,和最大的结果是−5.4厘米。

原始实验数据的综合分析表明,该基金会在输电杆塔基础有一个轻微的位移(见图6,7,8);然而,有一个冲突HLS监测结果。即解决在不同采样时期明显不同(也就是一天。,the maximum difference of the relative settlement was about 3 cm at 6 : 00 and 12 : 00 on the same day; see Figure8),从传感器W2和W3和水平位移很小,甚至不合理考虑温度效应等因素的混凝土基础。我们将差异归因于HLS环境温度影响的效果没有很好地与供应商提供的校准参数修正。相关的原因可能是更复杂的温度场环境的变化。

如图9、振动频率和温度测量强烈相关,特别是对S2,这表明温度传感器读数产生重大影响。S1和S2的线性相关性也可以看到在图10提出了振动频率和温度两个轴,分别。减少的效果,应确定振动频率和温度之间的关系。

如图10振动频率和温度之间的关系,几乎是线性的(注意,温度和之间的关系不是线性的参数)。因此,根据线性模型可以确定的关系如下: 在哪里频率测量,是温度测量,是一个常数。

重要的是要确定一个优化的处理方案来计算为减缓温度效应。

由于温度的显著影响振弦式传感器、频率测量的频率是HLS的直接观察,必须根据温度调整频率测量之前将它转化为一个垂直位移。包括温度的影响,船水位的变化在任何监测传感器点或参考点可以计算如下: 在哪里是当前的传感器和温度读数频率测量的温度修正系数。的价值可以从一个适当的计算模型,选择根据温度和振动频率的测量之间的关系。适当的计算代表了这项工作的主要问题之一。最后,决定如下:

3.3。计算方案的温度修正系数

为了减小温度对振动频率的影响观察,关键是建立温度和振动频率观察HLS之间的关系。节3.2,我们分析了振动频率和温度的关系测量HLS和关系可以确定根据线性模型。温度变化有一定的关系与一个特定的时间段,如天,月。因此,计算的主要目的每天、每月、季度和年度监测数据是确定最优系数的计算方案 ,这是合理的(参见图吗9)。我们的实验来计算每天、每月、季度和年度监测数据,表示,计划,B, C和D,分别。主要步骤如下:系数首先计算了选择期监测数据(例如,在季度,一年有4个系数),然后选择时期原始观测与相应的修正系数频率 。最后S1和S2之间的相对沉降计算修正频率观测基础上(9)。所有的计算方案应用于S1和S2。然而,只有S2为例进行讨论和分析。

时间序列的统计数据 ,相关系数 ,和residual-based均方根(RMS)获得根据四个计算方案表中列出3。很明显,平均振动频率和温度之间的线性相关性很高,因为时间序列值都大于0.940。还发现,平均残差的均方根值低于0.610赫兹方案B和C,表明这两个处理方案可能是最好的。

为进一步分析,然后S2的相对沉降计算使用(9)四个每天日常监测时间值的基础上获得的。结果如图所示11S2,横轴表示系数的数量 ,的数量,纵轴代表监测天图11。例如,当监测期是10天,图11显示所有计算值及其对应的10天内纠正监测结果(注意,系数是一个参数随时间更新)。如图11,不同的日常值计算的相对定居点可以提供不同的沉降值相同的一天。这个数据处理方案的结果与监测数据的增加逐渐恶化,这意味着最优系数可能对应于一个特定的监控时间窗口等一个月。

3.4。纠正相对定居点

S1和S2的频率测量校正使用的值通过四个计算方案讨论。S1和S2的水位变化,然后计算使用(8)和S2的相对沉降计算(9)。因为它是很有意义的考虑传感器之间的相对沉降S1和S2为每个传感器,而不是绝对沉降相对定居点的时间序列图所示12,表中列出的数据4。在图12和表4、R1、R2、R3和R4对应结果使用计算方案,B, C和D,分别。最初的结果是未修正的结果。

如图12和表4,与原来的结果相比,R3结果观察到是最好的的四个计算方案,提供最终的相对定居点−1.1−0.7−1.9−0.5厘米(0):00,6:00,12:00,和18:00。与此同时,变化相对定居点更稳定在0:00,6:00,和18:00。根据计算方案C(季度计划)的相对定居点S2从所有测量数据然后计算(7),(8)和(9),结果如图所示13(S1和S2的频率观测传感器独立temperature-corrected)。相对定居点如图140:00,6:00,12:00,和18:00。

如数据所示13和14,最终相对定居点的监视点−−1.5厘米和3.8厘米前后温度修正。在监测期间,最大相对定居点的监视点−−2.7厘米和5.4厘米前后温度修正。显然,纠正结果符合Q1的监测结果,W1, W2, W3(见图6,7,8),在不同的时间和解决结果有更好的一致性(见图8和14),这表明季度处理方案提供了一个极好的温度校正和将来可能会考虑类似的监控场景。基于上述结果,我们认为我们的温度修正结果是可靠的。

4所示。结论

本文专注于改进测量方法从线振获得HLS准确会计使用四个不同的温度效应计算方案。基于输电杆塔基础的监测结果,可以得出以下结论。(1)原始实验数据的综合分析表明,温度的影响在HLS暴露在太阳非常大,它是强制性的要考虑温度校正。为了减少温度的影响在HLS,我们确定振动频率和温度之间的关系,遵循线性模型。(2)实验结果表明,每天、每月、每季度、每年计算方案提供不同温度校正的结果,而相对定居点的变化更合理(0:00,6:00,和18:00从季度计算方案。同时,纠正结果最符合独立监测结果从一个双轴坡度传感器(Q1)和位移米(W1 W2,和W3)。(3)实验结果的综合分析表明,输电杆塔基础的桩基础已解决,没有倾向。总的来说,输电杆塔基础的桩基础是逐渐稳定。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者欣然承认金融支持中国的国家自然科学基金(批准号。41674006,41674006,41304011)。他们也感谢匿名评论者的评论显著改进手稿的明确性。

引用

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