地基雷達系統IBIS-L在大壩變形監測中的應用分析——科技論文

隨著我國水利工程的快速發展，逐漸出現了一批重點水利項目。在項目建設期間為了深度掌握水利工程的穩定性，就需要對工程變形情況進行預測。當前，工程變形為了全面了解水利工程的穩定性能，希望預測其變形情況。現階段，在觀測工程變形時所應用的方法主要分為地面測量，空間測量和攝影測量。由于上述變形觀測方法均存在不足與缺陷，無法滿足工程變形檢測要求，因此必須開發研究出新型變形監測方法。

1  地基雷達系統IBIS-L分析

地基雷達系統在獲取監測區域觀測圖像時主要是利用微波探測成像方式實現，通過合成孔徑技術和步進頻率能夠全面提升方位與距離的分辨率，能夠其能夠深入處理星載合成孔徑雷達影像的不足問題中，避免其受到時空失相問題影響，利用干涉技術能夠提升變形監測精度。通過雷達技術能夠對被測物表面的微小變形情況進行精確測定。IBIS-L可以應用到遠距離監測目標的位移監測中，通過微波干涉技術實現變形監測。IBIS-L的遙測距離長達4km，測量精度小于0.1mm。相比于全站儀和GPS測量技術來說，IBIS-L能夠全面覆蓋整個監測環境，并且能夠對監測區域的變形規律和原理進行分析探索，降低事故發生率。地基雷達系統IBIS-L主要是結合干涉測量技術，合成孔徑雷達技術和連續波技術，利用合成孔徑能夠獲得監測區域二維影像，并且利用干涉技術獲得相位變化情況。

（1）步進頻率連續波技術：該項技術主要是以不同頻率在時間內所發出的電磁波實現變形監測，利用步進頻率連續波技術能夠確保電磁波的遠程傳輸，還可以給予雷電較高距離向分辨率。雷達所提供的最大頻率帶寬為3×108。

（2）合成孔徑技術：從本質上看，此項技術應當歸入到多普勒分析技術中，在相同距離單元中的不同方位能夠確保其利用運動雷達向散射體間細微的多普勒頻移差全面加強方位維分辨率。簡言之，合成孔徑技術就是通過小天線運動來等效長天線運動，因此稱之為合成孔徑。

（3）大氣擾動影響因素分析：第一，頻譜質心不相同所導致的去相干；第二，基線去相干；第三，時間去相干，包括重訪周期內受到大氣條件和溫度所導致的去相干。雖然星載In合成孔徑雷達技術和地基In合成孔徑雷達技術在獲取地表形變上所應用的技術不存在基線，因此可以忽略星載In合成孔徑雷達技術和地基In合成孔徑雷達技術的去相干，大氣條件所導致的時間去相干已經成為地基In合成孔徑雷達技術加強變形觀測精度的主要因素。

2  大壩變形監測實驗分析

2.1  實驗背景

此次監測區域屬于地區水庫大壩，大壩基礎為寒武系灰巖，兩岸壩肩上部為灰巖和頁巖互層。大壩總庫容量為33億立方米，裝機容量為120.1萬kW。該大壩是雙曲重力拱壩，壩頂長為642.4m，壩高為149m，壩頂高程為204m。

實驗觀測時間為2017年11月13日至14日，觀測時間總計為24小時，共獲取256幅合成孔徑雷達影像，數據采樣的時間間隔為5min。地基雷達系統IBIS-L設備裝置的最大遙測距離為4km，實驗最大觀測距離大約在1266m，設備安置點地質結構比較穩定。觀測點設置在壩體正前方，且設備與大壩間無視線阻礙物，可以對整個壩體和坡岸進行觀測。

2.2  分析和處理實驗數據

在數據監測之前，首先分析了地基雷達系統IBIS-L系統監測獲得的各項數據。圖1為觀測區域的雷達反射功率圖，從圖中數據能夠看出，監測系統可以獲取大壩雷達反射信息，還可以從圖中分辨出江岸，基巖和廠房框架。從信號特征分析圖能夠得出，大壩壩體表現信噪比大于15dB，壩體表面相干系數大于0.7，相位穩定性大于3。按照上述分析能夠看出，地基雷達系統IBIS-L系統可以獲取大壩壩體表面的雷達反射信息，設備數據采集的可靠性比較高。

此次實驗選擇在大壩左側基巖處GCP1作為地面控制點，選擇該點的原因主要是在觀測時間內無明顯變化情況。在壩體上選擇若干個特征點，主要設置在壩體上部，中部和下部。

從圖2能夠看出，在開始觀測時間點到17:38，只有部分點壩體穩定性比較高，其余均出現形變量。17:38之后到18:05，觀察發現，靠近雷達方向的壩體出現線性形變問題，在19:12時，壩體慢慢恢復到初始狀態。等到19:58點開始之后，壩體靠近雷達方向出現線性形變問題，在次日晨間，壩體靠近雷達方向出現線性形變問題，之后逐漸趨于穩定。至午間之后，由于受到外力作用，壩體產生線性形變問題，在半小時后逐漸恢復到初始化狀態。相比于初始化壩體來說，此時壩體出現的形變位移情況比較小。

為了對比分析地基雷達地基雷達系統IBIS-L所獲取的監測數據，在監測期間需要對大壩進行垂線監測，垂線監測方法主要是假設壩底底點為穩定點實行變形位移監測，地基雷達系統IBIS-L系統所獲取的位移值為視線向數據。因此需要將視線向轉化為相對徑向，之后對壩體和壩底間位移差量進行計算，之后對兩種觀測結果進行比較分析。通過比較分析能夠看出，視線向與相對徑向方法所獲得結果的誤差在2mm以內，這主要是由于大氣擾動影響所導致的誤差問題所致。按照比較分析結果可以看出，通過地基雷達系統IBIS-L系統監測大壩變形具有較高的實用性和可靠性，可以有效監測大壩等水利工程變形問題。

3  結語

綜上所述，地基合成孔徑雷達技術主要是通過干涉測量技術獲取細微變形的有效措施，因此被廣泛應用到邊坡工程，橋梁工程和大壩工程變形監測中。相比于傳統變形監測方法來說，地基雷達系統IBIS-L監測方法具備二維成像，高精度以及全天候監測等優勢，因此可以被廣泛應用到壩體變形監測中。此次研究主要是對水庫大壩進行監測實驗，獲得壩體表面特征點視線向時間-位移關系。通過變形監測結果能夠看出，應用地基雷達系統IBIS-L監測方法可以有效獲取大壩變形問題，值得推廣應用。

本文來源：《企業科技與發展》：http://www.007hgw.com/w/kj/21223.html