Differentiell GPS för rörelsemätning av betongdammar Kraftindustrins Betongdag 2015 2015-04-23 1
Resultat från doktorandprojekt 2006 Tillståndskontroll av betongdammar genom instrumentering för automatisk övervakning Projekt i forskningskonsortiet Väg/Bro&Damm/Tunnel (VBT) Disputation 30 november 2006 Finansiering: Vinnova LTH Energiforsk och Vattenfall Avdelningen för Teknisk Geologi vid LTH Handledning av Docent Peter Ulriksen Industrihandledning av Professor Jan Alemo < www.researchgate.net > 2
Konventionell datainsamling VATTENKRAFTVERK INTRANÄT Givare Logger Databas Användargränssnitt Övervakningssystem finns redan Ytterligare parallella system är inte önskvärt Integrering önskvärt Analys av information som samlas in bör göras via ett gränssnitt Ansvaret för rutinmässig uppföljning bör ligga på underhållsorganisationen 3
Beståndet av Betongdammar (2006) 20 1939 Medelålder 69 år Number of dams 15 10 5 80% Betong (212 st) 0 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 Year 4
Doktorandprojektets syfte & mål Syfte Ta fram goda exempel på hur betongdammar kan instrumenteras: Möta krav på hög säkerhet Skaffa tekniskt stöd i beslut som rör underhåll och reparationer Mål Anpassa och utveckla metodik för automatiserad övervakning 5
Metodval Fokus på idag ej konventionella metoder: Nya mätmetoder Konventionella metoder på ett sätt som ger nya tillämpningar Kostnad, enkelhet & prestanda GPS TDR Kamera Rörelser Tryck Rörelser Rörelser 6
Fältstudier Porjus Älvkarleby GPS Alvik
Dammkrönsmätningar Dammkrönsmätningar genomförs regelbundet Mätdubbar mäts in med Totalstation Dammkrönets läge beror av - Reversibla deformationer: Temperatur & vattennivå - Irreversibla deformationer: Skador Det är fördelaktigt med långa tidsserier och korta mätintervall - Kan övervakningen automatiseras? - Hur små rörelser kan detekteras med enkla GPS-mottagare?
Mätprincip Satellit 2 Känd position Satellit 4 Känd position För positionsbestämning så behöves samtidig mottagning av radiosignaler från minst fyra satelliter. Satellit 1 Känd position Satellit 3 Känd position Mottagaren använder inskärning för att beräkna positionen. Informationsbärare: - bärvåg - med modulerad kod
Varianter 1. GPS 2. DGPS 10 meter 0,5-2 meter FM-radio (EPOS), Radiofyrar (SjöV), Geostationära satelliter Lantmäteriverket Lantmäteriverket 3. RTK 4. Relativ mätning 0,5-5 centimeter Regional positionstjänst? centimeter Lantmäteriverket
Metod 4: Relativ mätning 290 m ROVER BASSTATION Dalälven EFTERPROCESSERING 11
Resultat Storfallsdammen (1) b) September 39.338 December 20 North-south component [m] 39.336 39.334 39.332 39.330 39.328 39.326 15 10 5 0-5 -10 Temperature [ C] Ca 10 mm 39.324-15 09/09 09/16 09/23 09/30 10/07 10/14 10/21 10/28 11/04 11/11 11/18 11/25 12/02 12/09 12/16 Rörelser i nord-sydlig riktning 12
Resultat Storfallsdammen (2) c) September 252.920 December 20 East-west component [m] 252.915 252.910 252.905 15 10 5 0-5 -10 Temperature [ C] Ca 5 mm 252.900 09/09 09/16 09/23 09/30 10/07 10/14 10/21 10/28 11/04 11/11 11/18 11/25 12/02 12/09 12/16-15 Rörelser i öst-västlig riktning 13
Resultat Storfallsdammen (3) South --------- North [m] 39.338 39.336 39.334 39.332 39.330 44 41 42 43 45 4445 43 4345 45 41 40 41 45 46 43 46 47 47 42 40 42 48 48 Stopp: 50 50 49 5150 48 50 48 48 4949 49 40 50 10 mm 39.328 39.326 Start: 37 38 38 37 40 252.902 252.904 252.906 252.908 252.910 West --------- East [m] 40 7 mm 14
Test: Kontrollerad Rörelse - x + x N Rover Servomotor Antenn Rover ~ 1.5 m Mottagare Mottagare Kontrollenhet Antenn Basstation 15
Testresultat Rörelser i nord-sydlig riktning Position [m] Difference [m] 0.0015 0.0005-0.0005-0.0015 0.0080 0.0060 0.0040 0.0020 GPS-position Kontrollposition North-south component [m] 39.500 39.480 39.460 39.440 39.420 39.400 39.380 39.360 39.340 2.0 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 PDOP 0.0000 2 mm 4 mm 8 mm 39.320 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 1.0 Time [min] Rörelser i öst-västlig riktning: Standardavvikelse 1.5 mm 16
Slutsatser 2006 Brukslaster ger upphov till reversibla deformationer Tidig upptäckt av irreversibla deformationer kräver kontinuerliga mätserier Relativ GPS-mätning kan användas för dammkrönsövervakning: - Positionsbestämning kan göras med 2-3 millimeters noggrannhet - Kräver efterprocessering av >90 minuter långa mätserier - Instrumentkostnaden är acceptabel - Kräver kraftfull kommunikationslänk - Vidareutveckling krävs för automatisering 17
Tack för uppmärksamheten!