【文章內容簡介】 光學特性使得它不能工作在雨雪天氣，夜里也無法完成測量作業(yè)， GNSS 技術由于其全天候作業(yè)的特點不但可以取代傳統(tǒng)的測量作業(yè)方式，而且可以將 GNSS 信號傳輸到控制中心，實現數據自動化傳輸、管理和分析處理。 GNSS 用于變形監(jiān)測雖具有突出的優(yōu)點， 所以 GNSS 技術在 安全監(jiān)測方面一定會有 廣闊的應用前景。 GNSS 自動化監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展 GNSS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）自八十年代中期投入民用后，已廣泛地在導航、定位等各領域應用， 尤其在測量界的控制測量中起了劃時代的作用。正因為是它在相對定位中的高精度、高效益、全天候、不需通視等優(yōu)點，使人們普遍采用其來代替常規(guī)的三角、三邊、邊角等方法，并在理論、實踐中取得了可喜的成果。在精密工程變形監(jiān)測中也逐步得到廣泛的應用。 隨著社會經濟和科學技術的快速發(fā)展，為了更有效保障國家財產及人生安全，利用傳統(tǒng)的變形監(jiān)測手段越來越不能滿足變形監(jiān)測要求，這就迫切需要性能更可靠的設備來監(jiān)測大橋的形變。目前，隨著 GNSS 技術的不斷成熟， GNSS 自動化監(jiān)測系統(tǒng)已經在橋梁、滑坡、建筑、地震、大壩等行業(yè)中應用并取得很好 的效益。 GNSS 自動化監(jiān)測系統(tǒng)儀器以其卓越的性能受到專家的好評。 從國內外的有關研究和應用可以看出 GNSS 是一個非常有效的 GNSS 監(jiān)測技術， GNSS 與其它傳感器結合用于滑坡監(jiān)測已形成了趨勢。目前 GNSS 在滑坡中的最高精度在毫米級。而 司南 GNSS 監(jiān)測系統(tǒng)已經做到數據自動傳輸、自動解算處理、準實時測量結果和測量結果圖形演示 ，自動預警報警。 自動化監(jiān)測的優(yōu)點 自動化監(jiān)測系統(tǒng)允許以任意間隔采樣 典型間隔可以是按 秒、 分鐘、小時或者按天。測試精度得以提高，數據可以遠程處理，從而向項目組提供有用信息。當然 ，還有其它益處包括： 1) 避免人工讀數和記錄引起的人為誤差。 7 2) 可以實現遠程以及惡劣天氣條件下采集數據。 3) 每天可進行 7*24 小時連續(xù)監(jiān)測 。 4) 連續(xù)監(jiān)測能快速檢測到臨界變化，能在事態(tài)惡化之前采取處理措施。 5) 自動化監(jiān)測系統(tǒng)可以按程序步驟監(jiān)測限定閥值、變化速率，從而能在超出預定極限值時自動報警。 很多工程師認為自動化監(jiān)測是 “ 黑箱 ” ，可見的查驗以及寶貴的經驗都被冷冰冰的電路板和繼電器將所存在的問題通過警報而取代了。事實上，自動化連續(xù)監(jiān)測所獲得的數據能向工程師提供被監(jiān)測結構很多肉眼不易察覺的新的特征信息。它們拓展 了工程師的視野， 對結構響應有深入的理解。不僅如此，應用自動化監(jiān)測系統(tǒng)，結合先進分析工具，工程師能享受到這些廉價的新技術優(yōu)勢，而不用犧牲 滑坡區(qū) 的安全。 司南變形監(jiān)測應用實例 露天礦 大壩 華能伊敏河露天礦 大壩 自動化監(jiān)測 華能伊敏露天煤礦為五大露天礦之一，位于內蒙古呼倫貝爾市鄂溫克旗境內，為華能集團全資擁有企業(yè)，隸屬華能呼倫貝爾能源開發(fā)有限公司。 8 露天礦東端幫建設 GNSS(GPS+BDS)監(jiān)測系統(tǒng)，在地表以及 大壩 安裝位移監(jiān)測點 9 臺。系統(tǒng)采用太陽能供電，利用無線通訊方式將數據實時傳 送回監(jiān)測辦公室。監(jiān)測人員利用實時數據來分析 大壩 穩(wěn)定性以及應對措施，以便為安全生產提供保障。 9 、水電站高 大壩 長河壩泄洪洞 大壩 監(jiān)測系統(tǒng) 長河壩水電站位于四川省 甘孜藏族自治州 康定縣 境內，為 大渡河 干流水電梯級開發(fā)的第 10級電站，工程區(qū)地處大渡河上游金湯河口以下約 4km～ 7km河段上，壩址上距丹巴縣城 82km ，下距滬定縣城 49km。長河壩水電站為大渡河梯級開發(fā)的骨干電站，由 大唐國際發(fā)電股份有限公司 投資開發(fā)的一等大 (1)型水電工程，長河壩水電站樞紐建筑物主要由礫石土心墻壩、泄洪 系統(tǒng)、引水發(fā)電系統(tǒng)組成 ,電站裝機容量 2600MW，近期多年平均發(fā)電量約 億 ，枯水期平均出力約 376MW，遠景可達 億 和 638MW。電站水庫正常蓄水位 1690m，正常蓄水位下庫容為 億立方米，其中死庫容為 億立方米，為季調節(jié)水庫。項目總投資 2320948 萬元。 10 安全監(jiān)測系統(tǒng)布設在長河壩水電站的泄洪、放空洞進口，共 38 個監(jiān)測點，采用 GPS+北斗的監(jiān)測方式，實時監(jiān)測 大壩 穩(wěn)定性情況。利用風光互補的方式進行供電，通過無線網絡實時傳送到監(jiān)測辦公室服務器，通過解算軟件以及分析 軟件，監(jiān)測人員可實時了解分析 大壩 的穩(wěn)定性，以便做出對應方案。為水電站安全生產保駕護航。 11 、高速公路 大壩 — 寧武高速（政和段） 大壩 自動化監(jiān)測系統(tǒng) 寧武高速公路，全稱 寧德 至 武夷山 高速公路，起于 沈海 線福寧高速公路灣塢樞紐互通，經 福安 、 周寧 、 政和 、 建陽 、武夷山，終于 江西 上饒 ，全長 公里，采用 80 公里 /小時高速公路標準建設 ；寧武高速公路是規(guī)劃的 國家高速公路 “ 二縱 ” 沈陽 至 ?？?線的第四條聯(lián)絡線，起于 福建 寧德市 ，終于 江西 上饒 。 其中政和段，位移武夷山政和縣，處于山區(qū)，形成多處高速 大壩 。 12 寧武高速（政和段） 大壩 自動化監(jiān)測系統(tǒng)共布設 GNSS 監(jiān)測點 3 個，依照 大壩 地質情況，分布在 大壩 上。數據通過高速光纖通訊系統(tǒng)，實時傳送回監(jiān)測辦公室，工作人員可實時掌握 大壩 穩(wěn)定性，并與其他圖像傳感器等對照，保障高速公路的交通安全。 13 、土石壩體 中國黃金集團峪耳崖金礦尾礦庫壩體位移監(jiān)測系統(tǒng) 中金黃金股份有限公司河北峪耳崖金礦，位于河北省承德市寬城滿族自治縣境內。礦區(qū)北距承德市 127 公里；南距唐山市 152 公里；目前正在興建的承德 秦皇島出 海公路經由該礦，交通十分便利。 1997 年，峪耳崖金礦產金突破了 32020兩大關，昂首邁進 “ 噸金礦 ” 行列。建礦以來，共生產黃金 45 萬兩，創(chuàng)造利潤 億元，成為具有國內先進水平的國家重點黃金企業(yè)。該礦先后獲得國家級黃金工業(yè)發(fā)展做出突出貢獻的先進集體、省級先進企業(yè)、河北省學邯鋼先進企業(yè)、河北省工業(yè)污染治理達標企業(yè)、承德市優(yōu)秀企業(yè)、承德市質量管理先進單位等榮譽稱號。 2020 年 6 月，峪耳崖金礦經改制進入中金黃金股份有限公司， 2020 年， 14 改制成立河北峪耳崖黃金礦業(yè)有限責任公司，從此步入了全新的發(fā)展軌道 。 15 大壩 GNSS 自動化監(jiān)測預警系統(tǒng)的介紹 GNSS 自動化監(jiān)測預警系統(tǒng)，主要應用現代化的傳感技術、 GNSS、 計算機技術、現代網絡通訊通信技術對在不同的天氣或環(huán)境下 準 實時反映 滑坡區(qū)域 變形情況，根據對實時位移數據的實時分析 ，對 分析后 適當的數據存儲、分類、 提取、統(tǒng)計等處理，為中心站日常管理提供各類報表、圖形，為 大壩 預警分析提供決策依據和參考 以達到在最短的時間 通過短消息、 EMAIL 或者聲響 預警、報警的功效，如下面示意圖： 系統(tǒng)功能示意圖 另外，本系統(tǒng)還可實現 預警站點分布圖、預警站點基本情況的計算機的初級顯示 等功能。 大壩 GNSS 自動化監(jiān)測預警系統(tǒng)原理和方法 本系統(tǒng) 采用成熟的 INTERNET 技術 、 司南 高精度 GNSS 準動態(tài)算法 等技術。 變形監(jiān)測網絡中的每個 GNSS 接收機都同時輸出 GNSS 的原始數據 ,其中包含 16 了 GNSS 解算的所有必要的載波相位數據、星歷等數據。通過 無線網橋 1或者GPRS/CDMA 無線網絡傳到控制中心?？刂浦行母鶕颗_ GNSS 接收機對應的 IP 地址和端口號，獲得每個監(jiān)測點的原始實時數據流 。或者，軟件通過遠程的端口映射，直接從監(jiān)測單元的端口獲得 GNSS 的原始數據流。 在控制中心服務器上，CDMonitor 監(jiān)測軟件準實時解算出各監(jiān)測點的三維坐標。 大壩 GNSS 自動化監(jiān)測預警系統(tǒng)組成 數據處理 中心 建設在大壩控制中心 ， 辦公室有 總控計算機、數據處理工作站、打印機等硬件設備， 而在總控計算機上安裝 司南 CDMonitor 軟件 2。 本監(jiān)測區(qū)在監(jiān)測區(qū)附件 周邊地質條件好 處建立 1 個 基準點， 在 滑坡區(qū) 建 立 9個 GNSS 監(jiān)測點 ，在 每個 監(jiān)測 點 （包括參考站 ） 設置結構牢固 的觀測墩，觀測墩上有強制對中器， 固定安裝 GNSS 接收機，將 接收機天線用強制對中 基座 對中固定安 裝 在觀測墩上 。 控制中心配備一臺高性能服務器，用于數據分析和圖形處理，以 及終端服務。結合 CDMonitor 軟件和其他專業(yè)的數據處理軟件，實時對數據分析和圖形處理。 如 下 圖，為系統(tǒng)結構 拓撲 圖。 1無線網橋與 GPRS傳輸相比不需要借助于第三方服務商、一次性投 入、傳輸穩(wěn)定等優(yōu)點，所以本系統(tǒng)首選無線網橋的通訊方式 。 2CDMonitor 軟件 由 數據管理模塊 、 原始 數據處理、數據分析、數據 庫信息 管理四個模塊組成 。 17 大壩 系統(tǒng)結構拓撲圖 大壩 GNSS 自動化監(jiān)測預警系統(tǒng) 技術的先進性 1. 采用 我國 北斗二代衛(wèi)星 +美國 GPS 衛(wèi)星雙星雙系統(tǒng)進行定位 ，進一步保障和提高了整個系統(tǒng)監(jiān)測的安全性和穩(wěn)定性，而且更適合山谷中的 滑坡體 監(jiān)測。由于 BD2 和 GPS 工作原理一致，因此 BD2+GPS 方案較單 GPS方案具有以下優(yōu)勢： 1) 可認為選擇接收機所跟蹤的同步衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星，從而降低了軟件解算時更換參考衛(wèi)星帶來的誤差； 2) 增多了可 跟蹤衛(wèi)星數，彌補了高軌道衛(wèi)星數據少的問題，同時可利用 BD2 三頻技術，增加多余觀測，從而較大程度的提高監(jiān)測解算精度； 3) 增多了可跟蹤衛(wèi)星數，使衛(wèi)星分布更合理，降低了 DOP 值，提高了監(jiān)測解算精度，特別是所能跟蹤 GPS 衛(wèi)星少時顯得更為重要。 4) 增多了可跟蹤衛(wèi)星數，使得在山區(qū)、大橋等高遮擋區(qū)域長時間、穩(wěn)定、可靠的采用 GNSS 監(jiān)測成為可能 。 不同遮擋條件下單 GPS 和 BD2/GPS 系統(tǒng)全天候正常工作時間對比表 18 （上海地區(qū)，高度角 15176。， 2020 年 5 月） 衛(wèi)星系統(tǒng) 遮擋 20％ 遮擋 30％ 遮擋 40％ GPS 95％ 61％ 10％ BD2+GPS 100％ 99％ 95％ 2. GNSS 接收機及其配套設備，要求包括從數據采集、集中傳輸、解算處理、顯示和記錄及避雷和防盜等安全保護設施的全部設備，實現將監(jiān)控數據傳輸到監(jiān)控中心并顯示 ； 3. 監(jiān)測系統(tǒng)無人值守，有人照看、自動運行，年運行可靠率 99%以上 ，系統(tǒng)可滿足 724 小時長時間可靠運行 ，連續(xù)無故障運行時間超過 10萬小時 。 在沒有太陽的情況下 ，監(jiān)測系統(tǒng)設備可依靠備用電源連續(xù)工作 7 天以上； 4. GNSS 硬件具有良好的物理性能和工作性能，適合長時間連續(xù)工作 ， GNSS接收機天線為 大地測量型天線； 5. 本系統(tǒng) 可 采用 無線網橋 通訊，數據傳輸到控制中心 準 實時處理 ； 6. 準 實時顯示 和分析 形變量 ，可間斷性評估 滑坡體 的健康狀況； 7. 數據實時輸出 ； 8. 控制中心軟件自動解算，最短反應時間可為幾 分 鐘到幾小時，并實時 進行 網平差， 自動評估監(jiān)測結果，而且各參數 完全由用戶根據不同監(jiān)測 需求 自行 設置 。 9. 設定日常信道報警系統(tǒng)， Web 發(fā)布以及 可通過短消息或 EMAIL 方式 報警 ，無論您在何時何地都可以掌握滑坡體的動態(tài)； ，確定滑坡區(qū)的變形狀況、幾何線形等； 11. 提供高質量的 雙星四頻 GNSS 測量數據，實時獲得毫米級精度的位置 數據 ，精度為水平： 小于 177。 3mm+1ppm ,垂直： 小于 177。 5mm+1ppm； 12. 自動生成報表，形成報表的周期用戶可自行設計，比如一周、一天等，一些必要的輸出信息用戶也可以自動添加或刪除 ，同時根據需要可自動生成各點的周變化曲線、月變化曲線等 。 19 5 大壩 GNSS 自動化監(jiān)測預警系統(tǒng)方案實施 1) 本 GNSS 自動化監(jiān)測系統(tǒng) 實施主要包括以下幾個方面： 2) 參考站及監(jiān)測站選址 3) 參考站及監(jiān)測站觀測墩的建設 4) 通訊電纜的鋪設 5) 設備的供電 6) 設備避雷 7) 數據通訊 8) 控制中心的建設 本監(jiān)測系統(tǒng)設計依據 大壩 GNSS 自動化監(jiān)測預警系統(tǒng) 技術設計 及工程建造依據相關的國家標準和相關行業(yè)標準進行，本設計書中所引用的部分技術規(guī)范參 下表： 名稱 編號 批準單位 年份 全球定位系統(tǒng)測量規(guī)范 CH2020 國家測繪局 精密工程測量規(guī)范 GB/T 1531494 國家技術監(jiān)督局 19941222 全球定位系統(tǒng)城市測量技術規(guī)程 CJJ 7397 中國建設部 1997 UNAVCO 基準站建立規(guī)范 國際 UNAVCO 組織 IGS 基準站建立規(guī)范 國際 IGS 委員會 混凝土結構設計規(guī)范 GBJ 10— 89 建設部 大壩 GNSS 監(jiān)測點 的布置 大壩 GNSS 自