【正文】 而通常的 RTK 方法，要求參考站和流動(dòng)站之間進(jìn)行通訊，又要求流動(dòng)站和數(shù)據(jù)中心之間進(jìn)行通訊。 2) 精度 CDMonitor 直接應(yīng)用 GNSS 接收機(jī)的原始數(shù)據(jù)，參考站和流動(dòng)站的觀測數(shù)據(jù)保持嚴(yán)格的同步，所以，大氣層延遲造成的公共誤差被最大程度地抵消， CDMonitor 還采用濾波方法消除 GNSS 動(dòng)態(tài)定位 數(shù)據(jù)中的各種隨機(jī)誤差，是輸出的定位結(jié)果更符合真實(shí)的情況，所以 CDMonitor 根據(jù)采用的 GNSS 接收機(jī)和 GNSS 天線的不同，可以保證毫米級(jí)的定位精度，而通常的 RTK 接收機(jī)動(dòng)態(tài)定位精度為厘米級(jí)。 1) 算法 相比 RTK 及傳統(tǒng)靜態(tài)方法而言， CDMonitor 的算法具有如下特點(diǎn)： ? CDMonitor 采用采用同時(shí)刻（在 1 微秒之內(nèi)）的 GNSS 原始觀測值進(jìn)行差分解算；而 RTK 方法不需要差分改正數(shù)和流動(dòng)站的觀測數(shù)據(jù)保持同步，一般的參考站接收機(jī)差分改正數(shù)廣播更新率為 1Hz，因此，一般情況下差分改正數(shù)會(huì)延遲 秒到 2 秒不等，在特別情況下， 流動(dòng)站能允許 1 分鐘之前的差分改正數(shù)參與解算； ? CDMonitor 可以采用擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)非線性 Kalman 濾波算法進(jìn)行差分解算。 系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù) 軟件本身的工作狀態(tài)； 各個(gè)機(jī)站的工作狀態(tài)是否正常； 網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)。 數(shù)據(jù)記錄 連接數(shù)據(jù)庫， CDMonitor 能夠記錄用戶需要保留的各項(xiàng)信息，根據(jù)用戶的選擇，記錄的內(nèi)容如下 ： GNSS 定位數(shù)據(jù) 坐標(biāo)； 精度（水平和垂直）； PDOP 值； 使用衛(wèi)星顆數(shù)； 解類型。 ? 權(quán)限管理：一般用戶只能瀏覽數(shù)據(jù)，系統(tǒng)管理員才可能對一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 ? 具有防死機(jī)功能，一旦某個(gè)監(jiān)測站出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，軟件馬上會(huì)通過數(shù)據(jù)信號(hào)觸發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)接收機(jī)自動(dòng)重啟； ? 可以調(diào)整各個(gè)監(jiān)測站的位置更新率； ? 支持網(wǎng)絡(luò)分布式計(jì)算； ? 軟件實(shí)現(xiàn) C/S 架構(gòu)，客戶端 可以運(yùn)行在遠(yuǎn)程； 43 ? 提供第三方軟件接口，如用 COM 組件的方式實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查詢、管理、報(bào)警； 另外， CDMonitor 軟件可用于橋梁、大壩、礦區(qū)等的監(jiān)測，可針對不同的工作環(huán)境對用戶圖形界面進(jìn)行定制。 ? 環(huán)境參數(shù)輸入功能。 41 CDMonitor 數(shù)據(jù)處理軟件 CDMonitor 功能簡介 : CDMonitor 的功能模塊 這里用框圖來表示 CDMonitor 的主要功能模塊。 CDMonitor 實(shí)時(shí)差分變形監(jiān)控軟件支持英文和中文。 具體的 CDMonitor 實(shí)時(shí)差分變形監(jiān)測軟件的工作流程可用下圖表示： CDMonitor工作流程 如圖所示， CDMonitor 變形監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)了各個(gè)監(jiān)控 站的實(shí)時(shí)差分定位，并具有圖形顯示、接收機(jī)設(shè)置、監(jiān)控站參數(shù)設(shè)置、觀測數(shù)據(jù)記錄、報(bào)警等功能。 CDMonitor 支持各種主流品牌的單 多頻GNSS 接收機(jī)混合監(jiān)控。 利用 CDMonitor 軟件能進(jìn)行 7 24 小時(shí)不間斷觀測。 由 CDMonitor 為核心構(gòu)成的變形監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè) GNSS 接收機(jī)只需要輸出 GNSS 的原始數(shù)據(jù)和星歷，原始數(shù)據(jù)包含了 GNSS 解算所有必要的偽距和載波相位數(shù)據(jù)等，星歷指 GNSS 衛(wèi)星發(fā)播的廣播星歷。三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警工程于 2020 年 3 月正式啟動(dòng)后，三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作指揮部在全庫區(qū)建成包括 GNSS 監(jiān)測網(wǎng)、綜合立體監(jiān)測網(wǎng)和遙感監(jiān)測系統(tǒng)的專業(yè)監(jiān)測工程，建立各類監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn) 1447個(gè)，配備 GNSS接收機(jī) 46臺(tái)（套）， 39 并在重慶市和湖北省的 18 個(gè)區(qū)、縣的 129 處滑坡和庫岸監(jiān)測運(yùn)行。特別是近十余年來，采用 GIS（地 理信息系統(tǒng)）和 GNSS（全球定位系統(tǒng)）技術(shù)，對全市監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了全面更新與調(diào)整，并正在建設(shè)完善全市地面沉降自動(dòng)化預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)工程。例如：英國 Humber 橋的 GNSS 監(jiān)測系統(tǒng)、日本明石海峽大橋的 GNSS 監(jiān)測系統(tǒng)、虎門大橋 GNSS 監(jiān)測系統(tǒng)、青馬大橋、汲水門大橋和汀九大橋的 GNSS 監(jiān)測系統(tǒng)。 從國內(nèi)外的有關(guān)研究和應(yīng)用可以看出 GNSS 自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)在橋梁、大型建筑、地震、大壩等行業(yè)中應(yīng)用并取得較好的效益。正因?yàn)槭撬陟o態(tài)相對定位中的高精度、高效益、全天候、不需通視等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)踐中取得了可喜的成果。這套軟件對于人工建筑變形分析－－比如大型橋梁，水壩，大型人工建筑以及油田沉陷，礦山采空區(qū)沉陷，城市地下水漏斗沉陷，火山監(jiān)測，山體滑坡監(jiān)測等等具有非常大的現(xiàn)實(shí)意義。 37 監(jiān)測時(shí)間X Y H 相對參考站距離 X Y H 相對距離 △X △Y △H 相對距離變化率 X Y H 相對距離變化率 △X △Y △H相對距離累計(jì)變化率 △X △Y △H 相對距離累計(jì)變化率預(yù)估下一周期變化本周期變化率本周期位移初始坐標(biāo) 本期監(jiān)測坐標(biāo) 累計(jì)位移所生成的報(bào)表 注：報(bào)表的內(nèi)容可以根據(jù)實(shí)際需要增加或刪除。 (5) 服務(wù)器上應(yīng)集成數(shù)據(jù)采集、傳輸、解算、分析，客戶端等軟件，滿足整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的需要。 ? 外加防護(hù)警告裝置，避免非工作人員破壞。 ? 機(jī)柜距離地面宜≥ 30cm。 ? 供電電源一并引入機(jī)柜，并且強(qiáng)電弱電隔離布線，整潔美觀，便于維護(hù)。 機(jī)柜設(shè)計(jì)采用 50cm 50cm 20cm 的不銹鋼機(jī)箱裝置，加防盜鎖，放在外場機(jī)房里 。 （ 3） 監(jiān)控中心 監(jiān)控中心可配備 23 塊顯示屏，顯示監(jiān)視區(qū)域的實(shí)時(shí)變化情況，并配備聲光報(bào)警設(shè)備，可設(shè) 24 小時(shí)有人值班，監(jiān)控中心整潔明亮，具有一定的美觀要求。在裱糊、粘接貼面及進(jìn)行其他涂復(fù)施工時(shí)，其環(huán)境條件應(yīng)符合材料說明書的規(guī)定。隱蔽工程（如地板下、吊頂上、假墻、夾層內(nèi)）在封口前必須先除塵、清潔處理，暗處表層應(yīng)能保持長期不起塵、不起皮 和不龜裂。 室內(nèi)裝修作業(yè)應(yīng)符合《裝飾工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》、《地面及樓面工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》、《木結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》及《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。機(jī)房的布置和裝修應(yīng)符合防火、安全警衛(wèi)、應(yīng)急狀態(tài)工 34 作等要求。機(jī)房內(nèi)設(shè)備的布置應(yīng)有利于操作、管理，有利于各子系統(tǒng)間的技術(shù)聯(lián)接，有利于統(tǒng)一管理和維 護(hù)。工作人員需要晝夜在機(jī)房內(nèi)工作，為有利于他們的健康、有處于他們精力充沛，機(jī)房內(nèi)應(yīng)有良好的通風(fēng)、溫度、采光、空間、色彩等環(huán)境。 ? 給工作人員創(chuàng)造健康衛(wèi)生的工作環(huán)境。 控制中心 機(jī)房建設(shè) （ 1） 機(jī)房布置及裝修的原則 ? 各類設(shè)備需要一定的安裝空間、使用空間、維修空間。 GPS 天線電纜、通訊射頻電纜在接入主機(jī)前，必須加裝天饋浪涌保護(hù)器； ? 機(jī)柜中的空氣開關(guān)后端并聯(lián)一個(gè)單項(xiàng)電源避雷器，作為電源部分的避雷； ? 架空電力線和其他架空線的防雷措施一定要處理好，因?yàn)檫@是引雷重要途徑，其防護(hù)措施有地埋和裝設(shè)避雷地線等； ? 電力線進(jìn)入 UPS 之前，加裝 ZGB148A40 電力線電涌防護(hù)設(shè)備，隔離 UPS和電力線。 預(yù)防直接雷示意圖 32 某項(xiàng)目避雷針現(xiàn)場示意圖 接地電阻要求小于 10 歐姆，如果當(dāng)?shù)氐耐寥离娮杪瘦^高， 降低防直擊雷接地裝置接地電阻宜采用下列方法： ? 采用多支線外引接地裝置 ,外引長度不應(yīng)大于有效長度 ； ? 接地體埋于較深的低電阻率土壤中 ； ? 采用降阻劑 ； ? 換土。 避雷針與天線的距離選擇大于 3 米，是以中等強(qiáng)度的雷電流通過避雷針接地泄流時(shí)所產(chǎn)生的感應(yīng)電磁場到達(dá)天線時(shí)其強(qiáng)度可衰減到安全值的范圍之內(nèi)。 地網(wǎng)選用 4 根 50505mm 熱鍍鋅角鋼為垂直地極 L= 米，以 404mm 熱鍍鋅扁鋼互連，地極埋地深度 米。 直接雷防護(hù) 在距觀測墩 3－ 米處安裝 H=7 米的普通避雷針，選用Ф 16 不銹鋼制作。 雷電是導(dǎo)致電涌最明顯的原因，雷電擊中輸電線路會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著半導(dǎo)體器件的集成化程度的提高，元件間距的減小，半導(dǎo)體的厚度的變薄，使得電子設(shè)備受到瞬態(tài)過電破壞的可能性越來越大。 電涌是微秒量級(jí)的異常大電流脈沖。其主要的組網(wǎng)方式有 三種： 點(diǎn)對點(diǎn)組網(wǎng)，中繼的連接，點(diǎn)對多點(diǎn) 。特別適用于城市中的遠(yuǎn)距離高以及是否加用雙向放大器。 無線網(wǎng)橋通訊方式 無線網(wǎng)橋是為使用無線（微波）進(jìn)行遠(yuǎn)距離點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)間互聯(lián)而設(shè)計(jì)。 數(shù)據(jù)通訊單元 由于本監(jiān)測方案的特點(diǎn)是遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程管理、實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測、數(shù)據(jù)雙向通訊等特點(diǎn)，所以數(shù)據(jù)通訊包括兩個(gè)部分 ，即控制中心通訊部分和監(jiān)測單元數(shù)據(jù)通訊部分 ,所以我們首選 為無線網(wǎng)橋的通訊方式，其次是 GPRS，在此項(xiàng)目上由于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)較差，在此不作選擇。 蓄電池可埋設(shè)在觀測墩的附近， 埋入地下， 防凍并 避免日曬雨淋、被盜賊偷盜 和外力沖擊 。 本系統(tǒng)采用的為鉛酸電池，設(shè)計(jì)容量為 100Ah，可以滿足陰雨天 7 天工作時(shí)間。 ? 蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其他附加功能如光控開關(guān)、時(shí)控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)。 ? 太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。太陽能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本 ，額定的輸出電壓為 。 輸出的電壓為 12V，直接供給設(shè)備使用， 各部分的作用為： ? 太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。 （ 2） 設(shè)備安裝 27 監(jiān)測站安裝示意圖 供電系統(tǒng) 系統(tǒng) 對于 大壩 GNSS 自動(dòng)化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng) 特殊情況，我們采用了太陽能供電的方式： 如下圖 ：我們采用 120W 的太陽能電池板 和 200Ah 的 蓄電池， 這樣的好處是安全、容易避雷、省工，而且在沒有太陽的情況下可以連續(xù)工作 7 天。 26 土層觀測墩 注：所有監(jiān)測站的水泥觀測墩的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn) 按照 參考基站的建設(shè)要求。 25 1) 基巖觀測墩 對于基巖觀測墩，在基巖堅(jiān)固結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上打入鋼筋支架澆筑混凝土。 大壩 滑坡體 GNSS 監(jiān)測站和參考站一樣，也包括監(jiān)測站選址、監(jiān)測站基建、儀器設(shè)備的選擇及設(shè)備安裝四個(gè)部分： （ 1） 監(jiān)測站站址選擇 根據(jù)各滑坡體監(jiān)測區(qū)域的實(shí)際情況，如地質(zhì)條件等及參照《 GNSS 測量規(guī)范》，具體布置如上圖。 （ 4） 設(shè)備安裝 24 參考站設(shè)備安裝圖 對于本監(jiān)測系統(tǒng)而言，我們 在 大壩 建設(shè) 1 個(gè)參考站， GNSS 監(jiān)測站 針對 大壩 滑坡體的具體情況， 在 大壩 存在安全隱患的幾個(gè)方位分別布置幾條監(jiān)測斷面，然后各條斷面上根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)。澆灌標(biāo)石時(shí)，須逐層充分搗固； ? 氣溫在 0℃以下時(shí)，必須加入防凍劑，拆模時(shí)間不得少于 24h，否則不準(zhǔn)施工； ? 拆模時(shí)間可根據(jù)氣溫和外加劑性能決定，一般條件下，平均氣溫在 0℃以上時(shí)，拆模時(shí)間不得少于 12h。在沙漠、戈壁等干燥環(huán)境中的標(biāo)石，不得使用火山灰質(zhì)水泥； ? 石子采用級(jí)配合格的 5～ 40mm 的天然卵石或堅(jiān)硬碎石，不宜采用同一尺寸的石子； ? 沙子采用 ～ 3mm 粒徑的中砂，含泥量不得超過 3%； ? 水須采用清潔的淡水，硫酸鹽含量不得超過 1%； ? 外加劑可根據(jù)施工環(huán)境選用，如早強(qiáng)劑、減水劑、引氣劑等，其質(zhì)量應(yīng)符合相應(yīng)規(guī)定，不得使用含氯鹽的外加劑。制作受凍融影響的混凝土標(biāo)石，宜使用普通硅酸鹽水泥。 觀測墩設(shè)計(jì)圖 22 強(qiáng)制對中標(biāo)志 2） 灌制混凝土標(biāo)石所用材料應(yīng)符合下列要求 ? 采用的水泥標(biāo)號(hào)應(yīng)不低于 425?；炷翝茶T過程中的水泥、沙子、石子 及其他添加劑的用量以及混凝土施工的要求均按照表 21 一的要求執(zhí)行； ? GNSS 觀測墩中的鋼筋骨架采用直徑≧ 10mm 的螺紋鋼筋，使用時(shí)須在距兩端 10cm 處，分別向內(nèi)彎成∩形彎（足筋下端 30cm 處向外彎成 ∟ 形彎）用料。 針對 大壩 項(xiàng)目，考慮到項(xiàng)目部距離監(jiān)測區(qū)距離比較近，同時(shí)為了控制中心便于管理和維護(hù)，我們將 GNSS 參考站和控制中心建設(shè)在項(xiàng)目部 的固定基巖上 。 19 5 大壩 GNSS 自動(dòng)化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)方案實(shí)施 1) 本 GNSS 自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng) 實(shí)施主要包括以下幾個(gè)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(shè) 4) 通訊電纜的鋪設(shè) 5) 設(shè)備的供電 6) 設(shè)備避雷 7) 數(shù)據(jù)通訊 8) 控制中心的建設(shè) 本監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù) 大壩 GNSS 自動(dòng)化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng) 技術(shù)設(shè)計(jì) 及工程建造依據(jù)相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，本設(shè)計(jì)書中所引用的部分技術(shù)規(guī)范參 下表： 名稱 編號(hào) 批準(zhǔn)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(shù)監(jiān)督局 19941222 全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程 CJJ 7397 中國建設(shè)部 1997 UNAVCO 基準(zhǔn)站建立規(guī)范 國際 UNAVCO 組織