水电站边坡GNSS滑坡体自动化监测技术方案.doc

卡拉大坝两岸边坡滑坡体GNSS自动化监测技术方案上海华测导航技术有限公司2009年9月目录第一部分GNSS自动化监测系统概述 51. GNSS自动化监测系统概述 61.1. GNSS自动化监测系统工作原理 61.2. 传统监测手段与GNSS自动化监测系统优势 71.2.1. 传统监测手段 71.2.2. GNSS自动化监测系统的优缺点 71.2.3. 结论 91.3. 华测GNSS自动化监测系统应用实例 91.3.1. 东海大桥监测系统 91.3.2. 瓮福磷矿尾矿库监测系统 101.3.3. 黑岱沟露天煤矿边坡监测系统 111.3.4. 华测历史监测项目 12第二部分卡拉滑坡体GNSS自动化监测系统概况及设计原则 142. 监测区域概况 152.1. 工程概况 152.2. 工程地形、地质条件 162.3. 边坡等级划分 173. 监测目的和任务 184. 监测设计的原则和依据 194.1. 监测设计原则 194.2. 监测技术依据 205. 监测内容和技术要求 215.1. 监测范围 215.2. 监测具体内容 215.3. 监测技术要求 215.4. 监测系统的技术指标 225.5. 监测坐标系统 22第三部分 卡拉滑坡体GNSS自动化监测系统整体设计 236. 硬件系统 246.1. GNSS接收机部分 256.1.1. GNSS参考站 256.1.2. GNSS监测站 316.2. 数据传输子系统 376.3. 辅助支持系统 396.3.1. 供电 396.3.2. 防雷系统 416.3.3. 外场机柜 446.3.4. 机房建设 456.3.5. 存储及处理系统 477. 软件系统 497.1. 数据处理 507.1.1. 数据处理模块的选择 507.1.2. GPSensor标准特性 507.1.3. GPSensor基线处理过程 517.1.4. GNSS实时独立环网平差 557.1.5. 质量检验 567.1.6. 辅助监测数据处理 577.2. 数据传输 587.2.1. 软件数据接口 587.2.2. 数据存储 587.2.3. 数据坐标转换 597.3. 基于B/S与C/S架构数据分析软件 607.3.1. C/S架构数据分析软件 608. 关键技术 788.1. 专业的监测数据解算软件 788.1.1. GPSensor算法 798.1.2. 基本功能和指标 808.1.3. GPSensor的特点（与RTK比较和传统静态监测比较） 828.2. 专业的监测数据分析软件 848.3. 双频GNSS技术 848.4. 无线传输技术 858.5. 太阳能供电技术 858.6. 工控式报警专用机 859. 产品选型 859.1. GNSS设备 859.1.1. GNSS接收机 859.1.2. GNSS天线 889.1.3. GNSS天线罩 899.2. 通讯设备 919.2.1. 串口服务器 919.2.2. 高频无线传输终端Nanostation2 939.3. 防雷设备 969.3.1. 天线防雷设备 969.3.2. 电源防雷设备 969.3.3. 避雷针 979.4. 服务器设备 989.4.1. IBM x3650M2服务器 989.4.2. 磁盘阵列柜 999.5. 配电设备 999.5.1. 太阳能供电 999.5.2. UPS供电 1029.6. 其他设备 1049.6.1. 外场机柜 104第四部分 技术支持与服务保证 10510. 技术支持与服务保证 10610.1. 系统的安装、调试与培训 10610.2. 免费保修承诺 10610.3. 专业软件免费升级承诺 10610.4. 技术培训承诺 10610.5. 技术服务承诺 10710.6. 维修服务承诺 10710.7. 超过保修期的维修承诺 10810.8. 配合使用者进行二次功能性开发提供一切必要技术支持的承诺 10810.9. 定期向供产品升级和更新信息承诺 108第一部分 GNSS自动化监测系统概述1. GNSS自动化监测系统概述1.1. GNSS自动化监测系统工作原理全球定位系统(global positioning system，缩写为GNSS，是美国国防部于1973年11月授权开始研制的海陆空三军共用的新一代卫星导航系统。

GNSS由空间部分、地面监控部分和用户接收机3部分组成经过20多年的研究和试验，整个系统于1994年完全投入使用在地球上任何位置、任何时刻GNSS可为各类用户连续地提供动态的三维位置、三维速度和时间信息，实现全球、全天候的连续实时导航、定位和授时目前、GNSS已在大地测量、精密工程测量、地壳形变监测、石油勘探等领域得到广泛应用具体定位原理如下图：GNSS差分示意图通过近十多年的实践证明，利用GNSS定位技术进行精密工程测量和大地测量，平差后控制点的平面位置精度为1mm～2mm，高程精度为2mm～3mm应该说：利用GNSS定位技术进行变形监测，是一种先进的高科技监测手段，而用GNSS监测滑坡是GNSS技术变形监测的一种典型应用，通常有两种方案：①用几台GNSS接收机，由人工定期到监测点上观测，对数据实施处理后进行变形分析与预报；②在监测点上建立无人值守的GNSS观测系统，通过软件控制，实现实时监测解算和变形分析、预报1.2. 传统监测手段与GNSS自动化监测系统优势1.2.1. 传统监测手段常规变形监测技术包括采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常规测量仪器测定点的变形值，其优点是：（1）能够提供变形体整体的变形状态；（2）适用于不同的监测精度要求、不同形式的变形体和不同的监测环境；（3）可以提供绝对变形信息。

但外业工作量大，布点受地形条件影响，不易实现自动化监测特殊测量手段包括应变测量、准直测量和倾斜测量，它具有测量过程简单、可监测变形体内部的变形、容易实现自动化监测等优点，但通常只能提供局部和相对的变形信息摄影测量技术包括地面摄影测量技术和航空摄影测量技术近10余年来，近景摄影测量在隧道、桥梁、大坝、滑坡、结构工程及高层建筑变形监测等方面得到了应用，其监测精度可达mm级与其他变形监测技术相比较，近景摄影测量的优点是：（1）可在瞬间精确记录下被摄物体的信息及点位信息；（2）可用于规则、不规则或不可接触物体的变形监测；（3）相片上的信息丰富、客观又可长久保存，有利于进行变形的对比分析；（4）监测工作简便、快速、安全但摄影距离不能过远，且大多数的测量部门不具备摄影测量所需的仪器设备，摄影测量技术在变形监测中应用尚不普及1.2.2. GNSS自动化监测系统的优缺点（1） 优点利用GNSS定位技术进行滑坡等地质灾害监测时具有下列优点：1) 测站间无需保持通视：由于GNSS定位时测站间不需要保持通视，因而可使变形监测网的布设更为自由、方便可省略许多中间过渡点（采用常规大地测量方法进行变形监测时，为传递坐标经常要设立许多中间过渡点），且不必建标，从而可节省大量的人力物力。

2) 可同时测定点的三维位移：采用传统的大地测量方法进行变形监测时，平面位移通常是用方向交汇，距离交汇，全站仪极坐标法等手段来测定；而垂直位移一般采用精密水准测量的方法来测定水平位移和垂直位移的分别测定增加了工作量且在山区等地进行崩滑地质灾害监测时，由于地势陡峻，进行精密水准测量也极为困难改用三角高程测量来测定垂直位移时，精度不够理想而利用GNSS定位技术来进行变形时则可同时测定点的三维位移由于我们关心的只是点位的变化，故垂直位移的监测完全可以在大地高系统中进行这样就可以避免将大地高转换为正常高时由于高程异常的误差而造成的精度损失虽然采用GNSS定位技术来进行变形监测时，垂直位移的精度一般不如水平位移的精度好，但采取适当措施后仍可满足要求3) 全天候观测：GNSS测量不受气候条件的限制，在风雪雨雾中仍能进行观测这一点对于汛期的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害监测是非常有利的4) 易于实现全系统的自动化：由于GNSS接收机的数据采集工作是自动进行的，而且接收机又为用户预备了必要的入口，故用户可以较为方便地把GNSS变形监测系统建成无人值守的全自动化的监测系统这种系统不但可保证长期连续运行，而且可大幅度降低变形监测成本，提高监测资料的可靠性。

5) 可以获得mm级精度：mm级的精度已可满足一般崩滑体变形监测的精度要求需要更高的监测精度时应增加观测时间和时段数正因为GNSS定位技术具有上述优点，因而在滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的监测中得到了广泛的应用，成为一种新的有效的监测手段2） 缺点利用GNSS定位技术进行地质灾害监测时也存在一些不足之处，主要表现在点位选择的自由度较低：为保证GNSS测量的正常进行和定位精度，在GNSS测量规范中对测站周围的环境作出了一系列的规定如测站周围高度角15°以上不允许存在成片的障碍物；测站离高压线、变压器、无线电台、电视台、微波中继站等信号干扰物和强信号源有一定的距离（例如200~400m）；测站周围也不允许有房屋、围墙、广告牌、山坡、大面积水域等信号反射物，以避免多路径误差但在崩滑体的变形监测中上述要求往往难以满足，因为监测点的位置通常是由地质人员根据滑坡、断层的地质构造和受力情况而定，有时又要考虑利用老的观测墩和控制点测量人员的选择余地不大，从而使不少变形监测点的观测条件欠佳1.2.3. 结论从上面分析可得，利用GNSS进行变形监测的优点要远远大于缺点的制约，所以说：GNSS技术的应用给测量技术带来了一场深刻的革命。

据资料介绍，国外从20世界80年代开始用GNSS进行变形监测从90年代以来，世界上许多国家纷纷布设地壳运动GNSS监测网，为地球动力学和地震与火山喷发预报服务例如，日本国土地理院从1993年开始了GNSS连续观测网的筹建工作，到1994年日本列岛已建立由210个GNSS连续观测站组成的连续监测系统（COSMOS），目前的观测站总数以发展到1000多个该系统与1994年10月1日正式使用，10月4日就检测到北海道东部近海8.4级大地震，并清晰地记录了地震前后的地壳形变此后，又成功的捕捉到三陆远海地震及兵库县南部地震的地壳形变1995年1月17日，在日本阪神7.2级大地震后，该系统在进行快速、准确、精细地监测与分析地壳运动方面起到了很大作用1.3. 华测GNSS自动化监测系统应用实例1.3.1. 东海大桥监测系统东海大桥起始于上海南汇区芦潮港，北连沪芦高速公路，南跨杭州湾北部海域，直达浙江嵊泗县小洋山岛，全长32.5公里本GNSS自动化监测系统于2006年建成投入使用，系统分别由1个参考站和8个监测站组成参考站设在附近颗珠山基岩上；主航道斜拉桥设3个监测站，梁桥塔顶各设1个，跨中桥面各设1个；颗珠山斜拉桥设5个监测站，4个塔顶各设一个，跨中桥面设1个。

数据传输采用先进的光纤数据传输方式，与GNSS系统常用的数传电台通讯方式比较，一方面提高了系统的通讯可靠性，另一方面提高了数据传输速度控制中心配备两台服务器，一台用于设备控制，另一个台用于数据分析和图形处理，以及终端服务结合专业的数据处理软件，实时对。