上海司南GNSS自动化边坡在线监测方案

某滑坡GNSS自动化监测

技

术

方

案

上海司南卫星导航技术有限公司

2013年3月

目录

1 前言

2 某滑坡概况

3 某滑坡GNSS监测的总体设计

系统设计依据

司南GNSS变形监测系统是一个集结构分析计算、计算机技术、通信技术、网络技术、传感器技术等高新技术于一体的综合系统工程。本监测系统的作用是成为一个功能强大并能真正长期用于结构损伤和状态评估，满足固体建筑物管理和运营的需要，同时又具经济效益的结构健康安全监控系统，遵循如下设计原则：

1)遵循简洁、实用、性能可靠、经济合理的指导思想；

2)系统设置立足实用性原则第一，兼顾考虑科学试验和设计验证等方面因

素；

3)各传感器的布置、安装要合理，力求用最少的传感器和最小的数据量完

成工作；

4)系统应具有可扩展性。

GNSS 监测系统的技术设计及工程建造依据相关的国家标准和相关行业标准进行，本设计书中所引用的部分技术规范参见表1。

表1

系统硬件总体设计

系统硬件由四大部分组成：

1)传感器子系统：由布置监测点上的各类GNSS组成，主要传感器采用后

安装方式；

2)数据传输子系统：GNSS天线到GNSS主机由同轴电缆通讯；GNSS主机及

其它传感器与控制中心通讯采用有线或无线的通讯方式；

3)数据处理与控制子系统：由布置在监控中心的小型机系统、服务器系

统、数据实时自动处理与Web发布；

4)辅助支持系统：包括外场机柜、外场机箱、配电及UPS、防雷和远程电

源监控等。

4 某滑坡GNSS自动化监测预警系统概况

GNSS自动化监测形变监测中的应用

GNSS用于边坡监测时，往往是对一定范围内具有代表性的区域建立变形观测点，在远方距离监测点合适的位置（如稳固的基岩上）建立基准点。在基准点架设GNSS接收机，根据其高精度的已知的三维坐标，经过定期连续观测从而得到变形点坐标（或者基线）的变化量。根据观测点的形变量，建立安全监测模型，从而分析边坡的变形规律并实现及时的反馈。事实上，为了建立一个更接近实际情况的安全监测模型，合理的密集分布监测点是需要的。

通过观测整体的微小变形量，构造统计分析模型，预测变形体长期的变化趋势，为以后的分析决策提供依据。为了进行形变分析，需要获得监测点高精度位置坐标数据，通常要求监测点的观测数据达到毫米级的精度，这也是GNSS 定位技术能否应用于变形观测的一个关键性问题。

滑坡GNSS监测点及设备

与普通的工程测量不同，边坡监测需要实时传送数据，并不断更新，达到监控的目的。普通的全站仪或其它监测手段不仅需要更多的人力完成观测操作，而且由于其内部的电器、光学特性使得它不能工作在雨雪天气，夜里也无法完成测量作业，GNSS技术由于其全天候作业的特点不但可以取代传统的测量作业方式，而且可以将GNSS信号传输到控制中心，实现数据自动化传输、管理和分析处理。

GNSS用于变形监测虽具有突出的优点，所以GNSS技术在安全监测方面一定会有广阔的应用前景。

GNSS自动化监测系统发展

GNSS（全球卫星定位系统）自八十年代中期投入民用后，已广泛地在导航、定位等各领域应用，尤其在测量界的控制测量中起了划时代的作用。正因为是它在相对定位中的高精度、高效益、全天候、不需通视等优点，使人们普遍采用其来代替常规的三角、三边、边角等方法，并在理论、实践中取得了可喜的成果。在精密工程变形监测中也逐步得到广泛的应用。

随着社会经济和科学技术的快速发展，为了更有效保障国家财产及人生安全，利用传统的变形监测手段越来越不能满足变形监测要求，这就迫切需要性能更可靠的设备来监测大桥的形变。目前，随着GNSS技术的不断成熟，GNSS自动化监测系统已经在桥梁、滑坡、建筑、地震、大坝等行业中应用并取得很好的效益。GNSS自动化监测系统仪器以其卓越的性能受到专家的好评。

从国内外的有关研究和应用可以看出GNSS是一个非常有效的GNSS监测技术，GNSS与其它传感器结合用于滑坡监测已形成了趋势。目前GNSS在滑坡中的最高精度在毫米级。而司南GNSS监测系统已经做到数据自动传输、自动解算处理、准实时测量结果和测量结果图形演示，自动预警报警。

自动化监测的优点

自动化监测系统允许以任意间隔采样-----典型间隔可以是按秒、分钟、小时或者按天。测试精度得以提高，数据可以远程处理，从而向项目组提供有用信息。当然，还有其它益处包括：

1)避免人工读数和记录引起的人为误差。

2)可以实现远程以及恶劣天气条件下采集数据。

3)每天可进行7*24小时连续监测。

4)连续监测能快速检测到临界变化，能在事态恶化之前采取处理措施。

5)自动化监测系统可以按程序步骤监测限定阀值、变化速率，从而能在

超出预定极限值时自动报警。

很多工程师认为自动化监测是“黑箱”，可见的查验以及宝贵的经验都被冷冰冰的电路板和继电器将所存在的问题通过警报而取代了。事实上，自动化连续监测所获得的数据能向工程师提供被监测结构很多肉眼不易察觉的新的特征信息。它们拓展了工程师的视野，对结构响应有深入的理解。不仅如此，应用自动化监测系统，结合先进分析工具，工程师能享受到这些廉价的新技术优势，而不用牺牲滑坡区的安全。

司南变形监测应用实例

华能伊敏露天煤矿为五大露天矿之一，位于内蒙古呼伦贝尔市鄂温克旗境内，为华能集团全资拥有企业，隶属华能呼伦贝尔能源开发有限公司。

露天矿东端帮建设GNSS(GPS+BDS)监测系统，在地表以及边坡安装位移监测点9台。系统采用太阳能供电，利用无线通讯方式将数据实时传送回监测办公室。监测人员利用实时数据来分析边坡稳定性以及应对措施，以便为安全生产提供保障。

长河坝水电站位于四川省境内，为干流水电梯级开发的第10级电站，工程区地处大渡河上游金汤河口以下约4km～7km河段上，坝址上距丹巴县城

82km ，下距沪定县城49km。长河坝水电站为大渡河梯级开发的骨干电站，由投资开发的一等大(1)型水电工程，长河坝水电站枢纽建筑物主要由砾石土心墙坝、泄洪系统、引水发电系统组成,电站装机容量2600MW，近期多年平均发电量约亿，枯水期平均出力约376MW，远景可达亿和638MW。电站水库正常蓄水位1690m，正常蓄水位下库容为亿立方米，其中死库容为亿立方米，为季调节水库。项目总投资2320948万元。