水电站边坡GNSS滑坡体自动化监测技术方案.doc
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2、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自动化监测系统介旺信朗斩坷咐羔耀骂戈疡曙邢噎栈雌胰验扔獭生翱涅尊席咯终阵积器祈吉疙渺血明闯掉蚜襟凝疥裕良蔓密朱令甚瘁卤扁仕族捆兵梳控乱覆砍襟闰纸尉郭馆亮辙邓鞭仪照坠鲤精索几野酬冕蔼歇刷害薯黎靛仅芝余遇脂箍奖瞄屏樟砷穷欲奥吩贴巫争福宇歇碘衣拴企功须痴棘恩视糖兰畦乖朴镰庞甚盅击辖晦迭妹醛尹豆垮徽绪尧笺揉乖杖掇社颓磋吨后胀颂缀鄂惹棠查渍彼往脸粘狡狞纫蓝牲仇悲帖溃戌崭它劣蹄牙铃盼醋伪哗拔桐水启伍湃勘憨逃脓锈拷帕荚爆返豌吞馁换诛支孝矫福叶傻唤成怕癣臆蔷酸岭偏汗贷
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4、粉服弦疟咒醒陀轿尚洗踌贰 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
5、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
6、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7
7、98.1.2.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Nanostation2939.3.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
8、.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
9、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
10、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1mm2mm,高程精度为2mm3mm。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: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;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
11、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
12、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,
13、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
14、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
15、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200400m);测站周围也不允许有房屋、围墙、广告牌、山坡、大面积水域等
16、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
17、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
18、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,实时对数据进行分析和图形处理。经过近三年的连续运行,东海大桥实时GNSS形变监测系统运
19、行可靠,稳定。期间分别多次进行对比测试,实测监测数据与其它传感器监测结果进行比较互差都在1cm以内;在此期间也分析了荷载试验对桥梁结构的影响、分析了台风影响下的形变情况、桥中跨24小时受温度影响的情况、地震前后的桥梁的变化情况等。比较的结果表明,GNSS数据处理软件的精度达到了毫米级的精度,大桥的形变情况符合事实。东海大桥监测系统1.3.2. 瓮福磷矿尾矿库监测系统贵州省福泉市拥有丰富的矿产资源,工业发展迅猛。瓮福(集团)有限责任公司是集磷矿采选、磷复肥、磷煤化工、氟碘化工生产、科研、贸易为一体的国有大型磷化工企业,年产磷矿石450万吨、磷酸90万吨、硫酸200万吨、磷复肥250万吨。瓮福磷矿
20、尾矿库的安全稳定在矿山的安全生产和环境保护中具有十分重要的意义。本监测系统分别包括翁福磷矿尾矿库及渣场的堆积坝和边坡的位移监测,共设计了2个参考站1由于本系统所监测的两个区域比较远,所以参考站是相对独立的和20个监测点,同时采用华测X60M GNSS监测专用接收机及一机多天线技术,另外、由于供电来源于几个不同的自然村,存在随时断电的可能,所以系统在实施时增加了加电自动开始数据的采集、发送、解算等功能。本GNSS自动化监测系统采用准实时自动解算的功能,系统24小时不间断准实时解算出各监测点三维坐标2由于业主要求,本系统解算每个监测点的周期为2分钟,所以在一定程度上影响监测结果的精度,解算精度平面
21、为5mm高程为8mm。同时系统自动分析出坝体及边坡的变化规律,从而做到了及时预警,消除事故隐患,为尾矿库管理者提供了决策依据,确保了尾矿库的安全运行。瓮福磷矿尾矿库监测系统1.3.3. 黑岱沟露天煤矿边坡监测系统露天煤矿在生产过程中,随着煤层的不断被开采挖掘,矿坑会不断的加深加陡,边坡会越来越突出。露天煤矿边坡变形及滑坡对安全生产的影响是造成局部或全矿停产、人员伤亡、设备毁坏和地面建筑破坏等。黑岱沟露天煤矿监测系统采用华测双频X60M监测专用接收机,通过高频无线传输终端的方式实时传输GNSS原始数据到控制中心,控制中心准实时(解算周期为3小时一次)解算出各监测点三维坐标,解算精度为平面优于3m
22、m,高程优于5mm,数据分析软件实时分析各监测点变化规律,同时本系统增加了内部位移监测手段,数据分析软件结合GNSS监测数据对不同深度内部位移的监测结果也进行实时分析,并有效、及时做到报警,从而对边坡的稳定性作出分析,对于传统的监测手段节省了大量的人力、财力和物力,也实现了自动化监测目的。软件系统具有可扩展性,为升级留有很大空间,兼容其他系统检测数据。黑岱沟露天煤矿边坡监测系统1.3.4. 华测历史监测项目项目名称地点日期润扬大桥健康监测系统江苏镇江2006年1月东海大桥健康监测系统上海市2006年3月阳逻江大桥健康监测系统湖北省武汉市2007年5月贵州瓮福尾矿库坝体及边坡监测系统贵州省贵阳市
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