上海司南gnss自动化大坝在线监测方案(编辑修改稿)

上海司南gnss自动化大坝在线监测方案(编辑修改稿)内容摘要：

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。 7 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 露天矿 大坝 华能伊敏河露天矿 大坝 自动化监测 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。 8 露天矿东端帮建设 GNSS(GPS+BDS)监测系统，在地表以及 大坝 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 大坝 稳定性以及应对措施，以便为安全生产提供保障。 9 、水电站高 大坝 长河坝泄洪洞 大坝 监测系统 长河坝水电站位于四川省 甘孜藏族自治州 康定县 境内，为 大渡河 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 大唐国际发电股份有限公司 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。 10 安全监测系统布设在长河坝水电站的泄洪、放空洞进口，共 38 个监测点，采用 GPS+北斗的监测方式，实时监测 大坝 稳定性情况。 利用风光互补的方式进行供电，通过无线网络实时传送到监测办公室服务器，通过解算软件以及分析 软件，监测人员可实时了解分析 大坝 的稳定性，以便做出对应方案。 为水电站安全生产保驾护航。 11 、高速公路 大坝 — 宁武高速（政和段） 大坝 自动化监测系统 宁武高速公路，全称 宁德 至 武夷山 高速公路，起于 沈海 线福宁高速公路湾坞枢纽互通，经 福安 、 周宁 、 政和 、 建阳 、武夷山，终于 江西 上饶 ，全长 公里，采用 80 公里 /小时高速公路标准建设 ；宁武高速公路是规划的 国家高速公路 “ 二纵 ” 沈阳 至 海口 线的第四条联络线，起于 福建 宁德市 ，终于 江西 上饶。 其中政和段，位移武夷山政和县，处于山区，形成多处高速 大坝。 12 宁武高速（政和段） 大坝 自动化监测系统共布设 GNSS 监测点 3 个，依照 大坝 地质情况，分布在 大坝 上。 数据通过高速光纤通讯系统，实时传送回监测办公室，工作人员可实时掌握 大坝 稳定性，并与其他图像传感器等对照，保障高速公路的交通安全。 13 、土石坝体 中国黄金集团峪耳崖金矿尾矿库坝体位移监测系统 中金黄金股份有限公司河北峪耳崖金矿，位于河北省承德市宽城满族自治县境内。 矿区北距承德市 127 公里；南距唐山市 152 公里；目前正在兴建的承德 秦皇岛出 海公路经由该矿，交通十分便利。 1997 年，峪耳崖金矿产金突破了 32020两大关，昂首迈进 “ 吨金矿 ” 行列。 建矿以来，共生产黄金 45 万两，创造利润 亿元，成为具有国内先进水平的国家重点黄金企业。 该矿先后获得国家级黄金工业发展做出突出贡献的先进集体、省级先进企业、河北省学邯钢先进企业、河北省工业污染治理达标企业、承德市优秀企业、承德市质量管理先进单位等荣誉称号。 2020 年 6 月，峪耳崖金矿经改制进入中金黄金股份有限公司， 2020 年， 14 改制成立河北峪耳崖黄金矿业有限责任公司，从此步入了全新的发展轨道。 15 大坝 GNSS 自动化监测预警系统的介绍 GNSS 自动化监测预警系统，主要应用现代化的传感技术、 GNSS、 计算机技术、现代网络通讯通信技术对在不同的天气或环境下 准 实时反映 滑坡区域 变形情况，根据对实时位移数据的实时分析 ，对 分析后 适当的数据存储、分类、 提取、统计等处理，为中心站日常管理提供各类报表、图形，为 大坝 预警分析提供决策依据和参考 以达到在最短的时间 通过短消息、 EMAIL 或者声响 预警、报警的功效，如下面示意图： 系统功能示意图 另外，本系统还可实现 预警站点分布图、预警站点基本情况的计算机的初级显示 等功能。 大坝 GNSS 自动化监测预警系统原理和方法 本系统 采用成熟的 INTERNET 技术 、 司南 高精度 GNSS 准动态算法 等技术。 变形监测网络中的每个 GNSS 接收机都同时输出 GNSS 的原始数据 ,其中包含 16 了 GNSS 解算的所有必要的载波相位数据、星历等数据。 通过 无线网桥 1或者GPRS/CDMA 无线网络传到控制中心。 控制中心根据每台 GNSS 接收机对应的 IP 地址和端口号，获得每个监测点的原始实时数据流。 或者，软件通过远程的端口映射，直接从监测单元的端口获得 GNSS 的原始数据流。 在控制中心服务器上，CDMonitor 监测软件准实时解算出各监测点的三维坐标。 大坝 GNSS 自动化监测预警系统组成 数据处理 中心 建设在大坝控制中心 ， 办公室有 总控计算机、数据处理工作站、打印机等硬件设备， 而在总控计算机上安装 司南 CDMonitor 软件 2。 本监测区在监测区附件 周边地质条件好 处建立 1 个 基准点， 在 滑坡区 建 立 9个 GNSS 监测点 ，在 每个 监测 点 （包括参考站 ） 设置结构牢固 的观测墩，观测墩上有强制对中器， 固定安装 GNSS 接收机，将 接收机天线用强制对中 基座 对中固定安 装 在观测墩上。 控制中心配备一台高性能服务器，用于数据分析和图形处理，以 及终端服务。 结合 CDMonitor 软件和其他专业的数据处理软件，实时对数据分析和图形处理。 如 下 图，为系统结构 拓扑 图。 1无线网桥与 GPRS传输相比不需要借助于第三方服务商、一次性投 入、传输稳定等优点，所以本系统首选无线网桥的通讯方式。 2CDMonitor 软件 由 数据管理模块 、 原始 数据处理、数据分析、数据 库信息 管理四个模块组成。 17 大坝 系统结构拓扑图 大坝 GNSS 自动化监测预警系统 技术的先进性 1. 采用 我国 北斗二代卫星 +美国 GPS 卫星双星双系统进行定位 ，进一步保障和提高了整个系统监测的安全性和稳定性，而且更适合山谷中的 滑坡体 监测。 由于 BD2 和 GPS 工作原理一致，因此 BD2+GPS 方案较单 GPS方案具有以下优势： 1) 可认为选择接收机所跟踪的同步卫星作为参考卫星，从而降低了软件解算时更换参考卫星带来的误差； 2) 增多了可 跟踪卫星数，弥补了高轨道卫星数据少的问题，同时可利用 BD2 三频技术，增加多余观测，从而较大程度的提高监测解算精度； 3) 增多了可跟踪卫星数，使卫星分布更合理，降低了 DOP 值，提高了监测解算精度，特别是所能跟踪 GPS 卫星少时显得更为重要。 4) 增多了可跟踪卫星数，使得在山区、大桥等高遮挡区域长时间、稳定、可靠的采用 GNSS 监测成为可能。 不同遮挡条件下单 GPS 和 BD2/GPS 系统全天候正常工作时间对比表 18 （上海地区，高度角 15176。 ， 2020 年 5 月） 卫星系统 遮挡 20％ 遮挡 30％ 遮挡 40％ GPS 95％ 61％ 10％ BD2+GPS 100％ 99％ 95％ 2. GNSS 接收机及其配套设备，要求包括从数据采集、集中传输、解算处理、显示和记录及避雷和防盗等安全保护设施的全部设备，实现将监控数据传输到监控中心并显示 ； 3. 监测系统无人值守，有人照看、自动运行，年运行可靠率 99%以上 ，系统可满足 724 小时长时间可靠运行 ，连续无故障运行时间超过 10万小时。 在没有太阳的情况下 ，监测系统设备可依靠备用电源连续工作 7 天以上； 4. GNSS 硬件具有良好的物理性能和工作性能，适合长时间连续工作 ， GNSS接收机天线为 大地测量型天线； 5. 本系统 可 采用 无线网桥 通讯，数据传输到控制中心 准 实时处理 ； 6. 准 实时显示 和分析 形变量 ，可间断性评估 滑坡体 的健康状况； 7. 数据实时输出 ； 8. 控制中心软件自动解算，最短反应时间可为几 分 钟到几小时，并实时 进行 网平差， 自动评估监测结果，而且各参数 完全由用户根据不同监测 需求 自行 设置。 9. 设定日常信道报警系统， Web 发布以及 可通过短消息或 EMAIL 方式 报警 ，无论您在何时何地都可以掌握滑坡体的动态； ，确定滑坡区的变形状况、几何线形等； 11. 提供高质量的 双星四频 GNSS 测量数据，实时获得毫米级精度的位置 数据 ，精度为水平： 小于 177。 3mm+1ppm ,垂直： 小于 177。 5mm+1ppm； 12. 自动生成报表，形成报表的周期用户可自行设计，比如一周、一天等，一些必要的输出信息用户也可以自动添加或删除 ，同时根据需要可自动生成各点的周变化曲线、月变化曲线等。 19 5 大坝 GNSS 自动化监测预警系统方案实施 1) 本 GNSS 自动化监测系统 实施主要包括以下几个方面： 2) 参考站及监测站选址 3) 参考站及监测站观测墩的建设 4) 通讯电缆的铺设 5) 设备的供电 6) 设备避雷 7) 数据通讯 8) 控制中心的建设 本监测系统设计依据 大坝 GNSS 自动化监测预警系统 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 下表： 名称 编号 批准单位 年份 全球定位系统测量规范 CH2020 国家测绘局 精密工程测量规范 GB/T 1531494 国家技术监督局 19941222 全球定位系统城市测量技术规程 CJJ 7397 中国建设部 1997 UNAVCO 基准站建立规范 国际 UNAVCO 组织 IGS 基准站建立规范 国际 IGS 委员会 混凝土结构设计规范 GBJ 10— 89 建设部 大坝 GNSS 监测点 的布置 大坝 GNSS 自。