整理华测滑坡监测系统

1、华测GPS滑坡监测系统技术方案书您*则H LJ A IZ： E： 振兴中华测绘天下 上海华测导航技术有限公司2013年5月目录第一部分 GPS 自动化监测系统概述 4.1 GPS 自动化监测系统概述 4.1.1 GPS 自动化监测系统工作原理 4.1.2 传统监测手段与GPS自动化监测系统优势 51.2.1 传统监测手段 5.1.2.2 GPS自动化监测系统的优缺点 51.2.3 总结7.1.3 华测GPS自动化监测系统应用实例 71.3.1拉西瓦水电站果卜滑坡体 GPS自动化监测系统 71.3.2东海大桥GPS自动化监测系统91.3.3 瓮福磷矿尾矿库监测系统 1.01.3.4 黑岱沟露天煤

2、矿边坡监测系统 1. 11.3.5 华测历史监测项目 1.2第二部分 项目概况及设计原则 1.42 工程概况 1.4.3 监测目的和任务 1.4.4 监测设计的原则和依据 1.44.1 监测设计原则 1.54.2 监测技术依据 1.65 监测内容和技术要求 1.6.5.1 监测具体内容 1.65.2 监测技术要求 1.75.3 监测系统的技术指标 1.7第三部分 系统整体设计 1.8.6 硬件系统 1.8.6.1 传感器子系统 1.96.1.1 GPS 参考站206.1.2 GPS 监测站256.2 数据传输子系统 2.86.3 辅助支持系统 2.96.3.1 配电及UPS系统 296.3.2

3、 防雷系统3.2.6.3.3 外场机柜 3.5.6.3.4 综合布线 3.6.6.4 数据处理与控制子系统 3.66.4.1 机房建设 3.6.6.4.2 存储及处理系统 3.87 软件系统 3.9.7.1 软件系统功能 3.97.2 软件系统模块 4.07.2.1 数据处理模块 4.0722基于B/S与C/S架构用户显示软件 578 产品选型 6.1.8.1 华测单频X300M接收机 618.2 GPRS 模块628.3 配电设备 6.3.8.4 防雷相关设备 6.58.4.1 天馈浪涌保护器 6.58.4.2 单项电源避雷器 6.68.4.3 避雷针6.7.8.4.4 同轴电缆 6.8.8

4、.4.5 外场机柜 6.8.8.5 天线罩 6.9.8.6 观测墩 7.0.第一部分GPS自动化监测系统概述1 GPS自动化监测系统概述1.1 GPS自动化监测系统工作原理全球定位系统（global positioning system,缩写为GPS,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。GPS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 GPS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、G

5、PS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:图1-1 GPS差分示意图通过近十多年的实践证明，利用 GPS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GPS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 GPS监测滑坡是GPS技术变形监测的一种典型应用，通常有两种方案：用几 台GPS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 GPS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。但由于每个监测点

6、上都需要安装 GPS接收机，对于本监测系统就需要几十台 GPS 接收机，仅购买接收机就需几百万元，致使监测系统的费用非常昂贵。 为此、我们根据现场的实际情况选用“一机多天线”技术，即几个监测点共用一 台主机，这样可以大大节省投资费用。1.2 传统监测手段与 GPS 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

7、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

8、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 GPS 自动化监测系统的优缺点1、 优点利用 GPS 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 GPS 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

9、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 GPS 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 GPS 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

10、。3) 全天候观测： GPS 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 GPS 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 GPS 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GPS 定位技术具有上述优点， 因而

11、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 GPS 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 GPS测量的正常进行和定位精度，在 GPS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

12、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 总结从上面分析可得，利用 GPS 进行变形监测的优点要远远大于缺点的制约， 所以说： GPS 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GPS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 GPS 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 GPS连续观测网的筹建工作，到1994年 日本列岛已建立由210个

13、GPS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 GPS 自动化监测系统应用实例1.3.1 拉西瓦水电站果卜滑坡体 GPS 自动化监测系统拉西瓦水电站水库当地环境干燥，常年大风，滑坡体表层岩石与土层夹杂。 由于常年大风，

14、风化现象还是比较严重，该地区雨水状况不多，有冻土情况，在 冻土融化和雨水较多时， 易产生滑坡灾害。 本项目根据果卜滑坡体的地貌特征及 监测区共包括 5个滑坡断面： 2号梁、3号梁、4号梁、5号梁和双黄梁。目前整 个果卜变形体共布置20个GPS自动化监测点，每个梁体分布四个监测点，在后 部山体布有2个GPS基站点，如下图所示；本监测系统采用了华测生产的高性价比 X60M GPS接收机，可以保证稳定的 高质量信号数据，在野外恶劣的自然环境条件下，能够24小时不间断的采集和传输数据，与GPSenso嗽件能实现实时的无缝连接。果卜滑坡体监测系统采用 双基站，两个基站形成一条基线，共同参与解算，提高了精

15、度和系统的可靠性。软件方面采用了专门针对形变监测而设计的 GPSe nsor软件，同时对安放在 目标设施上的20个GPS监测点的数据进行实时位置解算。在本次滑坡体监测中， 采用了精度最高，解算最稳定的 Static Strategy模型，从而达到软件跟应用需 要的最佳匹配。并通过控制中心进行远程操作，对许多的不同目标点进行监测。拉西瓦水电站滑坡形变GPS自动化监测系统能及时监测滑坡体在一段时间 内的沉降位移和水平位移，显示位移分析图表。当位移发生突变或有增大趋势时， 系统能自动报警。1.5小时的GPS观测数据解算的水平中误差能达到或优于 3mm，垂直中误差能达到或优于5mm。系统能够分析、解读

16、滑坡体变形监测数 据，做出各级单项报警，为监测中心管理者提供决策依据。同时，能够根据滑坡 体变形等数据的变化，综合分析滑坡体的安全稳定性，给出必要的预报，提前采 取相应的措施，确保水电站的安全运行。1.3.2 东海大桥 GPS 自动化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GPS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，

17、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GPS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 GPS形变监测系统运行可靠，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

18、情 况等。比较的结果表明，GPS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。图1-2东海大桥监测系统1.3.3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

19、 20个监测点，同时采用华测X60M GPS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GPS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,解算精度平面为5mm高程为8mm。同时系统 自动分析出边坡及边坡的变化规律， 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图1-3瓮福磷矿尾矿库监测系统1.3.4黑岱沟露

20、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，通过无线 网桥的方式实时传输GPS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3mm,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 GPS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

21、，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。图1-4黑岱沟露天煤矿边坡监测系统1.3.5华测历史监测项目吉林夹皮沟尾矿库在线监测上海东海大桥健康在线监测吉林海沟金矿六大系统江苏润扬大桥健康在线监测辽宁本溪歪头山尾矿库在线监测武汉阳逻大桥健康在线监测辽宁东鞍山尾矿库在线监测上海长江隧桥健康在线监测辽宁凤城首钢硼铁尾矿库库在线监测上海闵浦大桥健康在线监测辽宁弓长岭尾矿库在线监测上海闵浦一桥健康在线监测辽宁风水沟尾矿库在线监测陕西黄河大桥健康在线监测黑龙江达连河露天矿边坡在线

22、监测宁波五路四桥健康在线监测辽宁中煤龙华达连河露天矿边坡自动沪蓉西公路大桥健康在线监测化监测青岛海湾大桥健康在线监测内蒙古黑岱沟露天煤矿排矸场自动化浙江新昌滑坡在线监测监测湖北秭归滑坡在线监测内蒙古黑岱沟露天煤矿排土场自动化重庆开县滑坡在线监测监测陕西略阳滑坡在线监测内蒙古大唐锡林浩特露天煤矿自动化贵州大方滑坡在线监测监测重庆奉节滑坡在线监测贵州瓮福磷在线监测广州云浮硫铁矿在线监测河南上街铝矿尾矿库在线监测湖北荆岳大桥健康监测河南鹤壁尾矿库在线监测湖北鄂东大桥健康监测广州云浮硫铁矿尾矿库在线监测武汉军山大桥健康.监测河南平顶山姚孟灰库在线监测 四川西昌会理尾矿库在线监测 河南杨家湾尾矿库在线监

23、测 河南森达源尾矿库在线监测 河南双河鑫尾矿库在线监测 河南平顶山姚尾矿库在线监测 河南算子沟尾矿库在线监测 河南牛家沟尾矿库在线监测 河南洛阳龙沟矿业娘娘沟尾矿库在线监测河南洛阳金源矿业水凹沟尾矿库在线 监测河南洛阳金牛矿业小双沟尾矿库在线 监测河南洛阳九扬矿业炉场沟尾矿库在线 监测河南洛阳牛鑫垛矿业张胡子沟尾矿库 库在线监测河南洛阳富川矿业寺院尾矿库在线监 测河南洛阳众鑫矿业北沟尾矿库在线监测河南洛阳坤宇矿业疼痛沟尾矿库在线 监测河南栾川天罡铂矿尾矿库在线监测 河南洛宁七里坪金矿尾矿库在线监测安徽琅琊山铜矿尾矿库在线监测 山西博华大同银矿尾矿库在线监测 河南栾川天罡钼矿尾矿库在线监测 河南

24、洛宁七里坪金矿尾矿库在线监测 河北怀来宏达矿业狐狸沟尾矿库在线 监测山西代县鑫盛尾矿库在线监测四川攀枝花盐边鑫茂铁精粉尾矿库在 线监测安徽铜陵冬瓜山铜矿沉降自动化监测 青海拉西瓦水电站滑坡自动化监测 甘肃苗家坝水电站滑坡自动化监测 四川福堂水电站滑坡自动化监测 云南小龙潭露天煤矿自动化监测 浙江新昌滑坡自动化监测 湖北秭归滑坡自动化监测 重庆开县滑坡自动化监测 陕西略阳滑坡自动化监测 贵州大方滑坡自动化监测 重庆奉节滑坡自动化监测内蒙古伊敏河露天矿边坡自动化监测 上海东海大桥健康监测 江苏润扬大桥健康监测 武汉阳逻大桥健康监测 上海长江隧桥健康监测 上海闵浦大桥健康监测 上海闵浦二桥健康监测

25、陕西黄河大桥健康监测 宁波五路四桥健康监测 沪蓉西公路大桥健康监测 青岛海湾大桥健康监测 贵州坝陵河大桥健康监测 安徽铜陵长江大桥健康监测 广东平胜大桥健康监测 江西洪都大桥健康监测 湖北荆岳大桥健康监测 湖北鄂东大桥健康监测 武汉军山大桥健康监测 河北邢台西郝庄沉降自动化监测 安徽铜陵冬瓜山铜矿沉降自动化监测 山西博华大同银矿尾矿库在线监测 四川西昌会理尾矿库在线监测表1-1华测历史监测项目列表注：除上述已建设完成的大型监测项目外、近两年做的大型的项目还包括已完成和在建中的监测项目。第二部分 项目概况及设计原则2 工程概况对于本监测系统我们采用GPS实时监测公路边坡的三维位移。3 监测目的和

26、任务随着大坝的建设，大坝主体边坡的安全稳定关系着整个项目的安全与下游人 民财产的安全。监测的主要任务是：1、针对边坡表面建立的多个监测点监测，结合内部观测传感器，建立较完 整的监测剖面和监测网，使之成为系统化、立体化的变形监测系统；2、及时快速的对边坡表部变形现状做出评价，掌握大坝在蓄水等各种状态 下的变化规律；3、建立长期监测系统，对边坡变形进行分析研究，为同类工程积累经验， 丰富理论。监测应达到以下目的：1、形成立体监测网；2、监测边坡的变形动态，对其发展趋势做出预测预报；3、对比评价不同条件下及不同监测手段的监测数据，进一步预测边坡变形 的趋势，指导场地规划建设。4 监测设计的原则和依据

27、华测GPS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，满足位移监测的需要， 同时又具经济效益的结构健康安全监控系统，遵循以下设计原则和依据。4.1监测设计原则1、建立高精度的GPS监测网（本系统采取1个GPS1续运行观测站），以高精度GPS基准监测站为基准，在整个碧流河水库大坝区域建设GPS监测观测点，与其它监测手段相结合的原则，形成立体化监测系统。及时测定和预报边坡的位 移等变化情况，并为长期稳定性预测研究提供资料。2、GPS自动化监测系统应具备完全自动

28、化、数据采集稳定可靠，所有系统 综合分析评价科学快捷，所得到的监测数据及结果应能够边坡变形预测预报提供 依据。3、高精度GPS空制网要定时和国际IGS网联测3,然后通过GAMIT或Bernese 软件解算，采用同济大学或者武汉大学专用平差软件进行平差， 联测周期为每年 一次，在系统建成初期，联测周期可适当缩短。4、科学合理性原则监控对象的选取有科学和法律依据，尤其符合相关安全规程和规定，是必要的；监控手段的选取有高科技含量，是先进的；监控效果准确有效。5、经济实用性原则凡是需要较大投入的监控项目都是需要经常使用的；凡是原系统已具备的功能或结构装置，只要准确有效，都采用系统整合的方法加以利用，相

29、互配合；所有涉及的技术手段，在保证长期可靠有效的前提下，采用最经济的方案；所有的操作功能都采用最简洁的使用方法、做到直观方便、性能稳定以 及维护简单。6、系统可扩展性原则在监控方案要求改变时，本次投入的软硬件设备能够继续使用，最大限度减少重复投入；系统接口开放性：系统输出的数据信息采用国际或国内通用的标准格式，便于系统功能扩充和监测成果的开发利用；系统软件系统支持其它监测设备数据分析、支持人工巡检记录等。4.2监测技术依据本系统建设方案设计严格遵循以下相关规范:名称编号批准单位年份崩塌、滑坡、泥石流监测规范DZ/T0221-2006国土资源部全球定位系统测量规范CH2001国家测绘局全球疋位系

30、统城市测量技术规程CJJ 73-97中国建设部1997精密工程测量规范GB/T 15314-94国家技术监督局1994-12-22建筑变形测量规程JGJ/T8-97国家一、二等水准测量规范GBI2897-91国家三、四等水准测量规范GB12898-91工程测量规范GB50026-93UNAVCOS准站建立规范国际UNAVC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建设部建筑物防雷设计规范GB50057-94表4-1监测执行规范5监测内容和技术要求5.1监测具体内容本监测系统监测的主要内容是通过在大坝表面按设计要求在不同位置布置GPS监测观测点，在大坝右岸的稳

31、定的山坡上布置一个GPS参考点，参考点和各监测点的观测数据通过高频无线传输的方式实时传输到控制中心，控制中心软件准实时解算出各监测点的三维坐标并保存到数据库，最终通过数据分析软件自动分析各监测点的变化量、变化趋势，并结合其它监测设备对边坡整体的稳定性3具体联测要求请参考 GPS测量规范进行分析。注：控制中心软件采用多种模式同时解算，如：解算时间可同时设置为 1 小 时、3 小时、6 小时、12 小时、24小时等，这样系统就可根据不同观测时间和精 度要求获取数据。5.2 监测技术要求本GPS自动化监测系统的具体技术要求为：1、参考站的位置选择要遵守GPS参考站网技术规范，同时也要考虑服务的 对象

32、；2、各监测点的选择也必须遵守 GPS测量的要求，同时也要考虑监测的任务、 周围现有资源情况以及交通等情况；3、数据通讯采用高频无线传输，供电系统要尽量利用现有资源；4、数据处理中心最好设立在专门的机房里，同时要具备面向公网的固定 IP 地址，从而便于系统的远程管理与维护。5.3 监测系统的技术指标1、各监测点的响应时间一般为 6 小时一次，最快可为几分钟一次，系统可 根据需要进行设置；2、各监测点的6小时数据精度平面中误差小于3mm、高程中误差小于6mm；3、系统完全是自动运行，如数据自动传输、数据自动处理及自动网平差、 数据自动分析、自动报警及自动生成报表等。第三部分系统整体设计水库大坝边

33、坡GPS自动化监测系统包括硬件系统和软件系统两大部分，女口 下图所示为这个GPS自动化监测系统的拓扑结构图。图5-1 GPS自动监测系统拓扑图6硬件系统水库大坝GPS自动化监测系统总体可分为：传感器子系统、数据传输子系统、辅助支持系统和数据处理与控制子系统四大部分组成。如下图所示：水库大坝GPS在线监测系统硬件拓扑图1、传感器子系统：即由各 GPS监测单元组成，负责碧流河水库大坝边坡位 移监测点监测数据的采集；2、数据传输子系统：负责传感器系统所采集数据实时的传输到控制中心。 具体的传输方式我们一般采用光纤、无线网桥等媒介，为了达到可靠、有效、稳定我们将采用几种方式并存，甚至为了解决距离远、布

34、线麻烦等问题，我们也可 以采用架设无线基站的方式。3、 辅助支持系统：由监测外场及监控中心辅助整个边坡GPS自动化监测系 统正常运行的设备组成，包括配电及 UPS防雷、综合布线及外场机柜等子系统 组成。4、数据处理与控制子系统：由布置在监控中心的小型机系统、 服务器系统及软件系统组成。6.1传感器子系统传感器主要指监测边坡表面变形的 GPS参考站、监测站及其辅助设备，各GPS接收机跟踪观测卫星信号，并实时按照一定规律把所接收的卫星信号变换成 电信号或其他信号并传输到控制中心，以满足信息的记录、处理、控制等要求， 从而实现碧流河水库边坡的实时监测目的。6.1.1 GPS 参考站河水库大坝GPS监

35、测系统设1个参考站作为位移监测的基准框架。它长期连 续跟踪观测卫星信号，通过数据通讯网络实时传输 GPS 观测数据到控制中心， 并实时为各监测站提供高精度的载波相位差分数据及起算坐标， 12 个连续运行 监测站同样实时的向数据中心传输数据，进行准动态差分。参考站分布在边坡的右侧，碧流河水库边坡 GPS参考站主要包括站址选择、 基建、仪器设备的选择及设备安装：1 、 参考站站址选择参考站要求建立在地基稳定的地点，同时 GPS参考站场地应满足以下要求： 场地稳固，年平均下沉和位移小于 3mm； 视野开阔，视场内障碍物的高度不宜超过 15°； 远离大功率无线电发射源（如电视台，电台，微波站

36、等） ，其距离不小于 200m远离高压输电线和微波无线电传送通道，其距离不得小于50m尽量靠近数据传输网络；天线墩的高度不低于 2 米；观测标志应远离震动源。2、参考站基建图6-1参考站观测墩示意图1）观测墩的建设要求在满足以上要求的前提下，在碧流河水库大坝右侧合适位置建立 1个基站， 观测墩的建设必须满足以下要求：观测墩应浇注安装强制对中标志，并严格整平，墩外壁或内部应加装（或 预埋）适合线缆进出硬制管道（钢制或塑料），起保护线路作用；GPS观测墩采用钢筋混凝土现场浇铸的方法施工。混凝土浇铸过程中的 水泥、沙子、石子及其他添加剂的用量以及混凝土施工的要求均按照表 一的要求执行；GPS观测墩中

37、的钢筋骨架采用直径三10mm勺螺纹钢筋，使用时须在距两 端10cm处，分别向内弯成G形弯（足筋下端 30cm处向外弯成匚形弯） 用料。裹筋采用直径三6mm勺普通钢筋；基座建造时浇灌混凝土至基座深度的一半，充分捣固后放入捆扎好的基 座钢筋骨架，在基座中心垂直安置捆扎好的柱石钢筋骨架，将柱石钢筋 骨架底部与基座钢筋骨架捆扎一起，浇灌混凝土至基座顶面，充分捣固并使混凝土顶面处于水平状态；混凝土浇灌至地面下0.2米时，在观测墩外壁应预埋适合线缆进出的直 径不小于25mm勺硬质管道（钢制或塑料），供安装电缆保护线路用； 双频天线的保护罩要采用全封闭式，以起到防水、防风等效果，同时天 线罩的衰竭率不大于1

38、%可利用观测墩基坑，加筑用于存放太阳能蓄电池的水泥槽。/gCXIu uoSjo9能电鱷、2yo乳厶1700is525 ®1WR8T0J<Z| I图6-1观测墩设计图ffliiw.®俯视图130图6-2强制对中标志2）灌制混凝土标石所用材料应符合下列要求采用的水泥标号应不低于 425。制作不受冻融影响的混凝土标石，应优 先采用矿渣和火山灰质水泥，不得使用粉煤灰水泥。制作受冻融影响的 混凝土标石，宜使用普通硅酸盐水泥。在制作受盐碱、海水或工业污水 侵蚀地区的标石时，须使用抗硫酸盐水泥。在沙漠、戈壁等干燥环境中 的标石，不得使用火山灰质水泥；石子采用级配合格的540mm勺天

39、然卵石或坚硬碎石，不宜采用同一尺 寸的石子；沙子采用0.153mn粒径的中砂，含泥量不得超过 3%水须采用清洁的淡水，硫酸盐含量不得超过 1% 外加剂可根据施工环境选用，如早强剂、减水剂、引气剂等，其质量应 符合相应规定，不得使用含氯盐的外加剂。材料 种 类配粒直径（mm水水泥砂石配合比例重量，kg重量，kg重量，kg重量，kg（体积，m3）（体积，m3（体积，m3（体积，m3碎石54018030060012260.6 : 1 : 2.2 : 4.09(0.18 )(0.30 )(0.44 )(0.82 )0.6 : 1 : 1.47 : 2.73卵石54017028567212480.6 :

40、 1 : 2.36 : 4.38(0.17 )(0.28 )(0.45 )(0.83 )0.6 : 1 : 1.61 : 2.96表6-1每立方米混凝土制作材料用量表注：表中配合比适用中砂，当采用细砂或粗砂时，水和水泥用量相应增加或 减少17kg和10 kg ；当采用540 mn粒径的碎石或卵石，应将水和水泥用量各增加10%砂、 石用量不变；调制混凝土，须先将砂、石洗净。浇灌标石时，须逐层充分捣固； 气温在0C以下时，必须加入防冻剂，拆模时间不得少于24h，否则不准 施工；拆模时间可根据气温和外加剂性能决定，一般条件下，平均气温在0C以上时，拆模时间不得少于12h。3、仪器设备的选择根据本项目

41、的实际情况并参照全球定位导航系统连续运行参考站网建设规 范，本GPS自动化监测系统选用华测X300M双频监测专用接收机具体技术参数 请参考“设备选型”。4、设备安装图6-3参考站设备安装图6.1.2 GPS监测站边坡GPS监测站是实时掌握边坡表面变化量的依据，各监测点长期连续跟踪 观测卫星信号，通过数据通讯网络实时传输 GPS观测数据到控制中心，并结合 各参考站的观测数据与起算坐标通过控制中心软件准实时解算处理，最终得到各监测点的三维坐标。本GPS自动化监测系统我们共设立12个连续运行监测站，各监测站布置在 边坡下游坡面。1、监测站站址选择根据监测区域的实际情况及参照GPS测量规范，各监测站点

42、的位置应尽 量避开高大的建筑物、尽可能和内部位移监测点选择在同一个位置上、 尽量选择 在围堰上等。监测点分布示意图2、监测站观测墩基建根据边坡监测区域的实际情况及监测点所监测的内容，本 GPS自动化监测 系统监测站观测墩可选为混凝土观测墩、预制钢结构观测墩，各观测墩的高度按 照人的平均身高计算，建设为1.8米以上为宜。以下列出两个方案，从中选一。1）大坝混凝土观测墩对于大坝观测墩，在大坝坚固结构的基础上打入钢筋支架浇筑混凝土。担:Mat中揺1LOOLdO图6-6混凝土观测墩图6-7现场施工照片2）预置钢结构观测墩保证通过厂家订做符合要求的立杆观测墩， 现场用膨胀螺丝固定在边坡上, 牢固性和美观

43、性，并做好防水处理。图6-9某监测项目观测墩实景图图6-8立杆的立面图如上图所示是某监测项目的立杆实景图片，实际的立杆高度可以小一点，如果周围没有遮挡，一般做1.2米即可。3、仪器设备的选择根据本项目的实际情况及所要达到的技术指标，并参照全球定位导航系统 测量规范，本GPS自动化监测系统选用华测X60M双频监测专用接收机和A300 大地测量型天线，GPS主机为分体式设计，具体技术参数请参考“设备选型”。4、设备安装图6-10监测站设备安装6.2数据传输子系统根据现场的情况，监测区域手机信号相对不稳定，且控制中心与监测区相距 较远，我们对碧流河水库边坡GPS自动化监测系统数据传输主要通过以下方式

44、： 参考点和边坡监测站点数据传输采用无线通讯。再边坡数据往控制中心传输的方 式上我们也建议采用高频无线传输增加中转站的方式，或者采用无视距无线发射 基站设备。高频无线传输优缺点：优点：1）数据传输带宽比较大，延迟比较小，可对各接收机进行远程控制；2）独立组网，链路式数据传输，数据传输不依赖于其它系统运行商，中心也不需要面向公网的固定IP地址；3）2.4G或5.8G合法的工作频率；4）局部可共用一台进行数据传输；5）一次性投入，后期没有月租等费用；6）工业级产品，内置避雷模块。缺点：1）数据传输为直线传输，距离较近，距离较远时中心站需架设比较高，而且每180度的内需架设一台；2）功耗稍大，每台接

45、收机约（45瓦）；3）单台接收机价格较贵；图6-11无线传输示意图6.3辅助支持系统 6.3.1配电及UPS系统对于本项目，需要供电的设备为控制中心服务器及辅助设施，各基准站、监 测站GPSS收机及辅助设施，根据其项目现场实际情况、需供电设备功耗、安装 方便、可靠、维护简单等原则，我们对控制中心设备和各GPS接收机选用不同的 供电方式，即控制中心选用 220伏交流电，并以UPS作为备用电源，同时UPS 也起到稳压的功能。12个监测点可采用交流供电，同时每个点配备蓄电池和充 电器，防止因为断电导致设备停止工作， 也可以采用太阳能供电，根据实际情况 来选择。参考站位于山上，交流供电较为困难，因此拟

46、采用太阳能供电系统对设 备进行供电。1. 控制中心供电在本项目的控制中心，首先必须接入220伏交流电，由于交流电不一定稳定， 有时会停电或者电压会有起伏，所以在接入各设备的前端加装一个带稳压功能的 ups既能保证电压的稳定，又可以在断电的情况下继续给设备供电，建议所选 用蓄电池可保证为各供电设备持续供电 6-8小时。根据控制中心供电设备的功耗及项目实施的经验， 推荐采用山特在线式C1KS 型UPS后备的电源为六节100AH松下蓄电池图6-12在线式UPS为了保证用电安全，接入各设备的电源部分还需要加装空气开关图6-13空气开关2. 参考站供电太阳能供电太阳能供电系统组成1）太阳能发电系统由太阳

47、能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。 输出的电压为12V,直接供给设备使用，各部分的作用为：2）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电 能,或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量 和成本将直接决定整个系统的质量和成本。额定的输出电压为18V。3）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格 的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开 关都应当是控制器的可选项。本系统采用规格为12V/1

48、0A的控制器。4）蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池 或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来， 到需要的时候再释放出来。本系统采用的为铅酸电池，设计容量为150Ah,可以满足阴雨天7天左右工作时间图6-14华测某项目太阳能供电系统太阳能供电系统的安装1）太阳能电池板需固定在 GPS观测墩的侧面，安置要求是：倾斜角度在30-45度之间，面对方向为正南方偏西15度左右（根据当地的情况可适 当调整），并制作三角形的支架固定在水泥板上，防止偷窃。太阳能支架2）蓄电池一般需埋设在观测墩的附近，埋入地下，避免日晒雨淋、被盗贼 偷盗，和外力冲击，同时也避免

49、温差变化影响蓄电池的寿命。注：具体太阳能的固定方式请参照GPS监测站观测的设计图纸。3. 2个监测点供电1）交流供电采用交流供电，合理拉线到现场，降压后使用。交流供电原则是利用附近最近的民用220V交流电或者是坝上自用的交流电，在保证其电压稳定和不经常断电的前提下采用。我们可适当加装UPS备用系统，根据现场情况确定。采用具体线路布设图可以和与光纤布设的路径一致，需要灵活掌握。通过交流拉到观测墩的机柜里，通过充电器接入后备蓄电池，给设备供电， 同时加装空气开关等保护设备。华测某项目交流供电安装图2）太阳能蓄电池系统供电根据实际情况，在交流电不方便使用的情况下，我们会采用太阳能和蓄电池 系统供电系

50、统，该系统和参考点的供电方式一样，具体情况见参考点的供电。6.3.2防雷系统1、雷电危害雷电危害分为直击雷和感应雷直击雷是带电云层（雷云）与建筑物、其它物体、大地或防雷装置之间发生的迅猛放电现象，并由此伴随而产生的电效应、热效应或机械力等一系列的破坏 作用。感应雷是由于带电积云接近地面，在架空线路导线或其他导电凸出物顶部感 应出大量电荷引起的，或是由于雷电放电时，巨大的冲击雷电流在周围空间产生 迅速变化的强磁场引起的。所以监测系统中各监测站及通讯系统由于雷击危害潜在因素，都要考虑防雷措施。雷电所产生的高电压电磁脉冲对没有相应保护措施的电缆（如：同轴电缆，天线，数据通讯电缆，电源电缆等）产生强烈

51、的毁坏作用，最终导致损坏所连接 的电子设备。2、雷电防范措施主要设备GPS接收机是有2000V的光电隔离效果，外壳是工程塑料，在设 计上已经起到了避雷效果，在此基础上辅助其他专业的防雷设备。野外监测点：碧流河水库大坝GPS观测分为大坝监测点和位于山坡上的参考点，因位置 不同，地理条件的不同，所以采用不一样的避雷方式。位于山坡上的参考点：参考点位于大坝右侧的山坡上，地理位置明显高出一般的建筑物，极易 受到雷电的攻击，并且以直击雷为主，所以我们列出参考点的防雷措施。GPS天线和接收机附近必须安装避雷针，避雷针与天线横向距离不小3m 避雷针高度按照“滚球法”确定，粗略计算可以按照 45度角考虑。图6

52、-45直击雷预防示意图在距观测墩33.5米处安装避雷针，选用16不锈钢制作支撑杆由两节组 成、分别由2寸、1.2寸各三米热镀锌管制作地网的建设选用4根50 X 5OX5mn热镀锌角钢为垂直地极 L=2.5米，以40X4 mn热镀锌扁钢互连，地极埋地深度0.7米。避雷针基座为500X 500X 60mm 钢筋混凝土，由地网引两根40X4 mm热镀锌扁钢与基座连接（连接处必须为焊 接）。接地电阻小于参照10欧姆。图6-56华测某项目避雷针现场示意图接地电阻要求小于10欧姆，如果当地的土壤电阻率较高，降低防直击雷接 地装置接地电阻宜采用下列方法：亠 采用多支线外引接地装置，外引长度不应大于有效长度；

53、亠 接地体埋于较深的低电阻率土壤中；亠采用降阻剂；亠换土。位于大坝的监测点监测点位于边坡上，明显低于两边的山坡；位于边坡的观察点接地困难；如 果边坡上的点都考虑直击雷防护， 成本必然增加很大，而且效果不明显，所以在 边坡上的观测点，我们只考虑感应雷的防护。因采用的供电方式要根据现场的情 况来确定，所以防雷也就会从不同的方面去考虑。本防护系统主要应该从两个方面考虑， 天馈线防雷和电源线防雷。电器设备 必须加装天馈线电涌防护设备，电力线电涌防护设备加装单项电源避雷器和空气 开关。感应雷预防示意图电源部分防雷（空开和单相电源避雷器）天馈线避雷装置GPS天线电缆、通讯射频电缆在接入主机前，必须加装天馈

54、线线电涌防护器。 不论是电源避雷还是馈线避雷，避雷器必须接地良好，接地电阻不得大于4欧姆，但是二者可以是同一个地。6.3.3外场机柜室外设备必须统一放在机柜中，主要设备有GPS接收机、天线转换器、串口服务器等装置，机柜防水密封，具有一定的防盗性。机柜设计采用50cmx 50cmx20cm的不锈钢机箱装置，加防盗锁，可挂靠 在观测墩上。布设原则：按数据传输路径，分别安装天线转换器、GPS8收机、串口服务器等。供电电源一并引入机柜，并且强电弱电隔离布线，整洁美观，便于维护。 机柜下端预留通线孔，供电源数据线的接入。机柜距离地面宜30cm。固定螺钉应拧紧，不得产生松动现象。 外加防护警告装置，避免非

55、工作人员破坏。6.3.4综合布线2供电线缆如果监测点会采用市电，需要根据现场情况就近取电，用电线缆的布设的基 本要求如下：在电缆铺设前，应仔细地核对电缆的型号、规格等是否符合设计要求，检查电缆表面有无损伤。此外，还必须用500伏兆欧表测量绝缘电阻，一般不低于10兆欧；电缆芯线应采用圆套管连接。铜芯电缆用铜套管压接，套管为含铜99.9% 以上的铜管制成，壁厚不小于1mm长度是套管直径的810倍；铝芯 电缆用铝套管压接，套管含铝不小于 99.6%,壁厚不小于1.2mm长度同 样是套管直径的810倍。如果铺设的电缆是铜芯和铝芯电缆的连接， 应采用铜铝过度接头。并且需要对铜铝过度接头与导线压接前进行退火 处理；电缆连接的中间头或终端必须密封防水，剖切电缆线是不能将电缆线芯绝缘外皮损伤；在下列地方，应装标志牌： 线路的始端和末端； 线路改变方向的 转弯处； 电缆头与电缆接头处。标志牌的规格应