地形微变远程监测系统

1、服务第一产品最优意大利地形微变远程监测雷达广泛用于山体、坝体、地表和建筑的监测及灾害预警IBIS-L一个基于微波干涉技术的高级远程监控系统。它将步进频率连续波技术（SF-CW）和合成孔径雷达技术（SAR）相结合，能够广泛应用于大坝坝体、山体、地表、建筑和桥梁等微小位移变化的监测。该系统是意大利IDS公司和佛罗伦萨大学经过6年合作研发的结果，它能够对目标物提供连续、全而的监测。IBIS丄可对大坝、边坡、建筑物等易发生微小位移变化的物体进行耕确的监测，得到被测物每部分的位移变化量，分析水库变形机理和变形特征，评价地质灾害。此外，通过该设备能够及时对各种危险区域做出灾害预报，极大的减少或避免灾害对人

2、民生命财产造成的损失。因此，这项技术对于灾害的预报和防治具有革命性的意义。遥测距离可达4公里，无须在目标区域安装传感器，无须靠近或进入目标物测量精度达0.1mm对波束覆盖范围内的区域同时监测（可达数平方公里）。与GPS、全站仪等相比具有连续的空间覆盖优势直接、实时监测，通过解析单个像素的信息，可以得到局部的位移量，全目标24小时连续监测，可遥控测量，无需操作人员在现场守候当测量危险区域时，实时做出灾害预警，可轻松完成大而积或不易进入目标的远程监测数据采集时间短，可以达到每5分钟采一次设备运输和安装简单方便，操作自动化程度崗，控制和处理软件功能强大在所有天气（如下雨、刮风、大雾等）天气条件下都能

3、够提供连续的数据采集设备耗电最很小，独特的供电单元能够保证设备的氏时间野外工作地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统ImagebyInterferometricSurvey用途坝体监测坝体稳定性检测坝体灾害预警山体滑坡监测山体表面变化和不稳定边坡监测山体滑坡和山崩运动的监测及预警边坡稳定性和火山灾害的监测及预警地形和地表沉降监测地表和地某的沉降监测地形变形监测及预警建筑物监测建筑物变形和沉降监测崗塔等高层建筑物的变形监测建筑灾害预警桥梁监测桥梁桥面的下沉挠度监测桥梁静态监测桥面变形及残余变量监测雪崩监测雪山冰川区

4、位移情况监测雪崩灾害预警工作原理IBIS-L系统上要是通过干涉测量对目标物的位移悄况进行监测。在该系统中，三项重要的技术保证了IBIS丄所进行的高精度、大范围、远距离的位移监测，他们是干涉测量技术（InterferometricSurvey）步进频率连续波（SteppedFrequency-ContinousWave）和合成孔径雷达技术（SAR）o地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统干涉测量技术目前是一项非常成熟的测量技术，通过该项技术上要保证对目标物的位移变化情况进行精确测量。该技术上要是通过雷达反射波的相位

5、差异而进行的。如下图，经过雳达的第一次发射和接收雷达波，确定了目标物所在的位置和相位信息。再经过一次发射和接收雳达波，确定第二个位置的相位信息，通过Jt相位差确定耕确的位移变化。理论上最小可识别的位移变化为0.000154mm（如下图中公式所示：d为测量出的位移，入为电磁波的波K,（22-J为相位差），这个将度完全能够满足在大坝、山体滑坡、边坡工程、建筑和桥梁等行业的需求。地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统通过该项技术能够得到目标物在径向上的位移，通过处理软件可以得到其他方向上的位移投影。通过这种方式用户可以

6、自由进行设置，从而完成对整个区域的位移测量。sin(a)=sin(a)d=d上ph地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统20-4020-40地形微变远程监测系统ImagebyInterferometricSurvey删解(SteppedFrequencyontinousWave)步进频率连续波连续波技术是系统以不同的频率在Tsweep时间内发射出一组电磁波，通过这项技术用来保证电磁波的长距离传输。步进频率连续波连续波技术还为雷达提供了很高的距离向分辨率。雷达能够提供的频率带宽最大为3X108,贝I通过二C/2B得到的距离向分辨率为0.5米。这就意味着在雷达的监测区域内，延径向每0.5米被分割

7、成一个单元。第n个攻率|IIIII岂I带宽示意图合成孔径雷达技术(SyntheticApertureRadar)合成孔径雷达技术最早由NASA应用于对火星、月球表面的观测，是近年来迅速发展起来的一项新的空间对地观测技术，它是利用合成孔径雷达的相位信息提収地表的三维和启J程变化信息。该技术可以获取大范围.高楮度、高可靠性(全天候、全天时)的地表变化信息。利用SAR技术，在天线沿轨道线性扫描时，相当于增大了天线孔径，为系统提供较高的角度向分辨率，4.5mrado雷达具有了距离向分辨率和角度想分辨率之后，能够将这个监测区域分割成很多的单元，采集每一个单元的位移信息，再将所有的信息结合起来。距离向以0

8、.5米为一单元进行分割，角度向以4.5mrad为一单元进行分割。雷达最大的监测区域可达7平方公里，最大的分割单元数量可达200,000个。-200204060cross-range(m)地形微变远程监测系统ImagebyInterferometricSurvey地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统主要硬件数据采集单元雷达波频率为16.616.9GHz信号发射和接收天线为20dB增益线性扫描装置接口线性扫描单元2m长线性轨道步进伺服马达移动控制编码器地面安装支撑杆和机械移动接口数据记录和处理单元松下CF-19笔记本电脑数据显示和处理软件能够满足恶劣的工作环境可直接用于编写工程报告能暈供应单元

9、两块12V、130Ah电池苴接与220V240V交流电连接太阳能电池板供电为笔记本电脑供电控制和处理软件I设备的自动化程度很高，在控制软件中设置要监测的区域范围，选择监测的时间K度，其余工作就完全由设备自动完成。ImagebyInterferometricSurvey在数据的采集过程中，采集软件会实时的显示整个区域的位移信息。通过不同的颜色表示不同的位移量（用户可以自由进行设置），很方便就可得到区域内的位移信息。任意点击一个单元，该单元的位移信息就可以很直观的显示出来。操作人员还可以远程对设备进行控制，无需总守在设备旁进行管理，更加有利于保证长时间的监测。处理软件分析数拯中的位移信息，并将每一

10、个单元的信息进行整合，生成文本格式的位移信息。主要参数I雷达类型SF-CW带宽300MHzSAR性能有安装时间2小时干涉测量性能有能量供应电池、交流电、太阳能射程0.2-4.0km尺寸250X100X100cm位移精度0.1mm重量100kg最小采样间隔5min耗电量80W工作温度-20C50C环境指标IP65空间分辨率距离向分辨率：50cm角度向分辨率：0.2-4.0kmX4.5mradIBIS丄的空间分辨率包括：距离向分辨率，为50cmo角度向分辨率为角分辨率和测距的乘积。IBIS丄的数据采样间隔为5分钟，它随距离向分辨率的增加而相应增大，操作者可以根据需求自由设置。地形微变远程监测系统I

11、magebyInterferometricSurvey地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统应用实例IBIS-L可以苴接将大坝、边坡工程和库区等水工建筑及地表等的位移监测融为一体。它可以对大坝进行全坝段、实时的、高精度的远程监测，及早发现水库大坝的异常变形，并作出安全预警。同时还可以对威胁大坝安全的边坡进行变形监测。1、紫坪铺大坝监测IBIS丄架设在大坝坝体的远处，能够监测到整个坝体的变形情况oIBIS丄是通过发射并接收电磁波，运用高频电磁波的相位差对目标物的微小变形进行监测，因此需要根据电磁波的反射强度来决定其中一点的数据准确性如何。下图中右图为电磁波能量图，通过该图可以看出整个大坝坝体的

12、反射情况都非常好，这为得到准确的结果提供了保证。大坝上体的反射能量均在25分贝以上，反射情况良好，并且信号的稳定性很好。此外，在图中可以明显地看出大坝的外形，坝体的每一个部分都显示的非常清楚，坝体上的马道和楼梯都显示的非常清楚。这为准确的找到每一个点的位置提供了保证。地形微变远程监测系统ImagebyInterferometricSurvey地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统ImagebyInterferometricSurvey亘巨1、紫坪铺大坝监测IBIS-L参数设置IBIS到大坝距离550780米总监测时间45小时天线倾角5度距离向分辨率0.5米雷达波主覆盖范围34度角度向分辨率4

13、.5mrad采样频率6分钟一次最大监测距离仃00米IBIS-L首先可以得到整个坝体的变形情况。在监测时段内，天气的变化会对整个监测结果造成一定的彩响，所以要选取校准点对幣个监测结果进行校准，这就得到整个坝体相对校准点的变化情况。通过整个坝体的位移图可以对大坝的变形有一个宏观的把握。IBIS丄还具体记录了每一个单元的变形情况，这样能够更加精确的了解每一个点的变形信息。在监测时段内，大坝的整体变形暈很小。在坝体上选取10个点，每个点的变形信息在止负0.5毫米之间。这样高精度的结果通过传统的测量仪器是得不到的。地形微变远程监测系统ImagebyInterferometricSurvey地形微变远程监

14、测系统地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统ImagebyInterferometricSurvey地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统Time(hotrs)地形微变远程监测系统ImagebyInterferometricSurvey地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统7W0Q00tt400M0Bnw-IBIS-L2、龙头石水电站大坝监测四川龙头石大坝位于大渡河之上。本次监测止值水电站水库蓄水之时，坝体变形量相对较大。通过IBIS丄能够覆盖住整个坝体，能够一次完成对整个大坝的监测。IBIS-L距坝体距离:250米天线倾角：0度距离向分辨率：0.5米角度向分辨率:4.5mrad本次监测

15、采取的是昼夜连续监测，总监测时间为52个小时。在此期间水库水位共上升12米。大坝坝体的反射情况非常好，反射能量均在25分贝以上，为得到更加准确的结果提供了保证。信号的稳定性很好，能够保证得到的结果源于大坝坝体的变形。在经过52个小时之后，大坝坝体的变形情况均在5亳米以上，水库蓄水期间大坝坝体的变形量较大。在右侧图例中，不同的颜色表示不同的位移量，在图中将各点的变形情况和变形量联系起来。通过图中可以看出，整个坝体表而在蓄水过程中，有向前倾的适势，是幅度木超过8mm。在坝体上选取3个点，査看着三个点的变化时程曲线。从图中可以看出,大坝坝体在8月23日4时至14时的变化量相对较大，在8月22H14时

16、至8月23日4时的变化量较小。提供的数据中还包括数据变化的表格记录。可以提供文字的数据来显示每个点的变化悄况，便于通过Jt他软件分析。地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统ImagebyInterferometricSurvey地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统ImagebyInterferometricSurvey地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统ImagebyInterferometricSurvey地形微变远程监测系统3Sardinia大坝监测设备安装位置图角反射器安装位置地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统ImagebyInte

17、rferometricSurvey地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统ImagebyInterferometricSurvey地形微变远程监测系统本次监测实施的是昼夜连续监测，总监测氏度为6天。在现场选择合适的位置能够使雷达监测到整个坝体，中间没有遮挡物即可。为了能够更好更准确的完成对坝体的监测，本次实验在坝体上安装了3个角反射器。监测区域能量图通过IBIS首先能够得到的是监测区域的能最图，该图表示整个区域的雷达波反射情况。如果雷达波的回波能量不足，在一定程度上会彩响检测到的位移的准确度。因此，一般选取反射能量较好的点。选择完区域内的点之后，即可得到该点所对应的位移图。

18、在上图中可以非常明显的看出三个角反射器在06年7月13H0时30分左右的位移量较大。除了用图形方式表示所选点的位移之外，处理软件还可以以表格等文本格式表示位移量。软件将采样时间和位移量自动结合起来，便于进行数据整理。ImagebyInterferometricSurvey4Concano大坝监测大坝外观IBIS-L安放位置地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统ImagebyInterferometricSurvey地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统ImagebyInterferometricSurvey地形微变远程监测系统软件还可以将雷达得到的位移图苴接投影到大坝的

19、设计图纸上。该项功能能够很好的将坝体的位移信息和坝体的位置相结合，更好的显示大位移量区域的位置，便于对坝体的安全进行预警。在图中可以任意选取一个或儿个单元，就可以得到这些单元在监测时间内的位移变化信息。大坝类型重力弧形坝雷达距大坝距离400m地点意大利AlpiRetiche距离向分辨率0.5m坝高125.5m角度向分辨率4.7mrad坝长381m采样间隔9分钟地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统ImagebyInterferometricSurvey地形微变远程监测系统IBIS-L5、Tessina滑坡监测将设备架设在滑坡区域4公里以外，最大的监测范围是7平方公里，覆盖了整个滑坡体。仪器设

20、置的距离向分辨率为0.5m,角度向分辨率4.5mrad,采取的是昼夜连续监测，总监测时间为7天。在对滑坡体的监测时段内出现了大雾、下雨等天气，均未对整个监测过程造成影响。在本次监测过程中，没有在滑坡体上安装任何角反射器，能量反射悄况良好，能够非常准确的监测到報个滑坡体每一部分的位移借况。滑坡区域照片10小时位移40小时位移90小时位移通过软件可以显示每一时段内位移情况。在位移图上，不同的颜色表示不同的位移大小，用户可以进行自由设置。IBIS不能得到三维信息，处理软件能将位移图投彩在三维模型上，使得位移变化的情况显示的更加首观。6、Macugnaga雪崩监测30分钟后位移图9小时后位移图上图分别为雪削发生30分钟后和9小时后的位移变化。软件将位移图投彩在了地形图上，其中的红色区域为位移量最大的区域，即为雪胡最严重的区域。地形微变远程监测系统地形微变远程监测系统ImagebyInterfer