北斗高精度定位系统在水库坝体变形监测中的应用_葛海亮.pdf

四 川 水 利 水利信息化与自动控制北斗高精度定位系统在水库坝体变形监测中的应用葛海亮，陈顺平，陈雨晴，陈宜彩（钛能科技股份有限公司，南京，）【摘 要】北斗高精度定位系统是一套基于北斗高精度定位技术的空天地一体化变形监测系统，系统利用物联感知、移动互联、云计算、大数据等先进科学技术，同时结合精确的北斗 解算模型进行数据解算，具有施工便捷、测量精准、维护方便、互动性强等特点。文章主要简单介绍了北斗高精度定位系统在小型水库变形监测中的应用方案，为推广北斗技术在小水库变形监测的应用积累经验。【关键词】北斗高精度定位系统 小型水库 变形监测 大坝安全监测 中图分类号：文献标志码：文章编号：（）引言“十四五”期间，水利部印发了关于健全小型水库除险加固和运行管护机制的意见，贯彻落实国务院办公厅关于切实加强水库除险加固和运行管护工作的通知要求，进一步健全小型水库除险加固和运行管护常态化机制，提高小型水库安全管理水平的工作举措。各省市积极响应水利部和国务院的相关要求，组织编撰了符合自身实际的小型水库雨水情测报和大坝安全监测设施监视与运行技术导则，用于指导辖区内已注册登记小型水库的监测设施建设与运行管理，加强小型水库安全管理，提升水库雨水情测报和大坝安全监测能力。大坝安全监测设施的建设与补充是提升小型水库监测能力，加强水库日常安全管理的重要工作内容。本次安全监测内容包括大坝横断面渗压监测、坝体渗流监测、坝体变形监测以及库区视频监视四部分内容（见图），传统的坝体变形监测是大坝混凝土浇筑前在监测点结构体内部或表面预埋位移计或应力计，不适用于已建水库的补充建设。因此，拥有自主知识产权的北斗高精度定位技术作为一种新型变形监测方式在水库、矿山、桥梁等领域得到推广和广泛使用。图 大坝安全监测设施建设示意 北斗高精度定位技术应用方案 技技术术路路线线系统是基于北斗高精度定位技术的空天地一体化变形监测系统，利用物联感知、移动互联、云计算、大数据等先进科学技术，结合精确的 解算模型，形成了一个施工便捷、测量精准、维护方便、互动性强的实时监测系统。技术路线如图 所示。四 川 水 利图 北斗高精度定位系统应用技术路线 系系统统组组成成系统由自动监测设备、人工观测墩和信息化综合管理平台组成。自动监测设备采样“”的设计方案，其中“”为基准站，安装在不易发生形变、牢固且无遮挡的位置；“”为监测站，安装在水库大坝易发生变形或垮塌的位置。基准站和监测站配置完全相同，均由 接收机、高精度天线、通信系统、供电系统等组成。接收机利用天线，与北斗卫星通信获取站点定位信息，通过 北斗短报文等方式，将原始数据送至综合管理平台，利用后端解算软件，分析对比基准站和监测站的时间信息和三维坐标，从而得出各监测站点各方向位移变化情况。也有将解算算法前置到监测站接收机内，利用无线电台或 自组网等方式，接收基准站数据，完成数据处理，通过水文、水资源 等主流协议送至综合管理平台进行分析演示。人工观测墩与监测站基础设置在同一位置或共用，按要求进行高程引测，做好数据记录，用于日后人工校核和修正监测数据。信息化综合管理平台负责整合各类监测数据，完成数据入库、处理、分析、展示等工作，实现各类监测子系统的联动。信息发布后可实现数据的实时展示、预警信息推送、调度指令下达等功能。工工作作原原理理北斗定位技术的基本原理是通过地面上的基准站和监测站的接收机接收北斗卫星信号，测出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。通过分析基准站和监测站坐标数据，计算偏差，得出监测点前后、左右以及垂直方向位移情况，通过长时间监测，得出大坝变形趋势，分析出现特殊点形变的原因和影响因素。应用案例以“五河县 年小型水库安全监测设施安装及小水库维修养护工程”为例，项目分别在王小湖水库和盘山水库补充建设“”模式北斗 变形监测设备，基准站建设在水库管理所，监测站根据水库运行人员的经验选址，系统采用后端解算的方案，中心平台接收各站的原始数据，在平台端完成数据解算和分析。通通信信方方式式站点设备以北斗接收机为核心设备，通过同轴电缆与高精度天线链接，接收北斗卫星的定位信号。同时接收机内置 通信模块，完成原始数据的定时上传。供供电电方方式式站点采用“太阳能电池板锂电池浮充”的供电方案，考虑到常规免维护蓄电池体积大，本次采用三元锂电池作为后备电源，电池安放在设备箱内，确保连续 个阴雨天站点能够稳定上报数据。安安装装方方式式站点设备采用立杆安装，顶部安装北斗接收天线，并套天线保护罩进行保护；第二层安装单晶硅太阳能板；第三层抱杆安装户外防水箱，箱内装有接收机、太阳能控制器、锂电池以及其他附属设备；立杆基础采用混凝土现浇，立杆与基础预埋件使用不锈钢螺丝进行固定。图 为五河项目现场实拍。图 五河项目现场实拍 接接地地防防雷雷立杆上部安装分体式避雷针，避雷针主体与葛海亮，陈顺平，陈雨晴，陈宜彩：北斗高精度定位系统在水库坝体变形监测中的应用 立杆使用绝缘子隔绝开，并使用接地引下线引入接地网中。接地网由水平接地扁铁和垂直接地极组成，水平接地扁铁埋设在地面以下 处，垂直接地极采用 镀锌角钢，长度 ，间隔布设，要求接地电阻不大于。变变形形数数据据展展示示与与分分析析五河县水库智慧水库管理平台负责接收和分析展示各水库的雨水情测报数据、大坝安全监测数据、视频监视画面等，并依据上述数据进行预报预警分析。坝体变形数据作为管理平台的一部分，需要完成以下工作。原原始始数数据据的的解解算算入入库库各基准站和监测站通过 网络上报变形监测的原始数据，数据送至钛能科技云服务器，通过部署在云端的解算软件进行原始数据的解算和处理，按照新的表结构存入数据库，方便业务功能开发使用。测测点点分分布布展展示示依据填报的经纬度信息，在卫星图上定位水库位置、雨水情测报站点、渗压渗流监测站点、坝体变形监测站点、视频监视站点等分布情况。变变形形数数据据展展示示利用图表形式展示解算后的变形数据，表格支持导出，历史曲线展示一段时间内的变化情况和变化趋势，协助分析监测点形变的原因和影响因素。大大坝坝安安全全预预警警平台具备预警功能，系统可自动根据预先设定的预警阈值，生成预警消息，并按重要性和预警级别推送至移动端、微信小程序和手机短信，提醒水库运行人员进行监测点现场情况巡查，出现险情及时上报。功能特点 施施工工安安装装便便捷捷站点设备采用一体式安装方案，接收机、天线、供电设备、通信设备以及防雷均共杆安装。在完成监测选址后，只需进行小工程量的基础开挖、混凝土浇筑和设备固定即可完成站点施工。施工方法简单，施工难度低。自自动动化化程程度度高高、效效率率高高北斗接收机测量可以实现自动化测量，满足全天候实时监测的要求。设备通电后，接收机自动测量，并可按照设定参数定时上报监测数据，不需要人工干预，测量难度大大降低，测量效率高。实实时时动动态态监监测测监测站安装调试完毕后，即全天候实时在线工作，且不受温度、气候等自然环境的影响。接收机实时接收北斗卫星的定位数据，并对坐标数据进行解算分析，实时上传至综合管理平台，可保证监测数据的及时性和稳定性。解解算算方方案案灵灵活活目前，绝大部分接收机产品均支持前解算，监测站接收机可直接完成数据处理，通过水文、水资源、等主流协议完成数据上送。结语北斗高精度定位技术作为一种由我国自主研发的新型定位技术，不仅有效降低了工程施工的难度和强度，而且在很大程度上提高了变形监测量的效率和准确性，为水库安全运行提供了坚实的技术保障。目前北斗高精度定位系统已在“五河县 年小型水库安全监测设施安装及小水库维修养护工程”项目中成功应用，通过与全站仪、正倒垂线测量数据进行对比分析，监测数据准确性和实效性均满足项目实际，较好地印证了北斗高精度定位系统对实时准确监测水库大坝变形状态、保障流域安全具有特别重大的意义。参 考 文 献李继东 在矿山建设中的应用西部探矿工程，（）：，袁兴明 技术在水库大坝变形监测分析中应用福建建筑，：作者简介：葛海亮（），男，汉，工程师，大学本科，主要研究方向：水利水电自动化及信息化系统建设与应用；陈顺平（），男，汉，工程师，大学本科，主要研究方向：水利水电自动化及信息化系统建设与应用；陈雨晴（），女，汉，工程师，大学本科，主要研究方向：水利水电自动化及信息化系统建设与应用；陈宜彩（），女，汉，工程师，大学本科，主要研究方向：水利水电自动化及信息化系统建设与应用。