中海達滑坡安全監(jiān)測方案

1、中海達系統(tǒng)工程解決方案之滑坡安全監(jiān)測廣州中海達測繪儀器有限公司滑坡安全監(jiān)測基本解決方案一、引言1、滑坡滑坡是目前人類面臨的最廣泛、受害最嚴重和時間最長的地質災害，其出現的頻度和廣度遠遠大于地震事件?；率俏覈植甲顬閺V泛的地質災害類型，全國有400多個縣(市)、1萬多個村莊受滑坡、崩塌、泥石流的威脅?；碌刭|災害突發(fā)性強且危害巨大，不僅表現在中斷交通、堵塞河道、摧毀廠礦、掩埋城鎮(zhèn)、破壞生態(tài)平衡、危害廣大人民生命財產安全，甚至還會誘發(fā)泥石流，產生更嚴重更惡劣的災難性影響。我國歷史上每年都有滑坡災害發(fā)生，而近十年來我國的滑坡更是規(guī)模大、速度快，給人們造成的災難更大，每年因此蒙受的經濟損失更是高達幾

2、百億元。2、滑坡監(jiān)測的重要性滑坡之所以危害巨大，是因為難以事先準確預報其發(fā)生的時間、地點和強度。正因為滑坡具有突發(fā)性的特點，目前全世界對滑坡等地質災害在預防方面的主要方針仍是“以防為主，防治結合”，所以滑坡災害預防，重在監(jiān)測。3、滑坡外部變形監(jiān)測滑坡外部變形監(jiān)測即滑坡位移監(jiān)測是滑坡監(jiān)測的主要內容之一，它包括滑坡表面位移監(jiān)測和深部位移監(jiān)測，二者互相印證，互相補充。其中滑坡表面位移監(jiān)測又是滑坡位移監(jiān)測中的重要內容，它不僅能確定滑坡體位移量的大小、方向以及變形速率，也是確定滑坡范圍、規(guī)模、邊界、滑動面位置、滑坡體方量的重要依據，也是判斷滑坡穩(wěn)定與否的決定性參數，是滑坡災害評估、滑坡綜合防治必須取得的

3、最基本資料。二、項目背景1、人文地理（區(qū)劃人口、范圍、經濟、經緯度、海拔、山川、河流、企業(yè)、發(fā)展規(guī)劃）2、工程概況（工程規(guī)模、工程等級、工程功能、工程布置、水文與地質、地震、地質災害）3、現有系統(tǒng)（系統(tǒng)組成及實際運行情況，適用于改造項目）4、存在問題（現有系統(tǒng)在哪些方面不能滿足實際生產的需要，適用于改造項目）三、系統(tǒng)要求1、需要解決什么問題（一般客戶并不會要求所有問題都在本工程內解決）2、需要哪些功能3、有哪些具體要求（技術指標、經濟指標、進度要求、兼容拓展能力、其他功能要求）四、GPS監(jiān)測系統(tǒng)方案根據現狀分析及具體要求，解決方案一定要有針對性1、系統(tǒng)總體目標（1）2小時連續(xù)觀測精度水平方向優(yōu)

4、于2mm、垂直方向優(yōu)于4mm，長時間（3小時以上）連續(xù)觀測精度甚至優(yōu)于水平方向1mm、垂直方向2mm，完全滿足高精度滑坡監(jiān)測的需要；（2）能夠進行長期、穩(wěn)定、不間斷運行，能實現最高20Hz的實時觀測，真正做到無人值守，放心又省心；（3）具有遠程數據傳輸、遠程狀態(tài)瀏覽、遠程系統(tǒng)設置以及數據管理、用戶管理、安全管理等功能；能進行超短基線解算、已知點符合歸算、坐標計算、精度估算；能計算三維位移分量及各向變形速率；能自動生成變形歷時曲線；能根據布置斷面生成位移分布圖；能根據其他相關物理量生成相關圖；能根據預設警界值進行斷別并適時遠程多渠道預警信息或狀態(tài)信息發(fā)布；（4）能根據實地地形數據生成三維仿真圖形

5、，能根據變形監(jiān)測數據生成實體變形場等高圖，并能生成變形場任意剖面圖；（5）能對變形監(jiān)測數據進行初步分析與簡單評價。2、系統(tǒng)功能設置本系統(tǒng)主要功能模塊有數據采集、數據傳輸、系統(tǒng)管理、用戶管理、數據管理、數據處理、監(jiān)測分析、報表生成（包括圖表及數據表等）、信息發(fā)布等。其中數據采集主要為硬件模塊，數據傳輸為硬件軟件接合模塊，其它為軟件模塊。3、監(jiān)測系統(tǒng)布置滑坡成因、規(guī)模、范圍、狀態(tài)、特點描述與滑坡發(fā)展階段分析，滑坡外圍情況說明與分析，監(jiān)測范圍總體規(guī)劃與系統(tǒng)總體布置初步方案，再具體到以下幾個方面：本監(jiān)測系統(tǒng)共設置1個遠程數據中心及控制管理中心、*個基準站、*個監(jiān)測站?；鶞收静贾迷谶h離滑坡的穩(wěn)定區(qū)，監(jiān)測

6、站分別布置在滑坡周界上、滑坡后緣、滑坡中部、滑坡臺階以及滑坡舌等部位，有效監(jiān)測整個滑坡體的變形狀況，必要時需進行監(jiān)測斷面設計和網形設計。根據整個監(jiān)測點分布情況及其間距，兼顧系統(tǒng)運行穩(wěn)定性及經濟性要求，可將系統(tǒng)靈活布置成一機多天線系統(tǒng)或單點獨立系統(tǒng)或混合系統(tǒng)，基準站或監(jiān)測站可采用雙頻主機+扼流圈天線、雙頻主機+大地測量型天線或單頻主機+大地測量型天線的模式。系統(tǒng)供電可靈活根據實際情況選擇市電+UPS供電系統(tǒng)、太陽能（風能）供電系統(tǒng)或其他穩(wěn)定供電方式。數據傳輸方式則可根據需要和實際條件靈活采用GPRS無線傳輸、電臺無線傳輸、無線局域網絡傳輸、有線傳輸等多種方式。考慮系統(tǒng)長期運行及系統(tǒng)安全的需要，系

7、統(tǒng)中還需設置接收機保護裝置和防雷電設施。4、監(jiān)測系統(tǒng)組成本監(jiān)測系統(tǒng)主要由綜合管理系統(tǒng)、數據采集系統(tǒng)、數據通訊系統(tǒng)、數據處理系統(tǒng)和監(jiān)測預警系統(tǒng)（后處理系統(tǒng)）等五大系統(tǒng)組成。綜合管理系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的靈魂，也是整個系統(tǒng)運行的控制中心，它包括系統(tǒng)管理、用戶管理、數據管理及系統(tǒng)安全管理等功能。數據采集系統(tǒng)包括基準站、監(jiān)測站、野外供電系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)等，要求設備能夠進行自檢，能進行復電后自動啟動、數據采集與儲存等功能。數據通訊系統(tǒng)能自動進行通訊鏈路檢查并進行運行狀態(tài)監(jiān)控與基本處置，既能進行實時數據傳輸，也能進行野外就地拖拽式下載、藍牙方式下載或遠程下載。數據處理系統(tǒng)能進行基線解算、已知點符合歸算、坐標計算、

8、精度估算等，這是GPS系統(tǒng)數據的基本處理部分，其解算精度直接影響到監(jiān)測成果的可靠性與穩(wěn)定性，是數據處理的重要環(huán)節(jié)。監(jiān)測預警系統(tǒng)是整個系統(tǒng)是核心和終極目標，需要計算各點的三維位移分量及各向變形速率，能自動生成歷時曲線，能根據實地地形數據生成三維仿真圖形，能根據變形監(jiān)測數據生成實體變形場等高圖，并能生成變形場任意剖面圖，能根據預設警界值進行自動斷別，也能根據一定的數據模型進行趨勢分析并適時多渠道多形式預警信息或狀態(tài)信息發(fā)布，能自動生成包含基本數據信息和相關圖表及趨勢分析成果的綜合報表。系統(tǒng)的整體結構與運行流程示意圖如下所示：綜合管理系統(tǒng)（控制中心）數據采集系統(tǒng)數據通訊系統(tǒng)數據處理系統(tǒng)監(jiān)測預警系統(tǒng)系

9、統(tǒng)管理用戶管理數據管理曲線生成監(jiān)測分析安全評價預警發(fā)布系統(tǒng)設置用戶管理數據及報表管理線路檢查數據傳輸遠程下載設備自檢數據采集遠程控制基準站監(jiān)測站GPS滑坡監(jiān)測系統(tǒng)結構及流程圖基線解算坐標計算精度估算每個基準站或監(jiān)測站由測墩、GPS天線、天線連接線、GPS接收機、供電系統(tǒng)及防雷設施組成，其典型結構與組成示意圖如下所示：( )預放電式避雷針太陽能電池板電池控制器蓄電池觀測墩GPS接收天線GPS接收機GPRS無線傳輸模塊保護箱天線連接線主要硬件設備組成及其連接示意圖(內置)5、主要設備選型及其技術參數（1）、天線：采用型號為AT-1200型的專業(yè)大地測量型GPS單頻天線，能有效降低多路徑信號的影響、

10、精確跟蹤目前所有的GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號。專業(yè)大地測量型GPS天線（2）、接收機：選用中海達VNet3專業(yè)GPS接收機，其面板和背板如下圖所示：VNet3專業(yè)GNSS接收機VNet3專業(yè)GPS接收機技術參數：精度：實時DGPS定位精度：0.5m；實時動態(tài)定位精度：水平10mm+1.0ppm、垂直20mm+1.0ppm；快速靜態(tài)定位精度：水平5mm+1.0ppm、垂直10mm+1.0ppm；靜態(tài)定位精度：平面2.5mm+1ppm，垂直5.0mm+1ppm。系統(tǒng)：基于Linux操作系統(tǒng)內核開發(fā)的真正的多用戶、多任務、多平臺操作系統(tǒng)，支持10個用戶同時登錄，支持衛(wèi)星連續(xù)跟蹤的同時進行衛(wèi)星數據記錄和計算

11、、數據下載、數據傳輸（支持同時運行的10個TCP/IP數據流）、RTK或RTD數據播發(fā)等多任務同時作業(yè)，系統(tǒng)穩(wěn)定性強，管理功能和網絡功能強大，體積小、功耗低（僅4.6W）、發(fā)熱量少，適合長期無人值守連續(xù)工作。DAPT-RTK初始化可靠性一般大于99.9%；RTK初始化時間：典型15秒。通道：獨立12并行通道，可有效跟蹤和觀測所有可見GPS衛(wèi)星信號（包括GPS衛(wèi)星系統(tǒng)L1C/A碼、L2C碼、L1/L2/L5）。數據更新：支持數據更新率高達20Hz，同時可保持最佳觀測質量和觀測值的獨立性。數據傳輸：支持UHF無線電臺、數據專線Modem、寬帶接口、Fax Modem、TCP/IP、內置GSM/CD

12、MA/TDMA無線通信功能、互聯(lián)網或內聯(lián)網及無線網絡、藍牙等多種通信方式進行數據傳輸和差分廣播。數據存儲內置1GB高性能存儲器并支持4GB大容量工業(yè)級SD數據存儲卡，僅1GB內存即可保存5秒采樣率下9個月的雙頻GPS數據，如果加上4GB的SD卡則可存儲約3年的雙頻GNSS數據。數據卡可循環(huán)存儲。數據支持本地復制下載和遠程網頁下載。數據格式原始數據文件采用ZHD、RINEX、BINEX等國內外通用格式，可與其他系統(tǒng)無縫兼容；差分電文采用CMR、CMR+、RTCM2.3、RTCM3.0、RTCM3.1等格式；定位數據及狀態(tài)信息文件采用NMEA-0183V2.3格式。數據接口配備1個以太網接口、5個

13、RS232數據端口，可同時連接兩套數據通訊設備進行RTK或RTD數據廣播，可外接氣象儀、原子鐘、滲壓計、傾斜儀等多種輔助設備，外接設備的相關數據可同時保存與傳輸。遠程訪問權限內用戶可以在任何地方通過普通網頁瀏覽器登錄到VNet，可以下載數據、查看運行狀態(tài)、修改系統(tǒng)設置，還可進行系統(tǒng)升級、內存格式化、重啟動等操作，完全實現遠程控制。網頁設有多級權限控制，可以確保接收機安全。其工作界面如下所示：其他額定功率：4.6W。工作電源：內置4個獨立電源端口，寬工作電壓工作模式，電壓范圍736V，支持中海達不間斷電源系統(tǒng)，也支持交流電、蓄電池、太陽能及風能供電模式，任何環(huán)境都能保證連續(xù)不間斷運行。接收機不論

14、任何原因掉電后能自動復位，能把接收機復原到最后工作狀態(tài)繼續(xù)工作。工作溫度：-4065、存貯溫度：-4080。其他：工業(yè)級堅固鋁合金外殼，全密封防水防塵達IP67；抗2米自由跌落；重量500g；外形尺寸22.5×13.8×7cm。（3）、系統(tǒng)軟件：選用“中海達ZNetCaster網絡數據服務器軟件” 。“中海達ZNetCaster網絡數據服務器軟件”是基于“BCT”概念研發(fā)的新一代網絡服務器軟件，采用了著名的LAMBDA算法和卡爾曼濾波方法進行嚴格實時平差，提供真正的網解，支持參考站標準格式（RTCM V2.x、CMR、CMR+）及最新RTCM V3.0格式的改正數據、支持單

15、向和雙向通信、支持多個CPU、支持網絡RTK（NTRIP）技術，具有很強的普適性。本軟件支持NTRIP、TCP/IP及協(xié)配串口，可采用電臺、GSM/CDMA/TDMA、ISDN和Modem等通訊手段。它采用模塊化設計，具有參考站（監(jiān)測站）參數設置、運行狀態(tài)監(jiān)控、數據分發(fā)、實時參數播發(fā)、用戶管理、收費管理、數據管理、數據回放、數據解算、坐標計算、坐標平差、精度分析、事件報警、報表打印等功能模塊，可以進行參考站控制、數據管理、遙控各臺站設備的運行與設置，可以進行數據下載、文件檢查、文件編制并可發(fā)送到不同FTP服務器；同時可以根據數據質量和運行工況進行判斷并發(fā)送報警信息，確保系統(tǒng)連續(xù)可靠運行。本軟件

16、系統(tǒng)因有多種數據通訊手段從而具有高度的靈活性，因有自檢與自動重啟功能從而具有高度的可靠性，因有遙控功能從而中海達技術人員可以通過互聯(lián)網對系統(tǒng)進行檢查維護使系統(tǒng)維護簡單便利。中海達ZNetCaster網絡數據服務器軟件的界面及功能結構如下圖。軟件界面圖軟件功能結構圖（4）、天線連接線：采用Syv-50-5-1型同軸電纜，其射頻信號保真高、衰減小，在不加天線信號放大器的情況下信號傳輸40米仍可滿足GPS接收機的正常工作需要。（5）、電源系統(tǒng)：電源系統(tǒng)選用56W太陽能電池板+65Ah全密封蓄電池，可以保證在沒有太陽的情況下系統(tǒng)仍可正常工作7天，另外配備太陽能電池控制器，可有效防止蓄電池過充和過放，延

17、長電源系統(tǒng)的使用壽命。（6）、其他附件：如連接接頭、避雷針、保護箱（罩）、電纜保護管等，以滿足GPS系統(tǒng)正常工作需要為基本原則。6、系統(tǒng)評價本滑坡監(jiān)測系統(tǒng)具有以下特點：（1）數據采集快完全實現高達20Hz連續(xù)高速精密數據采集；（2）監(jiān)測精度高實現最少單歷元毫米級高精度連續(xù)解算；（3）硬件層次少系統(tǒng)組成簡單、結構清晰、運行穩(wěn)定、維護方便；（4）分析手段多能計算三維位移分量及各向變形速率，能自動生成變形歷時曲線，能根據實地地形數據生成三維仿真圖形，能根據變形監(jiān)測數據生成實體變形場等高圖，并能生成變形場任意剖面圖，還能運用小波精密分析法對數據進行分析處理；（5）信息發(fā)布快能對變形監(jiān)測數據進行初步分析

18、與簡單評價，并根據預設警界值和實測值進行判別，能及時進行多渠道預警信息或狀態(tài)信息發(fā)布，隨時隨地掌握運行狀態(tài)，真正實現遠程監(jiān)控和無人值守。 如果與常規(guī)監(jiān)測系統(tǒng)競標GPS監(jiān)測方法相對傳統(tǒng)監(jiān)測手段的優(yōu)越性分析：相對傳統(tǒng)測量手段，運用GPS方法進行滑坡表面位移監(jiān)測具有非常明顯的優(yōu)越性，其主要優(yōu)點如下：觀測站之間無須通視，點位選擇更加靈活。不要求網形保障良好的幾何結構，各監(jiān)測點觀測精度分布均勻。操作簡便，勿需進行手工重復勞動，可以節(jié)省大量人力物力。定位精度高，即使在極短基線（基線小于20km）條件下其相對定位精度仍可達12×10-6。響應快速，可實現短基線（20km左右）快速定位，其觀測時間僅需數分鐘?？扇旌蜃鳂I(yè)，真正實現連續(xù)實時觀測，特別適合滑坡監(jiān)測?？芍苯犹峁┤S坐標及其絕對或相對變化量，沒有變形范圍限制，這是傳感器類、聲納類、光波類、影像類、頻普類監(jiān)測手段不可比擬的。自動化程度高，可以完全實現遠程控制、遠程監(jiān)測、遠程數據下載與共享，方便實現預警信息發(fā)布。 如果是單點獨立系統(tǒng)相比多天線系統(tǒng)本系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：（1）系統(tǒng)更加簡單、運行更加穩(wěn)定、數據更加完整、觀測精度更高；（2）不會有某個轉發(fā)器壞了造成多少監(jiān)測點數據丟失的風險；（3）天線與接收機并列安裝，信號傳輸距離短，信號強，干擾少，數據更加穩(wěn)定可靠；（