拉西瓦水電站GNSS滑坡變形監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計

靳瑋濤

中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司 陜西 西安 710065

1 工程概述

拉西瓦水電站位于青海省貴德縣與貴南縣交界的黃河干流上，在拉西瓦水電站大壩右岸上游側(cè)高邊坡上，有一個比較活躍的滑坡體—果卜滑坡，該滑坡體面積約2km2，其鄰近大壩的邊緣已經(jīng)對水電站進(jìn)水口形成了威脅（如果可以確認(rèn)滑坡體移動的話）。為保證大壩的安全性，需要對果卜滑坡進(jìn)行24小時不間斷的監(jiān)測，采用目前先進(jìn)的GNSS技術(shù)，對果卜滑坡體進(jìn)行變形監(jiān)測，可以掌握滑坡體沿特定方向的水平位移和沉降的數(shù)值，通過分析研究，得到滑坡運(yùn)動的各項數(shù)據(jù)指標(biāo)，在一定程度上為大壩的正常運(yùn)營提供保障。

2 系統(tǒng)設(shè)計

在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)設(shè)計安裝12個徠卡GX1230型GNSS接收機(jī)作為監(jiān)測站，在監(jiān)測區(qū)域附近穩(wěn)定區(qū)域設(shè)計安裝2個GX1230型GNSS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，為保證其穩(wěn)固性，要求基準(zhǔn)站的觀測墩要修建在基巖上；為保證觀測精度，要求基準(zhǔn)站要有足夠的高度角。對于基準(zhǔn)點(diǎn)，1個選在拉西瓦水電站辦公生活區(qū)內(nèi)，另一個根據(jù)需要選在壩體附近。基準(zhǔn)站需要架設(shè)在混凝土觀測墩上，把觀測墩修建在基巖上，保證基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定。而對于12個監(jiān)測點(diǎn)，也需要牢固安裝在被監(jiān)測的變形體上。測量滑坡體的變形主要是測量GNSS監(jiān)測點(diǎn)相對于GNSS基準(zhǔn)點(diǎn)的位移。在監(jiān)測過程中，供電系統(tǒng)是否穩(wěn)定是關(guān)系到監(jiān)測工作能否順利完成和監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量是否合格的主要因素。一般情況，為了保證12伏直流供電供應(yīng)，直接使用220V交流電經(jīng)過變壓得到，為解決交流電不穩(wěn)定的問題，可以考慮使用UPS。由于現(xiàn)場距離大壩不遠(yuǎn)，可在架設(shè)供電電源時鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)線，采用有線通訊形式，12個監(jiān)測點(diǎn)的GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù)用有線方式，發(fā)送到公網(wǎng)固定IP地址的Spider服務(wù)器上，再通過GeoMOS監(jiān)測系統(tǒng)軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、展示和分析，實現(xiàn)了GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù)和變化過程的可視化。

3 系統(tǒng)主要功能

滑坡監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)完成后，要求系統(tǒng)具備以下功能[1]：

3.1 主要功能

完成對滑坡體的變形監(jiān)測，實現(xiàn)連續(xù)24小時不間斷監(jiān)測，提供連續(xù)的監(jiān)測結(jié)果和分析結(jié)果。可根據(jù)需要作出適宜方式的分析，截取需要時段的監(jiān)測數(shù)據(jù)比對等數(shù)據(jù)分析。

3.2 擴(kuò)展功能

如果在大壩壩體上增加布設(shè)適當(dāng)密度觀測點(diǎn)，即可完成對大壩的變形監(jiān)測和形變數(shù)據(jù)分析。可以將拉西瓦水電站庫區(qū)需要做變形監(jiān)測的工程項目，通過布設(shè)適當(dāng)數(shù)量的觀測站，納入這個變形監(jiān)測系統(tǒng)中。

3.3 附加功能

由于GNSS衛(wèi)星連續(xù)運(yùn)行參考站是滑坡變形監(jiān)測系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)，所以該系統(tǒng)在完成滑坡變形監(jiān)測的任務(wù)的 同時，還可提供如下參考站的功能：在定位信號的有效覆蓋區(qū)域內(nèi)，通過多種通訊手段，采用通用標(biāo)準(zhǔn)差分?jǐn)?shù)據(jù)格式，提供GNSS實時測量，滿足非隱蔽區(qū)工程測量、地圖修測、定位導(dǎo)航等項目要求；分發(fā)原始數(shù)據(jù)向用戶提供事后精密定位服務(wù)的功能；系統(tǒng)管理中心具備與臨近系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)能力，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)聯(lián)網(wǎng)；參考站網(wǎng)絡(luò)軟硬件和變形監(jiān)測系統(tǒng)軟硬件具備良好的可監(jiān)控管理和可操作性、安全性及擴(kuò)展性。提供二次開發(fā)接口，為用戶提供個性化服務(wù)。

4 GNSS觀測站設(shè)計

4.1 功能分析與設(shè)計

GNSS變形監(jiān)測系統(tǒng)觀測站設(shè)計原則：

GNSS觀測站位置優(yōu)選大壩主體結(jié)構(gòu)上，便于很好觀測大壩變形；

GNSS觀測站設(shè)計為無人值守，有人照看、自動連續(xù)運(yùn)行，設(shè)備盡可能少，連接可靠，年運(yùn)行可靠率95%以上；

GNSS觀測站按照設(shè)定的時間間隔自動將GNSS觀測數(shù)據(jù)等信息通過數(shù)據(jù)專網(wǎng)傳輸給數(shù)據(jù)處理管理中心；

GNSS觀測站具備設(shè)備完好性檢測功能：系統(tǒng)定時自動對設(shè)備進(jìn)行自檢，出現(xiàn)問題時具有遠(yuǎn)程報警能力；支持?jǐn)?shù)據(jù)處理與管理中心以遠(yuǎn)程方式對參考站進(jìn)行設(shè)定（接收機(jī)參數(shù)；計算機(jī)參數(shù)）、控制（接收機(jī)參數(shù)的修改）和檢測（接收機(jī)狀態(tài)；計算機(jī)狀態(tài)），數(shù)據(jù)分析中心自動分析數(shù)據(jù)的質(zhì)量，并自動提供警告信息。

4.2 技術(shù)設(shè)計

GNSS觀測站的技術(shù)設(shè)計包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、防護(hù)設(shè)計、通信設(shè)計、數(shù)據(jù)流程設(shè)計等方面。結(jié)構(gòu)設(shè)計包括觀測站站址選擇、觀測墩設(shè)計與建設(shè)要求、儀器安置設(shè)計、天線罩及天線饋線等部分。儀器箱內(nèi)部包括GX1230主機(jī)，12伏直流電源，電源保護(hù)器，防雷模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊，數(shù)據(jù)線，GNSS天線電纜，地線等。對于變形區(qū)域的監(jiān)測站，我們把天線架設(shè)在水泥墩上，把主機(jī)GX1230放在水泥墩的旁邊的采集箱里。監(jiān)測區(qū)域上一共會有12臺GX1230主機(jī)作為監(jiān)測站。

5 系統(tǒng)組成

5.1 硬件部分

徠卡 GX1230 接收機(jī)、徠卡AT504 (GG)天線及天線罩。

5.2 軟件部分

GNSS Spider控制軟件、GeoMoS系統(tǒng)軟件（GeoMoS系統(tǒng)軟件是專門針對結(jié)構(gòu)建筑物監(jiān)測應(yīng)用設(shè)計的現(xiàn)代化大型多傳感器自動監(jiān)測系統(tǒng)）。

6 結(jié)束語

GNSS 滑坡監(jiān)測是一種比較實用的方法，從許多應(yīng)用實例來看均取得了良好效果。隨著 GNSS 定位技術(shù)的不斷發(fā)展，儀器功能增強(qiáng)和完善、價格進(jìn)一步降低，各種解算模型的完善，相信 GNSS 在滑坡監(jiān)測中有非常廣闊的應(yīng)用前景，尤其是對于危險地區(qū)的滑坡監(jiān)測更為有利。