北斗衛星在萌山水庫大壩變形觀測中的應用

孟　光，李　茜

（淄博市萌山水庫管理處，山東 淄博 255318）

1　工程背景

1.1　北斗、GPS衛星簡介

中國北斗衛星導航系統（BDS）是中國自行研制的全球衛星定位系統與通信系統，是繼美國全球衛星定位系統（GPS）和俄羅斯全球衛星定位系統（GLONNASS）之后第三個成熟的衛星導航系統。2012年北斗衛星導航系統已經覆蓋亞太地區的定位、導航和授時以及短報文通信服務能力，到2020年左右，建成覆蓋全球的北斗衛星導航系統。

1.2　項目需求

萌山水庫大壩在線安全監測系統采用BDS與GPS雙系統自動采集數據的功能，具備現場網絡數據通訊和遠程通信功能，數據存儲及處理分析功能，綜合預警功能，防雷及抗干擾功能，數據備份、掉線保護、自診斷及故障顯示等功能。

1.3　項目目標

在壩體表面設立變形監測點，實現壩體表面位移變形24 h實時在線監測預警，保證惡劣環境條件下壩體的不間斷監測，當監測數據異常時及時作出分析，并采取報警措施，通知水庫管理人員采取必要措施。

1）壩體位移監測精度達到毫米級，即水平位移精度±3 mm；豎向位移精度±5 mm；監測頻數可調整，由人工設置，缺省值每天四次。雨季及臺風危險期可增加監測頻數。

2）自動化監測程度：每天按設置時間，自動將監測點觀測數據傳到監測中心，監測中心自動計算變形值。定期進行監測資料的整編，繪制大壩健康檔案，為水庫安全運行提供可靠依據。

1.4　項目優勢對比

傳統大壩位移監測系統采用視準線或引張線觀測水平位移，精密水準觀測豎向位移，大量采用人工數據采集，自動化測點少，自動化程度低，工作量大，各監測點的變形量在時間上不是同步采集，加上天氣等環境因素影響，往往在庫水位急劇上升或泄洪等最需要觀測的時候，因天氣惡劣而無法展開，容易漏過危險信號；全站儀是電子經緯儀和光電測距儀組合為一體的測量儀器，除了工作效益高以外，仍受人工和天氣因素影響。

北斗萌山水庫壩體位移自動化監測系統是利用北斗/GPS系統的三維坐標在線監測系統，采用相對定位方式實現高精度實時監測。壩體位移自動化監測方案原理是利用北斗/GPS載波相位高精度相對定位進行三維定位。利用精密星歷及軟件采用四小時雙頻北斗/GPS接收機觀測數據解算精度可達毫米級。不同時間測出的坐標差變化，反映了監測點的形變。

2　設計依據及硬件平臺選擇原則

2.1　系統設計原則

北斗萌山水庫壩體位移自動化監測系統建設目標是以可靠性、安全性、可擴展性、可管理性、先進性、實用性、經濟性為原則的，能滿足管理者對大壩內危險塌陷區實行實時監控、發現險情能及時、及時決策和處理等功能，確保大壩安全運行。

2.2　硬件平臺選擇原則

系統硬件主要包括北斗/GPS衛星定位接收機、通信及網絡設備、計算機、數據交換控制單元四部分。系統將采用目前較為先進北斗/GPS雙系統雙頻接收機、零相位天線；專用光纖通信，以保證數據傳輸可靠性；數據解算將采用最新的國際上較先進的高精度北斗/GPS基站自動化解算軟件；在系統管理軟件上既反映當今科技的先進水平，又具有發展潛力，保證系統在相當長的時間內不被淘汰，采取目前已經在業界經過考驗、論證的技術和方案，并能夠根據隨著技術的發展平穩地向新的技術過渡硬件、軟件的選型將本著以安全性、擴展性、先進性、可靠性為原則。

3　工程布置

3.1　位移變形監測系統工作基站布設

根據萌山水庫現場地形地質情況，變形監測工作基站應在變形影響范圍之外，站點附近視野開闊，無強磁場干擾，附近交通、通訊條件良好，便于聯絡和數據傳輸，附近地表面有淺植被覆蓋，以抑制多路徑效應。基礎應為巖基或穩定的土基。GNSS基準站1個位于左岸的基巖上。

3.2　監測站布設

根據相應的規范，變形監測點應布置在大壩合攏段、最大壩高、地質條件復雜及地形突變處等原則要求，在壩后坡70 m平臺布設監測站2個，樁號分別為0+300、0+400兩個位置。

4　工程應用

北斗/GPS監測點與基準點接收機實時接收北斗/GPS信號，通過數據采集器采集并存儲數據，再采用光纖將數據發送到監控中心。布設在監控中心的高精度北斗/GPS數據處理軟件將對數據進行實時存儲、解算和分析，實現數據綜合管理。實現監測點狀態、設備狀態、變形量等數據的查詢、報表生成、預警預報等功能。