淺談水電站滑坡體自動化變形監測

趙明

摘要：GPS技術、測量機器人是當前外部變形監測的主要手段之一，但在一些滑坡體的變形監測中，情況非常復雜，單一監測手段很難達到監測目的，所以在這些項目中，多種手段往往是結合使用的。在當今數字化、自動化測繪時代，如何把多種監測手段結合起來實現自動化，是本文研究的目的。文章介紹了水電站滑坡體自動化變形監測的實現。

關鍵詞：滑坡體;自動化;變形監測

該水電站滑坡體地處深山峽谷，為典型的“V”型高山峽谷地貌，谷底狹窄，岸坡多為陡壁和陡坡，沿江有一條簡易公路。測區未接通國家主電網，電力主要靠小水電供給，且無法提供持續供電。考慮到該滑坡體的地形和現場條件，采用GPS和測量機器人聯合作業的自動化監測方案。

1 現代變形監測技術的發展

1.1 GPS監測技術

近年來，我國在利用GPS進行變形監測等方面，做了大量的研究工作。隨著GPS接收技術和數據處理技術的日臻完善，使測量的速度和精度不提高，GPS在我國的變形監測領域中得到應用。1998年，我國的隔河巖大壩外部變形首次采用GPS自動化監測系統，該系統具有速度快、全天候觀測、測點間無需通視、自動化程度高等優點，對壩體表面的各監測點能進行同步變形監測，并實現了數據采集、傳輸、處理、分析、顯示、存儲等的一體化和自動化，測量精度可達到亞毫米級。

1.2 測量機器人監測技術

測量機器人監測系統，由帶電動馬達驅動和程序控制的TPS系統結合激光、通訊及CCD技術組合而成，它集目標識別、自動照準、自動測角測距、自動跟蹤、自動記錄于一體，可以實現測量的全自動化。測量機器人能夠自動尋找并精確照準目標，在1S內完成對單點的觀測，并可以對成百上千個目標作持續的重復觀測。以此優化傳統的變形監測方案，提高觀測精度，減少測量人員的工作量。

2 水電站自動化技術在滑坡體變形監測中的應用

2.1基準網建設

平面監測的基準網按《水利水電工程測量規范》（以下簡稱規范）中的專用平面控制網專二級精度布設，由大地四邊形構成，覆蓋整個滑坡體監測區域。各圖形結構的平均邊長1.5km，最弱點點位中誤差±2.5mm，最弱點誤差橢圓長半徑±2mm。

Ⅰ級GPS基準點選擇在土質堅實、供電穩定、交通通訊條件較好的位置，是各滑坡體監測的坐標起算基準。Ⅰ級GPS基準點同時是各GPS表面位移測點的參考站，采用IGS的后處理精密星歷進行解算。Ⅱ級測量機器人工作基點采用GPS靜態測量方式與Ⅰ級網基準網聯測，選點按實測斷面及測點分布情況選點，保證相應的通視條件。

采用GPS方法觀測時，水平位移觀測精度控制在±3mm以內，垂直位移精度控制在±5mm以內;采用測量機器人觀測時，按精密全站儀坐標法測量觀測的技術要求施測，盤左盤右各測兩個測回，一測回照準目標1次測4次坐標，測角中誤差±1″，測距中誤差±2mm，最大邊長≤700m 。

2.2 GPS自動化監測

由控制中心的GNSS Spider工作站計算機遠程控制和管理GPS接收機，原始觀測文件經無線網橋方式傳輸至數據中心，通過解算軟件進行實時解算。數據采用自動化方式進行存儲，將解算后的數據自動存入數據庫。原始數據經投影轉換以斷面走向為北方向，數據轉換通過徠卡GeoMoS軟件自動完成。

2.3測量機器人自動化監測

測量機器人在GeoMoS自動觀測軟件的配合下，自主完成監測點的棱鏡搜索、后視定向、坐標測量、數據記錄和成果導出。觀測成果上傳至數據解算服務器段即可進行平差計算，以保證對外業觀測質量的有效檢核。若符合限差即可進行整體平差計算，并自動形成相應的測點觀測記錄和分析圖表。

按《規范》要求，各測回均后視起始方向，盤左盤右各測兩個測回，1測回內照準并測量4次坐標。測量機器人標稱測距精度±0.6mm+1ppm，測角中誤差±0.5″，可滿足自動化采集溫度、氣壓改正信息和測量數據的測記功能。

2.4 GPS與測量機器人聯合作業

利用徠卡GeoMoS開放式用戶定制的全自動監測平臺，接入徠卡測量機器人、GPS等設備，通過GeoMoS系統平臺，實現GPS與測量機器人的聯合作業。徠卡測量機器人對監測點棱鏡按照設定周期進行觀測，實時地將變形點的三維坐標通過無線通訊網絡傳到系統現場控制中心;現場計算機控制中心主要是安裝在服務器上的徠卡GeoMoS軟件，通過徠卡GeoMoS軟件可以實時了解各個棱鏡監測點的位移及沉降情況。控制中心的GNSS Spider工作站計算機遠程控制和管理GPS，獲取各個GPS監測點的衛星觀測數據，通過GNSS Spider軟件，靜態后處理解算各個監測點的WGS-84坐標，再轉化為本地坐標。

測量機器人和GPS數據統一在GeoMoS系統中匯總計算，通過安裝天線的360°反射棱鏡，可實時獲取棱鏡坐標，實現兩套系統在同一坐標系的無縫聯合工作，并可實時更新全站儀測站坐標，即使測量機器人位于變形區域也不受影響。實現了對監測點位移及沉降情況的24小時不間斷的自動化監測，并可通過擴展應用，實現對整體監測網系統的查詢、監控、分析、預警等操作。GeoMoS自動解算測站方式，自由設站法， GPS和360°棱鏡組合作為控制點，獲取已知坐標，為全站儀自由設站計算所用， GeoMoS即可自動解算測量機器人的測站坐標。

3 結束語

利用現代技術解決工程問題有著很大的經濟價值和社會價值，不但可以節省大量的人力物力，還可以解決以往傳統手段無法解決的精度、周期、作業條件等問題。隨著計算機、互聯網、人工智能以及測量手段的不斷發展，以往的工程難題利用現代的技術手段來解決會越來越容易，滑坡體的變形監測也是如此，需要我們不斷地去思考研究，技術才會不斷進步。

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（作者單位：中國電建華東勘測設計研究院有限公司）