水库自动化监测方案

《水库自动化监测方案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水库自动化监测方案（74页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、河水库变形监测技术方案书74目录第一部分 GPS自动化监测系统概述41GPS自动化监测系统概述41.1GPS自动化监测系统工作原理41.2传统监测手段与GPS自动化监测系统优势51.2.1传统监测手段51.2.2GPS自动化监测系统的优缺点51.2.3总结71.3华测GPS自动化监测系统应用实例71.3.1拉西瓦水电站果卜滑坡体GPS自动化监测系统71.3.2东海大桥GPS自动化监测系统91.3.3瓮福磷矿尾矿库监测系统101.3.4黑岱沟露天煤矿边坡监测系统111.3.5华测历史监测项目12第二部分 项目概况及设计原则132工程概况133监测目的和任务134监测设计的原则和依据134.1监测

2、设计原则144.2监测技术依据155监测内容和技术要求155.1监测具体内容155.2监测技术要求165.3监测系统的技术指标16第三部分 系统整体设计176硬件系统176.1传感器子系统186.1.1GPS参考站196.1.2GPS监测站246.2数据传输子系统276.3辅助支持系统286.3.1配电及UPS系统286.3.2防雷系统316.3.3外场机柜346.3.4综合布线356.4数据处理与控制子系统356.4.1机房建设356.4.2存储及处理系统377软件系统387.1软件系统功能387.2软件系统模块397.2.1数据处理模块397.2.2基于B/S与C/S架构用户显示软件568

3、产品选型608.1华测双频X300M接收机608.2GPRS模块618.3配电设备628.4防雷相关设备648.4.1天馈浪涌保护器648.4.2单项电源避雷器658.4.3避雷针668.4.4同轴电缆678.4.5外场机柜678.5天线罩688.6观测墩698.7服务器698.8磁盘阵列柜708.9UPS城堡系列C6K(S)3C20KS708.9.1产品介绍708.9.2产品优势71第一部分 GPS自动化监测系统概述1 GPS自动化监测系统概述1.1 GPS自动化监测系统工作原理全球定位系统(global positioning system，缩写为GPS，是美国国防部于1973年11月授权

4、开始研制的海陆空三军共用的新一代卫星导航系统。GPS由空间部分、地面监控部分和用户接收机3部分组成。经过20多年的研究和试验，整个系统于1994年完全投入使用。在地球上任何位置、任何时刻GPS可为各类用户连续地提供动态的三维位置、三维速度和时间信息，实现全球、全天候的连续实时导航、定位和授时。目前、GPS已在大地测量、精密工程测量、地壳形变监测、石油勘探等领域得到广泛应用。具体定位原理如下图：图 11 GPS差分示意图通过近十多年的实践证明，利用GPS定位技术进行精密工程测量和大地测量，平差后控制点的平面位置精度为1mm2mm，高程精度为2mm3mm。应该说：利用GPS定位技术进行变形监测，是

5、一种先进的高科技监测手段，而用GPS监测滑坡是GPS技术变形监测的一种典型应用，通常有两种方案：用几台GPS接收机，由人工定期到监测点上观测，对数据实施处理后进行变形分析与预报；在监测点上建立无人值守的GPS观测系统，通过软件控制，实现实时监测解算和变形分析、预报。但由于每个监测点上都需要安装GPS接收机，对于本监测系统就需要几十台GPS接收机，仅购买接收机就需几百万元，致使监测系统的费用非常昂贵。为此、我们根据现场的实际情况选用“一机多天线”技术，即几个监测点共用一台主机，这样可以大大节省投资费用。1.2 传统监测手段与GPS自动化监测系统优势1.2.1 传统监测手段常规变形监测技术包括采用

6、经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常规测量仪器测定点的变形值，其优点是：（1）能够提供变形体整体的变形状态；（2）适用于不同的监测精度要求、不同形式的变形体和不同的监测环境；（3）可以提供绝对变形信息。但外业工作量大，布点受地形条件影响，不易实现自动化监测。特殊测量手段包括应变测量、准直测量和倾斜测量，它具有测量过程简单、可监测变形体内部的变形、容易实现自动化监测等优点，但通常只能提供局部和相对的变形信息。摄影测量技术包括地面摄影测量技术和航空摄影测量技术。近10余年来，近景摄影测量在隧道、桥梁、大坝、滑坡、结构工程及高层建筑变形监测等方面得到了应用，其监测精度可达mm级。与其他变形监测技术相比

7、较，近景摄影测量的优点是：（1）可在瞬间精确记录下被摄物体的信息及点位信息；（2）可用于规则、不规则或不可接触物体的变形监测；（3）相片上的信息丰富、客观又可长久保存，有利于进行变形的对比分析；（4）监测工作简便、快速、安全。但摄影距离不能过远，且大多数的测量部门不具备摄影测量所需的仪器设备，摄影测量技术在变形监测中应用尚不普及。1.2.2 GPS自动化监测系统的优缺点1、 优点利用GPS定位技术进行滑坡等地质灾害监测时具有下列优点：1) 测站间无需保持通视：由于GPS定位时测站间不需要保持通视，因而可使变形监测网的布设更为自由、方便。可省略许多中间过渡点（采用常规大地测量方法进行变形监测时，

8、为传递坐标经常要设立许多中间过渡点），且不必建标，从而可节省大量的人力物力。2) 可同时测定点的三维位移：采用传统的大地测量方法进行变形监测时，平面位移通常是用方向交汇，距离交汇，全站仪极坐标法等手段来测定；而垂直位移一般采用精密水准测量的方法来测定。水平位移和垂直位移的分别测定增加了工作量。且在山区等地进行崩滑地质灾害监测时，由于地势陡峻，进行精密水准测量也极为困难。改用三角高程测量来测定垂直位移时，精度不够理想。而利用GPS定位技术来进行变形时则可同时测定点的三维位移。由于我们关心的只是点位的变化，故垂直位移的监测完全可以在大地高系统中进行。这样就可以避免将大地高转换为正常高时由于高程异常

9、的误差而造成的精度损失。虽然采用GPS定位技术来进行变形监测时，垂直位移的精度一般不如水平位移的精度好，但采取适当措施后仍可满足要求。3) 全天候观测：GPS测量不受气候条件的限制，在风雪雨雾中仍能进行观测。这一点对于汛期的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害监测是非常有利的。4) 易于实现全系统的自动化：由于GPS接收机的数据采集工作是自动进行的，而且接收机又为用户预备了必要的入口，故用户可以较为方便地把GPS变形监测系统建成无人值守的全自动化的监测系统。这种系统不但可保证长期连续运行，而且可大幅度降低变形监测成本，提高监测资料的可靠性。5) 可以获得mm级精度：mm级的精度已可满足一般崩滑体变形监

10、测的精度要求。需要更高的监测精度时应增加观测时间和时段数正因为GPS定位技术具有上述优点，因而在滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的监测中得到了广泛的应用，成为一种新的有效的监测手段。2、 缺点利用GPS定位技术进行地质灾害监测时也存在一些不足之处，主要表现在点位选择的自由度较低：为保证GPS测量的正常进行和定位精度，在GPS测量规范中对测站周围的环境作出了一系列的规定。如测站周围高度角15以上不允许存在成片的障碍物；测站离高压线、变压器、无线电台、电视台、微波中继站等信号干扰物和强信号源有一定的距离（例如200400m）；测站周围也不允许有房屋、围墙、广告牌、山坡、大面积水域等信号反射物，以避免多

11、路径误差。但在崩滑体的变形监测中上述要求往往难以满足，因为监测点的位置通常是由地质人员根据滑坡、断层的地质构造和受力情况而定，有时又要考虑利用老的观测墩和控制点。测量人员的选择余地不大，从而使不少变形监测点的观测条件欠佳。1.2.3 总结从上面分析可得，利用GPS进行变形监测的优点要远远大于缺点的制约，所以说：GPS技术的应用给测量技术带来了一场深刻的革命。据资料介绍，国外从20世界80年代开始用GPS进行变形监测。从90年代以来，世界上许多国家纷纷布设地壳运动GPS监测网，为地球动力学和地震与火山喷发预报服务。例如，日本国土地理院从1993年开始了GPS连续观测网的筹建工作，到1994年日本

12、列岛已建立由210个GPS连续观测站组成的连续监测系统（COSMOS），目前的观测站总数以发展到1000多个。该系统与1994年10月1日正式使用，10月4日就检测到北海道东部近海8.4级大地震，并清晰地记录了地震前后的地壳形变。此后，又成功的捕捉到三陆远海地震及兵库县南部地震的地壳形变。1995年1月17日，在日本阪神7.2级大地震后，该系统在进行快速、准确、精细地监测与分析地壳运动方面起到了很大作用。1.3 华测GPS自动化监测系统应用实例1.3.1 拉西瓦水电站果卜滑坡体GPS自动化监测系统拉西瓦水电站水库当地环境干燥，常年大风，滑坡体表层岩石与土层夹杂。由于常年大风，风化现象还是比较严

13、重，该地区雨水状况不多，有冻土情况，在冻土融化和雨水较多时，易产生滑坡灾害。本项目根据果卜滑坡体的地貌特征及监测区共包括5个滑坡断面：2号梁、3号梁、4号梁、5号梁和双黄梁。目前整个果卜变形体共布置20个GPS自动化监测点，每个梁体分布四个监测点，在后部山体布有2个GPS基站点，如下图所示;本监测系统采用了华测生产的高性价比X60M GPS接收机，可以保证稳定的高质量信号数据，在野外恶劣的自然环境条件下，能够24小时不间断的采集和传输数据，与GPSensor软件能实现实时的无缝连接。果卜滑坡体监测系统采用双基站，两个基站形成一条基线，共同参与解算，提高了精度和系统的可靠性。软件方面采用了专门针

14、对形变监测而设计的GPSensor软件，同时对安放在目标设施上的20个GPS监测点的数据进行实时位置解算。在本次滑坡体监测中，采用了精度最高，解算最稳定的Static Strategy模型，从而达到软件跟应用需要的最佳匹配。并通过控制中心进行远程操作，对许多的不同目标点进行监测。拉西瓦水电站滑坡形变GPS自动化监测系统能及时监测滑坡体在一段时间内的沉降位移和水平位移，显示位移分析图表。当位移发生突变或有增大趋势时，系统能自动报警。1.5小时的GPS观测数据解算的水平中误差能达到或优于3mm，垂直中误差能达到或优于5mm。系统能够分析、解读滑坡体变形监测数据，做出各级单项报警，为监测中心管理者提

15、供决策依据。同时，能够根据滑坡体变形等数据的变化，综合分析滑坡体的安全稳定性，给出必要的预报，提前采取相应的措施，确保水电站的安全运行。1.3.2 东海大桥GPS自动化监测系统东海大桥起始于上海南汇区芦潮港，北连沪芦高速公路，南跨杭州湾北部海域，直达浙江嵊泗县小洋山岛，全长32.5公里。本GPS自动化监测系统于2006年建成投入使用，系统分别由1个参考站和8个监测站组成。参考站设在附近颗珠山基岩上；主航道斜拉桥设3个监测站，梁桥塔顶各设1个，跨中桥面各设1个；颗珠山斜拉桥设5个监测站，4个塔顶各设一个，跨中桥面设1个。数据传输采用先进的光纤数据传输方式，与GPS系统常用的数传电台通讯方式比较，

16、一方面提高了系统的通讯可靠性，另一方面提高了数据传输速度。控制中心配备两台服务器，一台用于设备控制，另一个台用于数据分析和图形处理，以及终端服务。结合专业的数据处理软件，实时对数据进行分析和图形处理。经过近三年的连续运行，东海大桥实时GPS形变监测系统运行可靠，稳定。期间分别多次进行对比测试，实测监测数据与其它传感器监测结果进行比较互差都在1cm以内；在此期间也分析了荷载试验对桥梁结构的影响、分析了台风影响下的形变情况、桥中跨24小时受温度影响的情况、地震前后的桥梁的变化情况等。比较的结果表明，GPS数据处理软件的精度达到了毫米级的精度，大桥的形变情况符合事实。图 12 东海大桥监测系统1.3

17、.3 瓮福磷矿尾矿库监测系统贵州省福泉市拥有丰富的矿产资源，工业发展迅猛。瓮福（集团）有限责任公司是集磷矿采选、磷复肥、磷煤化工、氟碘化工生产、科研、贸易为一体的国有大型磷化工企业，年产磷矿石450万吨、磷酸90万吨、硫酸200万吨、磷复肥250万吨。瓮福磷矿尾矿库的安全稳定在矿山的安全生产和环境保护中具有十分重要的意义。本监测系统分别包括翁福磷矿尾矿库及渣场的堆积坝和边坡的位移监测，共设计了2个参考站1由于本系统所监测的两个区域比较远，所以参考站是相对独立的和20个监测点，同时采用华测X60M GPS监测专用接收机及一机多天线技术，另外、由于供电来源于几个不同的自然村，存在随时断电的可能，所

18、以系统在实施时增加了加电自动开始数据的采集、发送、解算等功能。本GPS自动化监测系统采用准实时自动解算的功能，系统24小时不间断准实时解算出各监测点三维坐标2由于业主要求，本系统解算每个监测点的周期为2分钟，所以在一定程度上影响监测结果的精度，解算精度平面为5mm高程为8mm。同时系统自动分析出坝体及边坡的变化规律，从而做到了及时预警，消除事故隐患，为尾矿库管理者提供了决策依据，确保了尾矿库的安全运行。图 13 瓮福磷矿尾矿库监测系统1.3.4 黑岱沟露天煤矿边坡监测系统露天煤矿在生产过程中，随着煤层的不断被开采挖掘，矿坑会不断的加深加陡，边坡会越来越突出。露天煤矿边坡变形及滑坡对安全生产的影

19、响是造成局部或全矿停产、人员伤亡、设备毁坏和地面建筑破坏等。黑岱沟露天煤矿监测系统采用华测双频X60M监测专用接收机，通过无线网桥的方式实时传输GPS原始数据到控制中心，控制中心准实时（解算周期为3小时一次）解算出各监测点三维坐标，解算精度为平面优于3mm，高程优于5mm，数据分析软件实时分析各监测点变化规律，同时本系统增加了内部位移监测手段，数据分析软件结合GPS监测数据对不同深度内部位移的监测结果也进行实时分析，并有效、及时做到报警，从而对边坡的稳定性作出分析，对于传统的监测手段节省了大量的人力、财力和物力，也实现了自动化监测目的。软件系统具有可扩展性，为升级留有很大空间，兼容其他系统检测

20、数据。图 14黑岱沟露天煤矿边坡监测系统1.3.5 华测历史监测项目项目名称地点运行日期润扬大桥健康监测系统江苏镇江2006年1月东海大桥健康监测系统上海市2006年3月阳逻江大桥健康监测系统湖北省武汉市2007年5月贵州瓮福尾矿库坝体及边坡监测系统贵州省贵阳市2008年8月云浮硫矿尾矿库坝体及边坡监测系统广东省云浮市2009年4月河北金川矿业采空区地表沉降监测系统河北省邯郸市2009年6月上海长江大桥健康监测系统上海市2009年6月宁波五路四桥健康监测系统浙江省宁波市2009年7月黑岱沟露天煤矿边坡监测系统内蒙古准格尔2009年9月表11 华测历史监测项目列表注：除上述已建设完成的大型监测项

21、目外、近两年做的大型的项目还包括已完成和在建中的监测项目。第二部分 项目概况及设计原则2 工程概况对于本监测系统我们采用GPS实时监测大坝的三维位移。3 监测目的和任务随着大坝的建设，大坝主体坝体的安全稳定关系着整个项目的安全与下游人民财产的安全。监测的主要任务是：1、针对坝体表面建立的多个监测点监测，结合内部观测传感器，建立较完整的监测剖面和监测网，使之成为系统化、立体化的变形监测系统；2、及时快速的对坝体表部变形现状做出评价，掌握大坝在蓄水等各种状态下的变化规律；3、建立长期监测系统，对坝体变形进行分析研究，为同类工程积累经验，丰富理论。监测应达到以下目的：1、形成立体监测网；2、监测坝体

22、的变形动态，对其发展趋势做出预测预报；3、对比评价不同条件下及不同监测手段的监测数据，进一步预测坝体变形的趋势，指导场地规划建设。4 监测设计的原则和依据华测GPS变形监测系统是一个集结构分析计算、计算机技术、通信技术、网络技术、传感器技术等高新技术于一体的综合系统工程。本监测系统的作用是成为一个功能强大并能真正长期用于结构损伤和状态评估，满足位移监测的需要，同时又具经济效益的结构健康安全监控系统，遵循以下设计原则和依据。4.1 监测设计原则1、 建立高精度的GPS监测网(本系统采取1个GPS连续运行观测站)，以高精度GPS基准监测站为基准，在整个碧流河水库大坝区域建设GPS监测观测点，与其它

23、监测手段相结合的原则，形成立体化监测系统。及时测定和预报坝体的位移等变化情况，并为长期稳定性预测研究提供资料。2、 GPS自动化监测系统应具备完全自动化、数据采集稳定可靠，所有系统综合分析评价科学快捷，所得到的监测数据及结果应能够坝体变形预测预报提供依据。3、 高精度GPS控制网要定时和国际IGS网联测3具体联测要求请参考GPS 测量规范，然后通过GAMIT或Bernese软件解算，采用同济大学或者武汉大学专用平差软件进行平差，联测周期为每年一次，在系统建成初期，联测周期可适当缩短。4、 科学合理性原则n 监控对象的选取有科学和法律依据，尤其符合相关安全规程和规定，是必要的；n 监控手段的选取

24、有高科技含量，是先进的；n 监控效果准确有效。5、 经济实用性原则n 凡是需要较大投入的监控项目都是需要经常使用的；n 凡是原系统已具备的功能或结构装置，只要准确有效，都采用系统整合的方法加以利用，相互配合；n 所有涉及的技术手段，在保证长期可靠有效的前提下，采用最经济的方案；n 所有的操作功能都采用最简洁的使用方法、做到直观方便、性能稳定以及维护简单。6、 系统可扩展性原则n 在监控方案要求改变时，本次投入的软硬件设备能够继续使用，最大限度减少重复投入；n 系统接口开放性：系统输出的数据信息采用国际或国内通用的标准格式，便于系统功能扩充和监测成果的开发利用；n 系统软件系统支持其它监测设备数

25、据分析、支持人工巡检记录等。4.2 监测技术依据本系统建设方案设计严格遵循以下相关规范：名称编号批准单位年份崩塌、滑坡、泥石流监测规范DZ/T0221-2006国土资源部全球定位系统测量规范CH2001国家测绘局全球定位系统城市测量技术规程CJJ 73-97中国建设部1997精密工程测量规范GB/T 15314-94国家技术监督局1994-12-22建筑变形测量规程JGJ/T8-97国家一、二等水准测量规范GBl2897-91国家三、四等水准测量规范GB12898-91工程测量规范GB50026-93UNAVCO 基准站建立规范国际UNAVCO组织IGS基准站建立规范国际IGS委员会混凝土结构

26、设计规范GBJ 1089建设部建筑物防雷设计规范GB5005794表 41监测执行规范5 监测内容和技术要求5.1 监测具体内容本监测系统监测的主要内容是通过在大坝表面按设计要求在不同位置布置GPS监测观测点，在大坝右岸的稳定的山坡上布置一个GPS参考点，参考点和各监测点的观测数据通过高频无线传输的方式实时传输到控制中心，控制中心软件准实时解算出各监测点的三维坐标并保存到数据库，最终通过数据分析软件自动分析各监测点的变化量、变化趋势，并结合其它监测设备对坝体整体的稳定性进行分析。注：控制中心软件采用多种模式同时解算，如：解算时间可同时设置为1小时、3小时、6小时、12小时、24小时等，这样系统

27、就可根据不同观测时间和精度要求获取数据。5.2 监测技术要求本GPS自动化监测系统的具体技术要求为：1、参考站的位置选择要遵守GPS参考站网技术规范，同时也要考虑服务的对象；2、各监测点的选择也必须遵守GPS测量的要求，同时也要考虑监测的任务、周围现有资源情况以及交通等情况；3、数据通讯采用高频无线传输，供电系统要尽量利用现有资源；4、数据处理中心最好设立在专门的机房里，同时要具备面向公网的固定IP地址，从而便于系统的远程管理与维护。5.3 监测系统的技术指标1、各监测点的响应时间一般为6小时一次，最快可为几分钟一次，系统可根据需要进行设置；2、各监测点的6小时数据精度平面中误差小于3mm、高

28、程中误差小于6mm；3、系统完全是自动运行，如数据自动传输、数据自动处理及自动网平差、数据自动分析、自动报警及自动生成报表等。第三部分 系统整体设计水库大坝坝体GPS自动化监测系统包括硬件系统和软件系统两大部分，如下图所示为这个GPS自动化监测系统的拓扑结构图。图 51 GPS自动监测系统拓扑图6 硬件系统水库大坝GPS自动化监测系统总体可分为：传感器子系统、数据传输子系统、辅助支持系统和数据处理与控制子系统四大部分组成。如下图所示： 水库大坝GPS在线监测系统硬件拓扑图1、传感器子系统：即由各GPS监测单元组成，负责碧流河水库大坝坝体位移监测点监测数据的采集；2、数据传输子系统：负责传感器系

29、统所采集数据实时的传输到控制中心。具体的传输方式我们一般采用光纤、无线网桥等媒介，为了达到可靠、有效、稳定我们将采用几种方式并存，甚至为了解决距离远、布线麻烦等问题，我们也可以采用架设无线基站的方式。3、辅助支持系统：由监测外场及监控中心辅助整个坝体GPS自动化监测系统正常运行的设备组成，包括配电及UPS、防雷、综合布线及外场机柜等子系统组成。4、数据处理与控制子系统：由布置在监控中心的小型机系统、服务器系统及软件系统组成。6.1 传感器子系统传感器主要指监测坝体表面变形的GPS参考站、监测站及其辅助设备，各GPS接收机跟踪观测卫星信号，并实时按照一定规律把所接收的卫星信号变换成电信号或其他信

30、号并传输到控制中心，以满足信息的记录、处理、控制等要求，从而实现碧流河水库坝体的实时监测目的。6.1.1 GPS参考站河水库大坝GPS监测系统设1个参考站作为位移监测的基准框架。它长期连续跟踪观测卫星信号，通过数据通讯网络实时传输GPS观测数据到控制中心，并实时为各监测站提供高精度的载波相位差分数据及起算坐标，12个连续运行监测站同样实时的向数据中心传输数据，进行准动态差分。参考站分布在坝体的右侧，碧流河水库坝体GPS参考站主要包括站址选择、基建、仪器设备的选择及设备安装：1、 参考站站址选择参考站要求建立在地基稳定的地点，同时GPS参考站场地应满足以下要求：n 场地稳固，年平均下沉和位移小于

31、3mm；n 视野开阔，视场内障碍物的高度不宜超过15；n 远离大功率无线电发射源（如电视台，电台，微波站等），其距离不小于200m，远离高压输电线和微波无线电传送通道，其距离不得小于50m；n 尽量靠近数据传输网络；n 天线墩的高度不低于2米；n 观测标志应远离震动源。2、 参考站基建图 61参考站观测墩示意图1） 观测墩的建设要求在满足以上要求的前提下，在碧流河水库大坝右侧合适位置建立1个基站，观测墩的建设必须满足以下要求：n 观测墩应浇注安装强制对中标志，并严格整平，墩外壁或内部应加装（或预埋）适合线缆进出硬制管道（钢制或塑料），起保护线路作用；n GPS观测墩采用钢筋混凝土现场浇铸的方法

32、施工。混凝土浇铸过程中的水泥、沙子、石子及其他添加剂的用量以及混凝土施工的要求均按照表一的要求执行；n GPS观测墩中的钢筋骨架采用直径10mm的螺纹钢筋，使用时须在距两端10cm处，分别向内弯成形弯（足筋下端30cm处向外弯成形弯）用料。裹筋采用直径6mm的普通钢筋；n 基座建造时浇灌混凝土至基座深度的一半，充分捣固后放入捆扎好的基座钢筋骨架，在基座中心垂直安置捆扎好的柱石钢筋骨架，将柱石钢筋骨架底部与基座钢筋骨架捆扎一起，浇灌混凝土至基座顶面，充分捣固并使混凝土顶面处于水平状态；n 混凝土浇灌至地面下0.2米时，在观测墩外壁应预埋适合线缆进出的直径不小于25mm的硬质管道（钢制或塑料），供

33、安装电缆保护线路用；n 双频天线的保护罩要采用全封闭式，以起到防水、防风等效果，同时天线罩的衰竭率不大于1%；n 可利用观测墩基坑，加筑用于存放太阳能蓄电池的水泥槽。图 61观测墩设计图图 62强制对中标志2） 灌制混凝土标石所用材料应符合下列要求n 采用的水泥标号应不低于425。制作不受冻融影响的混凝土标石，应优先采用矿渣和火山灰质水泥，不得使用粉煤灰水泥。制作受冻融影响的混凝土标石，宜使用普通硅酸盐水泥。在制作受盐碱、海水或工业污水侵蚀地区的标石时，须使用抗硫酸盐水泥。在沙漠、戈壁等干燥环境中的标石，不得使用火山灰质水泥；n 石子采用级配合格的540mm的天然卵石或坚硬碎石，不宜采用同一尺

34、寸的石子；n 沙子采用0.153mm粒径的中砂，含泥量不得超过3%；n 水须采用清洁的淡水，硫酸盐含量不得超过1%；n 外加剂可根据施工环境选用，如早强剂、减水剂、引气剂等，其质量应符合相应规定，不得使用含氯盐的外加剂。材料种类配粒直径（mm）水水泥砂石配合比例重量，kg重量，kg重量，kg重量，kg（体积，m3）（体积，m3）（体积，m3）（体积，m3）碎石54018030060012260.6：1：2.2：4.09（0.18）（0.30）（0.44）（0.82）0.6：1：1.47：2.73卵石54017028567212480.6：1：2.36：4.38（0.17）（0.28）（0.45

35、）（0.83）0.6：1：1.61：2.96表 61每立方米混凝土制作材料用量表注：n 表中配合比适用中砂，当采用细砂或粗砂时，水和水泥用量相应增加或减少17kg和10 kg；n 当采用540 mm粒径的碎石或卵石，应将水和水泥用量各增加10%，砂、石用量不变；n 调制混凝土，须先将砂、石洗净。浇灌标石时，须逐层充分捣固；n 气温在0以下时，必须加入防冻剂，拆模时间不得少于24h，否则不准施工；n 拆模时间可根据气温和外加剂性能决定，一般条件下，平均气温在0以上时，拆模时间不得少于12h。3、 仪器设备的选择根据本项目的实际情况并参照全球定位导航系统连续运行参考站网建设规范，本GPS自动化监测

36、系统选用华测X300M双频监测专用接收机具体技术参数请参考“设备选型”。4、 设备安装图 63参考站设备安装图6.1.2 GPS监测站坝体GPS监测站是实时掌握坝体表面变化量的依据，各监测点长期连续跟踪观测卫星信号，通过数据通讯网络实时传输GPS观测数据到控制中心，并结合各参考站的观测数据与起算坐标通过控制中心软件准实时解算处理，最终得到各监测点的三维坐标。本GPS自动化监测系统我们共设立12个连续运行监测站，各监测站布置在坝体下游坡面。1、 监测站站址选择根据监测区域的实际情况及参照GPS测量规范，各监测站点的位置应尽量避开高大的建筑物、尽可能和内部位移监测点选择在同一个位置上、尽量选择在围

37、堰上等。监测点分布示意图2、 监测站观测墩基建根据坝体监测区域的实际情况及监测点所监测的内容，本GPS自动化监测系统监测站观测墩可选为混凝土观测墩、预制钢结构观测墩，各观测墩的高度按照人的平均身高计算，建设为1.8米以上为宜。以下列出两个方案，从中选一。1) 大坝混凝土观测墩对于大坝观测墩，在大坝坚固结构的基础上打入钢筋支架浇筑混凝土。图 66混凝土观测墩图6-7现场施工照片2) 预置钢结构观测墩通过厂家订做符合要求的立杆观测墩，现场用膨胀螺丝固定在坝体上，保证牢固性和美观性，并做好防水处理。图 68立杆的立面图图 69某监测项目观测墩实景图如上图所示是某监测项目的立杆实景图片，实际的立杆高度

38、可以小一点，如果周围没有遮挡，一般做1.2米即可。3、 仪器设备的选择根据本项目的实际情况及所要达到的技术指标，并参照全球定位导航系统测量规范，本GPS自动化监测系统选用华测X60M双频监测专用接收机和A300大地测量型天线， GPS主机为分体式设计，具体技术参数请参考“设备选型”。4、 设备安装 图 610监测站设备安装6.2 数据传输子系统根据现场的情况，监测区域手机信号相对不稳定，且控制中心与监测区相距较远，我们对碧流河水库坝体GPS自动化监测系统数据传输主要通过以下方式：，参考点和坝体监测站点数据传输采用无线通讯。再坝体数据往控制中心传输的方式上我们也建议采用高频无线传输增加中转站的方

39、式，或者采用无视距无线发射基站设备。高频无线传输优缺点：u 优点：1) 数据传输带宽比较大，延迟比较小，可对各接收机进行远程控制；2) 独立组网，链路式数据传输，数据传输不依赖于其它系统运行商，中心也不需要面向公网的固定IP地址；3) 2.4G或5.8G合法的工作频率；4) 局部可共用一台进行数据传输；5) 一次性投入，后期没有月租等费用；6) 工业级产品，内置避雷模块。u 缺点：1) 数据传输为直线传输，距离较近，距离较远时中心站需架设比较高，而且每180度的内需架设一台；2) 功耗稍大，每台接收机约（45瓦）；3) 单台接收机价格较贵；无线通讯传输图 611无线传输示意图6.3 辅助支持系

40、统6.3.1 配电及UPS系统对于本项目，需要供电的设备为控制中心服务器及辅助设施，各基准站、监测站GPS接收机及辅助设施，根据其项目现场实际情况、需供电设备功耗、安装方便、可靠、维护简单等原则，我们对控制中心设备和各GPS接收机选用不同的供电方式，即控制中心选用220伏交流电，并以UPS作为备用电源，同时UPS也起到稳压的功能。12个监测点可采用交流供电，同时每个点配备蓄电池和充电器，防止因为断电导致设备停止工作，也可以采用太阳能供电，根据实际情况来选择。参考站位于山上，交流供电较为困难，因此拟采用太阳能供电系统对设备进行供电。1. 控制中心供电在本项目的控制中心，首先必须接入220伏交流电

41、，由于交流电不一定稳定，有时会停电或者电压会有起伏，所以在接入各设备的前端加装一个带稳压功能的UPS，既能保证电压的稳定，又可以在断电的情况下继续给设备供电，建议所选用蓄电池可保证为各供电设备持续供电6-8小时。根据控制中心供电设备的功耗及项目实施的经验，推荐采用山特在线式C1KS型UPS，后备的电源为六节100AH松下蓄电池。图 612在线式UPS为了保证用电安全，接入各设备的电源部分还需要加装空气开关。图 613空气开关2. 参考站供电太阳能供电n 太阳能供电系统组成1) 太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。输出的电压为12V，直接供给设备使用，各部分的作用为：

42、2) 太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。 额定的输出电压为18V。3) 太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。 本系统采用规格为12V/10A的控制器。4) 蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用

43、是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。本系统采用的为铅酸电池，设计容量为150Ah，可以满足阴雨天7天左右工作时间。图 614华测某项目太阳能供电系统n 太阳能供电系统的安装1) 太阳能电池板需固定在GPS观测墩的侧面，安置要求是：倾斜角度在30-45度之间，面对方向为正南方偏西15度左右（根据当地的情况可适当调整），并制作三角形的支架固定在水泥板上，防止偷窃。太阳能支架2) 蓄电池一般需埋设在观测墩的附近，埋入地下，避免日晒雨淋、被盗贼偷盗，和外力冲击，同时也避免温差变化影响蓄电池的寿命。注：具体太阳能的固定方式请参照GPS监测站观测的设计图纸。3. 2个监

44、测点供电1）交流供电采用交流供电，合理拉线到现场，降压后使用。交流供电原则是利用附近最近的民用220V交流电或者是坝上自用的交流电，在保证其电压稳定和不经常断电的前提下采用。我们可适当加装UPS备用系统，根据现场情况确定。采用具体线路布设图可以和与光纤布设的路径一致，需要灵活掌握。通过交流拉到观测墩的机柜里，通过充电器接入后备蓄电池，给设备供电，同时加装空气开关等保护设备。华测某项目交流供电安装图2）太阳能蓄电池系统供电根据实际情况，在交流电不方便使用的情况下，我们会采用太阳能和蓄电池系统供电系统，该系统和参考点的供电方式一样，具体情况见参考点的供电。6.3.2 防雷系统1、 雷电危害雷电危害

45、分为直击雷和感应雷。直击雷是带电云层（雷云）与建筑物、其它物体、大地或防雷装置之间发生的迅猛放电现象，并由此伴随而产生的电效应、热效应或机械力等一系列的破坏作用。感应雷是由于带电积云接近地面，在架空线路导线或其他导电凸出物顶部感应出大量电荷引起的，或是由于雷电放电时，巨大的冲击雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场引起的。所以监测系统中各监测站及通讯系统由于雷击危害潜在因素，都要考虑防雷措施。雷电所产生的高电压电磁脉冲对没有相应保护措施的电缆（如：同轴电缆，天线，数据通讯电缆，电源电缆等）产生强烈的毁坏作用，最终导致损坏所连接的电子设备。2、 雷电防范措施主要设备GPS接收机是有2000V的光电

46、隔离效果，外壳是工程塑料，在设计上已经起到了避雷效果，在此基础上辅助其他专业的防雷设备。野外监测点： 碧流河水库大坝GPS观测分为大坝监测点和位于山坡上的参考点，因位置不同，地理条件的不同，所以采用不一样的避雷方式。n 位于山坡上的参考点：参考点位于大坝右侧的山坡上，地理位置明显高出一般的建筑物，极易受到雷电的攻击，并且以直击雷为主，所以我们列出参考点的防雷措施。GPS天线和接收机附近必须安装避雷针，避雷针与天线横向距离不小3m，避雷针高度按照“滚球法”确定，粗略计算可以按照45度角考虑。 图 645直击雷预防示意图在距观测墩33.5米处安装避雷针，选用16不锈钢制作支撑杆由两节组成、分别由2

47、寸、1.2寸各三米热镀锌管制作。地网的建设选用4根50505mm热镀锌角钢为垂直地极L=2.5米，以404mm热镀锌扁钢互连，地极埋地深度0.7米。避雷针基座为50050060mm钢筋混凝土，由地网引两根404mm热镀锌扁钢与基座连接（连接处必须为焊接）。接地电阻小于参照10欧姆。图 656华测某项目避雷针现场示意图接地电阻要求小于10欧姆，如果当地的土壤电阻率较高，降低防直击雷接地装置接地电阻宜采用下列方法：l 采用多支线外引接地装置,外引长度不应大于有效长度；l 接地体埋于较深的低电阻率土壤中；l 采用降阻剂；l 换土。n 位于大坝的监测点监测点位于坝体上，明显低于两边的山坡；位于坝体的观

48、察点接地困难；如果坝体上的点都考虑直击雷防护，成本必然增加很大，而且效果不明显，所以在坝体上的观测点，我们只考虑感应雷的防护。因采用的供电方式要根据现场的情况来确定，所以防雷也就会从不同的方面去考虑。本防护系统主要应该从两个方面考虑，天馈线防雷和电源线防雷。电器设备必须加装天馈线电涌防护设备，电力线电涌防护设备加装单项电源避雷器和空气开关。感应雷预防示意图 电源部分防雷（空开和单相电源避雷器） 天馈线避雷装置GPS天线电缆、通讯射频电缆在接入主机前，必须加装天馈线线电涌防护器。不论是电源避雷还是馈线避雷，避雷器必须接地良好，接地电阻不得大于4欧姆，但是二者可以是同一个地。6.3.3 外场机柜室

49、外设备必须统一放在机柜中，主要设备有GPS接收机、天线转换器、串口服务器等装置，机柜防水密封，具有一定的防盗性。机柜设计采用50cm50cm20cm的不锈钢机箱装置，加防盗锁，可挂靠在观测墩上。布设原则：n 按数据传输路径，分别安装天线转换器、GPS接收机、串口服务器等。n 供电电源一并引入机柜，并且强电弱电隔离布线，整洁美观，便于维护。n 机柜下端预留通线孔，供电源数据线的接入。n 机柜距离地面宜30cm。n 固定螺钉应拧紧，不得产生松动现象。n 外加防护警告装置，避免非工作人员破坏。6.3.4 综合布线2供电线缆如果监测点会采用市电，需要根据现场情况就近取电，用电线缆的布设的基本要求如下：

50、n 在电缆铺设前，应仔细地核对电缆的型号、规格等是否符合设计要求，检查电缆表面有无损伤。此外，还必须用500伏兆欧表测量绝缘电阻，一般不低于10兆欧；n 电缆芯线应采用圆套管连接。铜芯电缆用铜套管压接，套管为含铜99.9%以上的铜管制成，壁厚不小于1mm，长度是套管直径的810倍；铝芯电缆用铝套管压接，套管含铝不小于99.6%,壁厚不小于1.2mm，长度同样是套管直径的810倍。如果铺设的电缆是铜芯和铝芯电缆的连接，应采用铜铝过度接头。并且需要对铜铝过度接头与导线压接前进行退火处理；n 电缆连接的中间头或终端必须密封防水，剖切电缆线是不能将电缆线芯绝缘外皮损伤；n 在下列地方，应装标志牌： 线

51、路的始端和末端； 线路改变方向的转弯处； 电缆头与电缆接头处。标志牌的规格应统一，应注明线路编号、电缆的型号、电缆导体芯数、截面、电压、起讫点及安装日期；n 电缆线路的施工都应有原始记录，每次地埋线路有所变动时，都应该及时更正相应技术资料和电缆标志牌，以确保线路资料的正确性。6.4 数据处理与控制子系统6.4.1 机房建设1、 机房布置及装修的原则n 各类设备需要一定的安装空间、使用空间、维修空间。各类设备又有各工艺环境要求，如温度、湿度、通风、洁净度，各种供电和照明要求等。n 给工作人员创造健康卫生的工作环境。机房应为工作人员创造一个有利于健康、卫生的工作环境。工作人员需要昼夜在机房内工作，

52、为有利于他们的健康、有处于他们精力充沛，机房内应有良好的通风、温度、采光、空间、色彩等环境。n 有利于提高工作效率。机房内设备的布置应有利于操作、管理，有利于各子系统间的技术联接，有利于统一管理和维护。n 符合安全要求。机房的布置和装修应符合防火、安全警卫、应急状态工作等要求。2、 机房装修的一般规定计算机房的室内装修工程施工验收主要包括吊顶、隔断墙、门、窗、墙壁装修、地面、活动地板的施工验收及其他室内作业。 室内装修作业应符合装饰工程施工及验收规范、地面及楼面工程施工及验收规范、木结构工程施工及验收规范及钢结构工程施工及验收规范的有关规定。 在施工时应保证现场、材料和设备的清洁。隐蔽工程（如

53、地板下、吊顶上、假墙、夹层内）在封口前必须先除尘、清洁处理，暗处表层应能保持长期不起尘、不起皮和不龟裂。 机房所有管线穿墙处的裁口必须做防尘处理，然后对缝隙必须用密封材料填堵。在裱糊、粘接贴面及进行其他涂复施工时，其环境条件应符合材料说明书的规定。 装修材料应尽量选择无毒、无刺激性的材料，尽量选择难燃、阻燃材料，否则应尽可能涂防火涂料。3、 监控中心监控中心可配备2-3块显示屏，显示监视区域的实时变化情况，并配备声光报警设备，可设24小时有人值班，监控中心整洁明亮，具有一定的美观要求。图 66监控中心示意图图 67服务器机房6.4.2 存储及处理系统图 68 服务器拓扑图1、 介绍本方案拟推荐

54、由两台服务器组成双机系统，互为备份。支持Active-Standby和Active-Active两种方式的热备。数据存储于磁盘阵列柜上，供数据库同步共享。2、 特点本方案使用的服务器和磁盘阵列柜，极大地保证了整个系统的高性能。同时，本方案也为将来的升级扩容预留了空间。只需添加部分设备即可增加系统的数据存储量，系统的可用性极高，极大地保护用户的投资。3、 处理系统服务器上应集成数据采集、传输、解算、分析，客户端等软件，满足整个监控系统的需要。这部分在第七部分软件中有详细的介绍。7 软件系统本项目软件系统主要分为两大部分，即GPSensor数据处理软件及基于B/S与C/S架构的数据分析软件，下面对

55、其做详细介绍。7.1 软件系统功能数据解算系统分为：数据处理模块、数据传输模块、数据储存模块三部分。此三个部分是整个GPS自动化监测数据解算系统中核心组成部分，它们之间相互独立又紧密关联与配合，而且所有操作完全是人工提前设定后由软件自动完成。如下图所示：这三个模块具体配合流程为固定布置的传感器将监测数据调制成可传输的信号，根据传输的远近、所处的位置选择无线或有线的通讯方式，在数据采集工作站完成数据的自检和本地存储。并通过控制信号对参数配置和采样控制完成操作。在数据进入处理服务器后，数据处理（GPSensor）软件完成自动解算、平差等工作，数据分析和显示功能实现监测变形统计，并对数据进行评估和预

56、警。数据处理完成的同时将原始数据和解算结果存储到数据库，数据分析得到的预警信息、以及时间信息、健康状态等存储到数据库，数据库也为分析模块提供历史监测数据等信息供调用。其中，数据分析模块交由客户端系统完成，目前我们基于两种方式发布：一种是B/S架构的基于网页的WEB发布系统，一种是基于C/S架构的本地用户平台发布系统。 软件系统构架图7.2 软件系统模块7.2.1数据处理模块“数据处理”是汉源新县城GPS自动化监测系统的核心组成部分，“数据处理”结果精度的高低关系到我们对滑坡体稳定性的判断、分析以及影响管理人员的决策。对于本监测系统“数据处理”主要指监测区域内各GPS原始数据的采集控制，以实现数

57、据处理的同时对数据采样间隔，GPS一机多天线的信号切换的控制、各GPS原始数据的输入与处理、原始数据的检验、设备故障诊断，其它监测手段监测数据的输入与处理等。针对本项目的实际情况以及业主的具体要求，我们推荐选用专业GPS监测软件GPSensor进行系统控制与数据处理。本软件在系统控制方面支持Trimble、Leica、Topocon、Huace等众多品牌的接收机；在进行GPS数据处理方面采用了先进的非线性Kalman滤波双差解、三差解算法，同时增加了先进的电离层改正模型、支持多参考站解算及实时独立基线网平差等功能，具体精度为平面小于3mm，高程5mm。并且实现双基站或多基站处理功能。GPSen

58、sor是由上海华测导航技术有限公司研发的基于网络利用全球卫星定位系统（GPS）进行的实时三维变形测量分析系统软件。GPSensor能同时对安放在目标设施或自然物体上的十几个GPS进行实时三维位置解算，并达到毫米级精度。软件采用C/S架构，同时实现监控站的实时差分定位，并具有图形显示、接收机设置、监控站参数设置、观测数据记录、报警等功能。由GPSensor为核心构成的变形监测网络中的每个GPS接收机只需要输出GPS的原始数据和星历，数据通过广域网、局域网络、串口、无线设备等传到控制中心，控制中心的GPSensor软件根据每台GPS接收机对应的IP地址和端口号，获得每个监测点的原始实时数据，从而对

59、这些原始数据进行实时差分解算，得到各个监测站的坐标，并存入数据库或发送给客户端。7.2.1.1 GPSensor算法要用滤波方法消除GPS动态定位数据中的随机误差，人们首先想到应用最优估计的方法（即Kalman滤波器），将真实的状态（定位结果）从各种随机干扰中实时最优地估计出来。但应用Kalman滤波器进行最优估计（滤波），需建立较准确的系统模型和观测模型，因而，不仅要对运动载体建立准确合理的动态模型，而且要对各种随机误差准确建模。GPS动态定位的离散状态空间模型如下：式中为维状态向量，为关于状态的维非线性函数，为维输出量，为维系统转移矩阵。，分别为，维随机向量序列，并满足如下统计特性：为维半

60、正定对称阵，为维正定对称阵。进一步设初始状态为满足如下统计特性的随机向量：当非线性系统在其标称轨线上进行泰勒展开，近似取其线性部分，并用通常的Kalman滤波器进行状态估计时，便得到著名的扩展Kalman滤波器如下：7.2.1.2 基本功能和指标1) 可对GPS原始数据进行实时差分处理，数据更新率可达1Hz、5Hz、10Hz、20Hz；2) 可根据系统参数设置，对不同的监测站的实时差分结果进行Kalman滤波，达到不同的动态要求和精度要求；3) 最多可同时处理多个基站和32个监测站的数据；4) 输入接口协议：RS232、CAN、TCP/IP；5) 输出接口协议：TCP/IP；6) 实时显示基线

61、的变化情况，点位的移动情况等，软件包括如下视图：实时数据视图、实时网图、趋势图、卫星视图、三维视图、数据管理。7) 原始数据、解算结果的自动保存功能，可根据用户需求进行设置；8) 对监测站、基站接收机的远程设置功能，软件上有各个GPS接收机的独立监控模块，可以向GPS接收机发送用户更改参数的命令（如采样间隔、高度截止角等）；9) 系统完备性监测功能，可对整个系统的健康状况进行监测，包括软件和硬件，比如，一旦某个监测站出现死机现象，软件马上会通过数据信号触发的方式实现接收机自动重启；10) 每个监控站的监控范围可根据用户设置，相应的精度可从2毫米到1厘米(具体精度还与所使用的GPS接收机及其天线有关)。11) 回放功能。回放功能分为两个层次：原始数据层，软件记录原始数据后，可以任意截取其中部分数据，并根据原始数据重新解算并回放的功能；历史状态层，即根据所选择的时段，对系统的实际工作状态进行回放。12) 实时的数据采集的延迟不大于1秒。13) 可以调整各个监测站的位置更新率；14) 连接数据库，记录用户需要保留的各项信息；记录的内容如下：GPS定位数据坐标；精度（水平和垂直）；PD