北斗卫星在萌山水库大坝变形观测中的应用

孟　光，李　茜

（淄博市萌山水库管理处，山东 淄博 255318）

1　工程背景

1.1　北斗、GPS卫星简介

中国北斗卫星导航系统（BDS）是中国自行研制的全球卫星定位系统与通信系统，是继美国全球卫星定位系统（GPS）和俄罗斯全球卫星定位系统（GLONNASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。2012年北斗卫星导航系统已经覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力，到2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。

1.2　项目需求

萌山水库大坝在线安全监测系统采用BDS与GPS双系统自动采集数据的功能，具备现场网络数据通讯和远程通信功能，数据存储及处理分析功能，综合预警功能，防雷及抗干扰功能，数据备份、掉线保护、自诊断及故障显示等功能。

1.3　项目目标

在坝体表面设立变形监测点，实现坝体表面位移变形24 h实时在线监测预警，保证恶劣环境条件下坝体的不间断监测，当监测数据异常时及时作出分析，并采取报警措施，通知水库管理人员采取必要措施。

1）坝体位移监测精度达到毫米级，即水平位移精度±3 mm；竖向位移精度±5 mm；监测频数可调整，由人工设置，缺省值每天四次。雨季及台风危险期可增加监测频数。

2）自动化监测程度：每天按设置时间，自动将监测点观测数据传到监测中心，监测中心自动计算变形值。定期进行监测资料的整编，绘制大坝健康档案，为水库安全运行提供可靠依据。

1.4　项目优势对比

传统大坝位移监测系统采用视准线或引张线观测水平位移，精密水准观测竖向位移，大量采用人工数据采集，自动化测点少，自动化程度低，工作量大，各监测点的变形量在时间上不是同步采集，加上天气等环境因素影响，往往在库水位急剧上升或泄洪等最需要观测的时候，因天气恶劣而无法展开，容易漏过危险信号；全站仪是电子经纬仪和光电测距仪组合为一体的测量仪器，除了工作效益高以外，仍受人工和天气因素影响。

北斗萌山水库坝体位移自动化监测系统是利用北斗/GPS系统的三维坐标在线监测系统，采用相对定位方式实现高精度实时监测。坝体位移自动化监测方案原理是利用北斗/GPS载波相位高精度相对定位进行三维定位。利用精密星历及软件采用四小时双频北斗/GPS接收机观测数据解算精度可达毫米级。不同时间测出的坐标差变化，反映了监测点的形变。

2　设计依据及硬件平台选择原则

2.1　系统设计原则

北斗萌山水库坝体位移自动化监测系统建设目标是以可靠性、安全性、可扩展性、可管理性、先进性、实用性、经济性为原则的，能满足管理者对大坝内危险塌陷区实行实时监控、发现险情能及时、及时决策和处理等功能，确保大坝安全运行。

2.2　硬件平台选择原则

系统硬件主要包括北斗/GPS卫星定位接收机、通信及网络设备、计算机、数据交换控制单元四部分。系统将采用目前较为先进北斗/GPS双系统双频接收机、零相位天线；专用光纤通信，以保证数据传输可靠性；数据解算将采用最新的国际上较先进的高精度北斗/GPS基站自动化解算软件；在系统管理软件上既反映当今科技的先进水平，又具有发展潜力，保证系统在相当长的时间内不被淘汰，采取目前已经在业界经过考验、论证的技术和方案，并能够根据随着技术的发展平稳地向新的技术过渡硬件、软件的选型将本着以安全性、扩展性、先进性、可靠性为原则。

3　工程布置

3.1　位移变形监测系统工作基站布设

根据萌山水库现场地形地质情况，变形监测工作基站应在变形影响范围之外，站点附近视野开阔，无强磁场干扰，附近交通、通讯条件良好，便于联络和数据传输，附近地表面有浅植被覆盖，以抑制多路径效应。基础应为岩基或稳定的土基。GNSS基准站1个位于左岸的基岩上。

3.2　监测站布设

根据相应的规范，变形监测点应布置在大坝合拢段、最大坝高、地质条件复杂及地形突变处等原则要求，在坝后坡70 m平台布设监测站2个，桩号分别为0+300、0+400两个位置。

4　工程应用

北斗/GPS监测点与基准点接收机实时接收北斗/GPS信号，通过数据采集器采集并存储数据，再采用光纤将数据发送到监控中心。布设在监控中心的高精度北斗/GPS数据处理软件将对数据进行实时存储、解算和分析，实现数据综合管理。实现监测点状态、设备状态、变形量等数据的查询、报表生成、预警预报等功能。