浅谈水电站滑坡体自动化变形监测

赵明

摘要：GPS技术、测量机器人是当前外部变形监测的主要手段之一，但在一些滑坡体的变形监测中，情况非常复杂，单一监测手段很难达到监测目的，所以在这些项目中，多种手段往往是结合使用的。在当今数字化、自动化测绘时代，如何把多种监测手段结合起来实现自动化，是本文研究的目的。文章介绍了水电站滑坡体自动化变形监测的实现。

关键词：滑坡体;自动化;变形监测

该水电站滑坡体地处深山峡谷，为典型的“V”型高山峡谷地貌，谷底狭窄，岸坡多为陡壁和陡坡，沿江有一条简易公路。测区未接通国家主电网，电力主要靠小水电供给，且无法提供持续供电。考虑到该滑坡体的地形和现场条件，采用GPS和测量机器人联合作业的自动化监测方案。

1 现代变形监测技术的发展

1.1 GPS监测技术

近年来，我国在利用GPS进行变形监测等方面，做了大量的研究工作。随着GPS接收技术和数据处理技术的日臻完善，使测量的速度和精度不提高，GPS在我国的变形监测领域中得到应用。1998年，我国的隔河岩大坝外部变形首次采用GPS自动化监测系统，该系统具有速度快、全天候观测、测点间无需通视、自动化程度高等优点，对坝体表面的各监测点能进行同步变形监测，并实现了数据采集、传输、处理、分析、显示、存储等的一体化和自动化，测量精度可达到亚毫米级。

1.2 测量机器人监测技术

测量机器人监测系统，由带电动马达驱动和程序控制的TPS系统结合激光、通讯及CCD技术组合而成，它集目标识别、自动照准、自动测角测距、自动跟踪、自动记录于一体，可以实现测量的全自动化。测量机器人能够自动寻找并精确照准目标，在1S内完成对单点的观测，并可以对成百上千个目标作持续的重复观测。以此优化传统的变形监测方案，提高观测精度，减少测量人员的工作量。

2 水电站自动化技术在滑坡体变形监测中的应用

2.1基准网建设

平面监测的基准网按《水利水电工程测量规范》（以下简称规范）中的专用平面控制网专二级精度布设，由大地四边形构成，覆盖整个滑坡体监测区域。各图形结构的平均边长1.5km，最弱点点位中误差±2.5mm，最弱点误差椭圆长半径±2mm。

Ⅰ级GPS基准点选择在土质坚实、供电稳定、交通通讯条件较好的位置，是各滑坡体监测的坐标起算基准。Ⅰ级GPS基准点同时是各GPS表面位移测点的参考站，采用IGS的后处理精密星历进行解算。Ⅱ级测量机器人工作基点采用GPS静态测量方式与Ⅰ级网基准网联测，选点按实测断面及测点分布情况选点，保证相应的通视条件。

采用GPS方法观测时，水平位移观测精度控制在±3mm以内，垂直位移精度控制在±5mm以内;采用测量机器人观测时，按精密全站仪坐标法测量观测的技术要求施测，盘左盘右各测两个测回，一测回照准目标1次测4次坐标，测角中误差±1″，测距中误差±2mm，最大边长≤700m 。

2.2 GPS自动化监测

由控制中心的GNSS Spider工作站计算机远程控制和管理GPS接收机，原始观测文件经无线网桥方式传输至数据中心，通过解算软件进行实时解算。数据采用自动化方式进行存储，将解算后的数据自动存入数据库。原始数据经投影转换以断面走向为北方向，数据转换通过徕卡GeoMoS软件自动完成。

2.3测量机器人自动化监测

测量机器人在GeoMoS自动观测软件的配合下，自主完成监测点的棱镜搜索、后视定向、坐标测量、数据记录和成果导出。观测成果上传至数据解算服务器段即可进行平差计算，以保证对外业观测质量的有效检核。若符合限差即可进行整体平差计算，并自动形成相应的测点观测记录和分析图表。

按《规范》要求，各测回均后视起始方向，盘左盘右各测两个测回，1测回内照准并测量4次坐标。测量机器人标称测距精度±0.6mm+1ppm，测角中误差±0.5″，可满足自动化采集温度、气压改正信息和测量数据的测记功能。

2.4 GPS与测量机器人联合作业

利用徕卡GeoMoS开放式用户定制的全自动监测平台，接入徕卡测量机器人、GPS等设备，通过GeoMoS系统平台，实现GPS与测量机器人的联合作业。徕卡测量机器人对监测点棱镜按照设定周期进行观测，实时地将变形点的三维坐标通过无线通讯网络传到系统现场控制中心;现场计算机控制中心主要是安装在服务器上的徕卡GeoMoS软件，通过徕卡GeoMoS软件可以实时了解各个棱镜监测点的位移及沉降情况。控制中心的GNSS Spider工作站计算机远程控制和管理GPS，获取各个GPS监测点的卫星观测数据，通过GNSS Spider软件，静态后处理解算各个监测点的WGS-84坐标，再转化为本地坐标。

测量机器人和GPS数据统一在GeoMoS系统中汇总计算，通过安装天线的360°反射棱镜，可实时获取棱镜坐标，实现两套系统在同一坐标系的无缝联合工作，并可实时更新全站仪测站坐标，即使测量机器人位于变形区域也不受影响。实现了对监测点位移及沉降情况的24小时不间断的自动化监测，并可通过扩展应用，实现对整体监测网系统的查询、监控、分析、预警等操作。GeoMoS自动解算测站方式，自由设站法， GPS和360°棱镜组合作为控制点，获取已知坐标，为全站仪自由设站计算所用， GeoMoS即可自动解算测量机器人的测站坐标。

3 结束语

利用现代技术解决工程问题有着很大的经济价值和社会价值，不但可以节省大量的人力物力，还可以解决以往传统手段无法解决的精度、周期、作业条件等问题。随着计算机、互联网、人工智能以及测量手段的不断发展，以往的工程难题利用现代的技术手段来解决会越来越容易，滑坡体的变形监测也是如此，需要我们不断地去思考研究，技术才会不断进步。

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（作者单位：中国电建华东勘测设计研究院有限公司）