华测滑坡监测系统

PAGE3PAGE5华测GPS滑坡监测系统技术方案书上海华测导航技术有限公司2013年5月目录从而可节省大量的人力物力。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。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。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。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。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200~400m）；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。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。华测GPS自动化监测系统应用实例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X60MGPS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StaticStrategy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。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，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STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s12东海大桥监测系统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图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s13瓮福磷矿尾矿库监测系统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，兼容其他系统检测数据。图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s14黑岱沟露天煤矿边坡监测系统华测历史监测项目吉林夹皮沟尾矿库在线监测吉林海沟金矿六大系统辽宁本溪歪头山尾矿库在线监测辽宁东鞍山尾矿库在线监测辽宁凤城首钢硼铁尾矿库库在线监测辽宁弓长岭尾矿库在线监测辽宁风水沟尾矿库在线监测黑龙江达连河露天矿边坡在线监测辽宁中煤龙华达连河露天矿边坡自动化监测内蒙古黑岱沟露天煤矿排矸场自动化监测内蒙古黑岱沟露天煤矿排土场自动化监测内蒙古大唐锡林浩特露天煤矿自动化监测贵州瓮福磷在线监测河南上街铝矿尾矿库在线监测河南鹤壁尾矿库在线监测广州云浮硫铁矿尾矿库在线监测河南平顶山姚孟灰库在线监测四川西昌会理尾矿库在线监测河南杨家湾尾矿库在线监测河南森达源尾矿库在线监测河南双河鑫尾矿库在线监测河南平顶山姚尾矿库在线监测河南算子沟尾矿库在线监测河南牛家沟尾矿库在线监测河南洛阳龙沟矿业娘娘沟尾矿库在线监测河南洛阳金源矿业水凹沟尾矿库在线监测河南洛阳金牛矿业小双沟尾矿库在线监测河南洛阳九扬矿业炉场沟尾矿库在线监测河南洛阳牛鑫垛矿业张胡子沟尾矿库库在线监测河南洛阳富川矿业寺院尾矿库在线监测河南洛阳众鑫矿业北沟尾矿库在线监测河南洛阳坤宇矿业疼痛沟尾矿库在线监测河南栾川天罡铂矿尾矿库在线监测河南洛宁七里坪金矿尾矿库在线监测安徽琅琊山铜矿尾矿库在线监测山西博华大同银矿尾矿库在线监测河南栾川天罡钼矿尾矿库在线监测河南洛宁七里坪金矿尾矿库在线监测河北怀来宏达矿业狐狸沟尾矿库在线监测山西代县鑫盛尾矿库在线监测四川攀枝花盐边鑫茂铁精粉尾矿库在线监测上海东海大桥健康在线监测江苏润扬大桥健康在线监测武汉阳逻大桥健康在线监测上海长江隧桥健康在线监测上海闵浦大桥健康在线监测上海闵浦二桥健康在线监测陕西黄河大桥健康在线监测宁波五路四桥健康在线监测沪蓉西公路大桥健康在线监测青岛海湾大桥健康在线监测浙江新昌滑坡在线监测湖北秭归滑坡在线监测重庆开县滑坡在线监测陕西略阳滑坡在线监测贵州大方滑坡在线监测重庆奉节滑坡在线监测广州云浮硫铁矿在线监测湖北荆岳大桥健康.监测湖北鄂东大桥健康监测武汉军山大桥健康.监测安徽铜陵冬瓜山铜矿沉降自动化监测青海拉西瓦水电站滑坡自动化监测甘肃苗家坝水电站滑坡自动化监测四川福堂水电站滑坡自动化监测云南小龙潭露天煤矿自动化监测浙江新昌滑坡自动化监测湖北秭归滑坡自动化监测重庆开县滑坡自动化监测陕西略阳滑坡自动化监测贵州大方滑坡自动化监测重庆奉节滑坡自动化监测内蒙古伊敏河露天矿边坡自动化监测上海东海大桥健康监测江苏润扬大桥健康监测武汉阳逻大桥健康监测上海长江隧桥健康监测上海闵浦大桥健康监测上海闵浦二桥健康监测陕西黄河大桥健康监测宁波五路四桥健康监测沪蓉西公路大桥健康监测青岛海湾大桥健康监测贵州坝陵河大桥健康监测安徽铜陵长江大桥健康监测广东平胜大桥健康监测江西洪都大桥健康监测湖北荆岳大桥健康监测湖北鄂东大桥健康监测武汉军山大桥健康监测河北邢台西郝庄沉降自动化监测安徽铜陵冬瓜山铜矿沉降自动化监测山西博华大同银矿尾矿库在线监测四川西昌会理尾矿库在线监测表STYLEREF1\s1SEQ表\*ARABIC\s11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工程概况对于本监测系统我们采用GPS实时监测公路边坡的三维位移。监测目的和任务随着大坝的建设，大坝主体边坡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、针对边坡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、及时快速的对边坡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，对边坡变形进行分析研究，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、监测边坡的变形动态，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，进一步预测边坡变形的趋势，指导场地规划建设。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。监测设计原则建立高精度的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。及时测定和预报边坡的位移等变化情况，并为长期稳定性预测研究提供资料。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边坡变形预测预报提供依据。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Bernese3具体联测要求请参考GPS测量规范科学合理性原则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；监控手段的选取有高科技含量，是先进的；监控效果准确有效。经济实用性原则凡是需要较大投入的监控项目都是需要经常使用的；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；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；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。系统可扩展性原则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；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；系统软件系统支持其它监测设备数据分析、支持人工巡检记录等。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CJJ73-97中国建设部1997精密工程测量规范GB/T15314-94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委员会混凝土结构设计规范GBJ10—89建设部建筑物防雷设计规范GB50057－

94表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s11监测执行规范监测内容和技术要求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边坡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，这样系统就可根据不同观测时间和精度要求获取数据。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。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边坡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STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s11GPS自动监测系统拓扑图硬件系统水库大坝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边坡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边坡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。传感器子系统传感器主要指监测边坡表面变形的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边坡的实时监测目的。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。参考站分布在边坡的右侧，碧流河水库边坡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：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：场地稳固，年平均下沉和位移小于3mm；视野开阔，视场内障碍物的高度不宜超过15°；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；尽量靠近数据传输网络；天线墩的高度不低于2米；观测标志应远离震动源。参考站基建图STYLEREF1\s61参考站观测墩示意图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： 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；GPS观测墩采用钢筋混凝土现场浇铸的方法施工。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；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；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；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），供安装电缆保护线路用；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%；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STYLEREF1\s6SEQ图\*ARABIC\s11观测墩设计图图STYLEREF1\s6SEQ图\*ARABIC\s12强制对中标志灌制混凝土标石所用材料应符合下列要求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；石子采用级配合格的5～40mm的天然卵石或坚硬碎石，不宜采用同一尺寸的石子；沙子采用0.15～3mm粒径的中砂，含泥量不得超过3%；水须采用清洁的淡水，硫酸盐含量不得超过1%；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5～4018030060012260.6：1：2.2：4.09（0.18）（0.30）（0.44）（0.82）0.6：1：1.47：2.73卵石5～4017028567212480.6：1：2.36：4.38（0.17）（0.28）（0.45）（0.83）0.6：1：1.61：2.96表STYLEREF1\s6SEQ表\*ARABIC\s11每立方米混凝土制作材料用量表注：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10kg；当采用5～40mm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；调制混凝土，须先将砂、石洗净。浇灌标石时，须逐层充分捣固；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；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。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”。设备安装图STYLEREF1\s6SEQ图\*ARABIC\s13参考站设备安装图GPS监测站边坡GPS监测站是实时掌握边坡表面变化量的依据，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，各监测站布置在边坡下游坡面。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、尽量选择在围堰上等。监测点分布示意图监测站观测墩基建根据边坡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。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STYLEREF1\s66混凝土观测墩图6-7现场施工照片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边坡上，保证牢固性和美观性，并做好防水处理。图STYLEREF1\s68立杆的立面图图STYLEREF1\s69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，实际的立杆高度可以小一点，如果周围没有遮挡，一般做1.2米即可。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”。设备安装图STYLEREF1\s610监测站设备安装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，我们对碧流河水库边坡GPS自动化监测系统数据传输主要通过以下方式：，参考点和边坡监测站点数据传输采用无线通讯。再边坡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：优点：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；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；2.4G或5.8G合法的工作频率；局部可共用一台进行数据传输；一次性投入，后期没有月租等费用；工业级产品，内置避雷模块。缺点：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；功耗稍大，每台接收机约（4~5瓦）；单台接收机价格较贵；无线通讯传输无线通讯传输图611无线传输示意图辅助支持系统配电及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。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，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STYLEREF1\s612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STYLEREF1\s613空气开关参考站供电太阳能供电太阳能供电系统组成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：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。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。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STYLEREF1\s614华测某项目太阳能供电系统太阳能供电系统的安装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。2个监测点供电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。防雷系统雷电危害雷电危害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。雷电防范措施主要设备GPS接收机是有2000V的光电隔离效果，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。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STYLEREF1\s6SEQ图\*ARABIC\s145直击雷预防示意图在距观测墩3～3.5米处安装避雷针，选用Φ16不锈钢制作支撑杆由两节组成、分别由2寸、1.2寸各三米热镀锌管制作。地网的建设选用4根50×50×5mm热镀锌角钢为垂直地极L=2.5米，以40×4mm热镀锌扁钢互连，地极埋地深度>0.7米。避雷针基座为500×500×60mm钢筋混凝土，由地网引两根40×4mm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STYLEREF1\s6SEQ图\*ARABIC\s156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：采用多支线外引接地装置,外引长度不应大于有效长度；接地体埋于较深的低电阻率土壤中；采用降阻剂；换土。位于大坝的监测点监测点位于边坡上，明显低于两边的山坡；位于边坡的观察点接地困难；如果边坡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，所以在边坡上的观测点，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。外场机柜室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50cm×50cm×20cm的不锈钢机箱装置，加防盗锁，可挂靠在观测墩上。布设原则：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。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。机柜下端预留通线孔，供电源数据线的接入。机柜距离地面宜≥30cm。固定螺钉应拧紧，不得产生松动现象。外加防护警告装置，避免非工作人员破坏。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：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；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8～10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8～10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；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；在下列地方，应装标志牌：①线路的始端和末端；②线路改变方向的转弯处；③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；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。数据处理与控制子系统机房建设机房布置及装修的原则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。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，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。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。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。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。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STYLEREF1\s6SEQ图\*ARABIC\s16监控中心示意图图STYLEREF1\s6SEQ图\*ARABIC\s17服务器机房存储及处理系统图STYLEREF1\s6SEQ图\*ARABIC\s18服务器拓扑图介绍本方案拟推荐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。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。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。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，下面对其做详细介绍。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。GPSensor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。7.2.1.1GPSensor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；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；最多可同时处理多个基站和32个监测站的数据；输入接口协议：RS232、CAN、TCP/IP；输出接口协议：TCP/IP；实时显示基线的变化情况，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。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；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）；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；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)。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。实时的数据采集的延迟不大于1秒。可以调整各个监测站的位置更新率；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）；PDOP值；使用卫星颗数；解类型。卫星数据卫星颗数；每颗卫星的坐标；每颗卫星的信噪比；每颗卫星的仰角；基线解信息基线向量；基线误差（中误差和相对误差）；比率值；协方差阵。系统状态数据软件本身的工作状态；各个机站的工作状态是否正常；网络连接状态。表格SEQ表格\*ARABIC\s11GPS数据记录内容第三方软件接口，用COM组件的方式实现，可实现远程查询、管理、报警；报警功能，报警项可根据用户要求设定，可通过短信、电子邮件等方式进行报警。权限管理：一般用户只能浏览数据，系统管理员才可能对一些参数进行设置。数据分析功能：根据用户要求，对监控点进行频域和时域分析。可靠性：7×24小时持续可靠工作。7.2.1.3GPSensor的特点（与RTK比较和传统静态监测比较）集成了RTK功能的GPSensor软件，除了也能采用RTK方法之外，采用其自身与RTK和传统静态不同的算法后，还具有如下一些特点。算法相比RTK及传统静态方法而言，GPSensor的算法具有如下特点：GPSensor采用采用同时刻（在1微秒之内）的GPS原始观测值进行差分解算；而RTK方法不需要差分改正数和流动站的观测数据保持同步，一般的参考站接收机差分改正数广播更新率为1Hz，因此，一般情况下差分改正数会延迟0.5秒到2秒不等，在特别情况下，流动站能允许1分钟之前的差分改正数参与解算；GPSensor可以采用扩展的动态非线性Kalman滤波算法进行差分解算。GPSensor的算法对系统的硬件要求较高，通常在高性能计算机，而RTK的算法总是有GPS接收机生产厂商提供，固化在GPS接收机内部；静态解算需人工干预，一般采用双差固定解得方式。精度GPSensor直接应用GPS接收机的原始数据，参考站和流动站的观测数据保持严格的同步，所以，大气层延迟造成的公共误差被最大程度地抵消，GPSensor还采用滤波方法消除GPS动态定位数据中的各种随机误差，是输出的定位结果更符合真实的情况，所以GPSensor根据采用的GPS接收机和GPS天线的不同，可以保证毫米级的定位精度，而通常的RTK接收机动态定位精度为厘米级。事例一：在一个静止点上，采用双频GPS接收机和普通双频天线进行实时RTK解算，解算结果如下图所示：图表3SEQ图表\*ARABIC\s11RTK实时解算结果可见RTK的定位精度平面在2个厘米之内，高程在4个厘米之内。事例二：在一个静止点上，采用双频GPS接收机和普通双频天线，然后采用GPSensor软件对其连续解算24个小时，具体解算结果如下图：图表3SEQ图表\*ARABIC\s12GPSensor实时Kalman解算结果相对RTK解算结果其精度有显著的提高。上图中，平面精度在10mm左右，高程精度在15mm左右。如采用高精度双频GPS天线，能更进一步提高其精度。事例三：采用同样的GPS接收机，在一个静止的点上，分20分钟一个时段对其连续观测5个小时的数据，用某进口后处理软件对其进行处理，得到结果如下图所示：图表3SEQ图表\*ARABIC\s13平面后处理结果图表3SEQ图表\*ARABIC\s14高程后处理结果相对GPSensor实时Kalman解算结果精度有所提高。上图中，平面精度在8mm左右，高程精度在12mm左右。如采用高精度双频GPS天线，能更进一步提高其精度。事例四：采用同样的GPS接收机，在一个静止的点上，分10分钟一个时段对其连续观测5个小时的数据，用华测GPSensor准动态Kalman算法对其进行处理，得到结果如下图所示：图表3SEQ图表\*ARABIC\s15Kalman算法平面解算结果图表3SEQ图表\*ARABIC\s16Kalman算法高程解算结果相对后处理解算结果精度又有所提高。上图中，平面精度在5mm左右，高程精度在8mm左右。如采用高精度双频GPS天线，能更进一步提高其精度。注：采用GPSensor软件是完全自动解算，而静态后处理需要人工干预。通讯因为GPSensor仅要求收到GPS接收机的原始观测数据，所以，原则上，应要求软件（服务器）与GPS接收机之间仅要求实现单向通讯。而通常的RTK方法，要求参考站和流动站之间进行通讯，又要求流动站和数据中心之间进行通讯。下图是在采用串行端口GPS接收机进行网络监控的情况下，GPSensor和RTK方式需要建立的数据通讯链路示意图：图表3SEQ图表\*ARABIC\s17RTK方式下的数据通讯图由图可见，RTK方式下，差分改正数和定位结果需要进行多次传输，上图中，一个监测点的差分数据发送到数据中心，需要进行3次串口数据传输，两次网络数据传输。图表3SEQ图表\*ARABIC\s18GPSensor方式下的数据传输图由图可见，在GPSensor方式下，流动站的原始数据仅需要一次串口数据通讯和一次网络数据通讯，就可以到达数据中心，参考站可以直接与数据中心服务器相连。系统可靠性RTK通常应用于测量、高精度导航等，对于RTK接收机而言，如GPS信号发生失锁那么接收机需要重新初始化，求解整周模糊度，从而造成短时间隔内不能正常输出厘米级定位解。传统的静态数据处理需要人工干预解算、网平差，同时需要在每一个点上分时段长时间观测，如果监测点是处于移动状态则不能解算出有效的结果。而GPSensor专为变形监测而设计，适用于桥梁、大坝、矿区、滑坡等的变形监测，软件能长时间持续可靠工作，诸如RTK经常需要重新初始化、静态解算需要人工干预不能监测运动物体、时效性差等缺点在GPSensor里并不存在。GPSensor软件运行在数据中心的计算机上，整个计算功能可以设计成冗余模式，增加系统的可靠性，而RTK方法不能实现类似的功能。通过上面的介绍，我们可以对GPSensor软件的各项性能和特点有了一个粗略的了解，其中，特别是GPSensor对数据通讯的要求较低；同样的数据，GPSensor可以获得更高的精度；GPSensor可以实现比RTK方法和传统静态方式更高的可靠性。软件将原来在接收机内进行解算的工作移植到性能更高、速度更快、更稳定的计算机上来进行。系统中所有的GPS原始数据都通过网络（有线/无线）传回到控制中心的计算机上，软件对所有数据进行同步的、实时的解算。同时，所有的GPS接收机设置也都通过控制中心的计算机来执行，完全实现无人值守及远程控制。 GPSensor系统为科学家，工程师，灾害监测人员提供实时的、极有价值的人工建筑或自然灾害预警信息。这套系统不用操作人员费时进行数据后处理、分析结果等工作，实时显示变形量，大大延长了预警时间减少自然灾害对生命、财产的损失。而应用GPSensor系统，可以采用无人值守的方法远程管理几十个监测点。通过设定的临界值，管理者可以通过图形显示得到实时的告警，为决策者提供及时准确的灾害预警信息，避免重大生命、财产损失。结论通过上面的介绍，我们可以对GPSensor软件的各项性能和特点有了一个粗略的了解，其中，特别是GPSensor对数据通讯的要求较低；同样的数据，GPSensor可以获得更高的精度；GPSensor可以实现比RTK方法更高的可靠性。7.2.1.4GPSensor标准特性Windows95/NT32bit结构；多线程，多任务设计；先进的GPS数据算法：具有OTF解算、卡尔曼滤波、三差解算等，同时支持实时、后处理解算；图形用户界面，实时显示基准站、监测站的工作状态；具有防死机功能，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；支持远程控制功能，软件可自动向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）；兼容多个品牌的接收机，如Trimble、Leica、Topocon、Magellan等，同时也支持“一机多天线”技术；软件自动保存解算数据到数据库，同时自动保存GPS原始数据到本地磁盘；支持有线、无线多种通讯方式等功能；提供接口源代码，支持用户二次开发。GPSensor软件界面图7.2.1.5GPSensor基线处理过程参数设置GPS基线由两台接收机的同步观测数据形成。GPSensor软件集实时动态处理、准动态处理算法等以及不同的滤波、不同的电离层改正模型等，所以需要根据监测项目的实际需要设置具体数据处理方式、改正模型等，甚至包括卫星高度角、PDOP值的限值。基线处理设置多基站功能基准站在整个系统中提供基准坐标和用于相对定位解算的载波相位观测值等信息。通过将基准站数据同各个监测站数据的差分处理，解算出各监测点的精确三维坐标。一般情况下实时处理一个基准站就可以得出监测站精确点位，但为了提高监测系统解算精度、保证系统的稳定性，我们习惯采用双基站或多基站的方案。实验证明在精度上有显著的提高，具体原因是多基站形成了更多的多余观测，不同基线对同一个点的解算结果相互检核，采用最小二乘法进行加权平均，同时进行实时独立基线网平差。另外、多个基准站可覆盖整个监测区域，计算出更符合本监测区的电离层改正模型。系统采用单频/双频混合解算方式在GPS定位中，经常采用调制在L1、L2上的一种或多种信号计算待定点之间的基线向量，确定待定点点位坐标。系统采用单频L1或单频/双频L1、L2混合解算方式。信号类型L1L2载波相位观测值√√C/A码伪距√－P码伪距√√多普勒频移√√GPS两种载波的主要信号系统除了使用上面的观测值进行数据处理以外，还使用由上面的观测值通过某些组合而形成的一些特殊观测值，如宽巷观测值（Wide-Lane）、窄巷观测值（Narrow-Lane）、消除电离层延迟的观测值（Ion-Free）来进行数据处理。基线处理步骤1）基线解算参数控制通过控制参数的设定可以实现基线的优化处理。控制参数主要包括数据采样间隔、截止角、参考卫星及其电离层和解算模型的设置等。2）基线解算自检软件在基线解算之前，先对基线解算控制参数的设置、观测数据及星历文件、起算坐标等等。3）读入星历数据提取原始数据的星历数据部分，也可以从相关网站下载精密星历，提高解算精度。4）读入观测数据读取原始数据的观测值数据，包括起始站和终点站的观测数据、单点定位坐标、观测时刻、C/A码伪距、P码伪距、载波相位。5）三差解算将双差观测值在历元间进行相减，组合成三差观测值，建立观测方程，进行解算，得到三差解，但对于短边，三差解的精度往往不高，通常三差解的目的在于得到比较近似的基线边，便于进行周跳修复。6）周跳修复基线解算的关键在于找到正确的整周模糊度，能够求解整周模糊度的前提是接收机对载波相位的连续跟踪，但是接收机不可能总是连续跟踪载波相位，遮挡、干扰等都会造成对载波相位的跟踪中断，从而使历元之间的载波相位观测值出现所谓的周跳，如何探测并修复周跳，往往是基线处理软件需要解决的主要问题。7）进行双差浮点解算若共观测到N颗卫星的信号，则双差观测方程组将比三差观测方程组增加N-1个未知数，双差解得到更进一步的未知点坐标和以浮点数表示的整周模糊度。理论上，整周模糊度应为整数，但由于其在解算时吸收了观测噪声以及其它未模型化的误差，因此通常只能得到一个浮点数。该浮点数往往与实际的整数有一定的偏差，有时偏差甚至达到几周。8）整周模糊度分解一般说来，在足够长的同步观测时间和得到足够多的观测数据的情况下，仅靠取整也可以得到正确的整周模糊度，但采用快速求解整周模糊度（FARA，FastAmbiguityResolutionApproach）方法和LAMBDA方法，可以大大地缩短观测时间，提高工作效率。9）进行双差固定解算在整周模糊度得到正确的固定后，进行双差固定解算，双差固定解的精度最高。但若整周模糊度不正确，双差固定解的精度当然也不正确。单基线解算的主要步骤7.2.1.6GPS实时独立基线网平差对于本监测系统网平差的方法是独立基线网平差（如下图），即对同一个监测点进行平差时仅采用和参考站有关的基线，这样设计的好处是不会把其它监测点的移动平差到另外的监测上。独立基线网平差示意图注：上图三角图表为参考站，其它为监测站，监测站粉色圈为误差椭圆，代表解算结果误差的大小。7.2.1.7质量检验质量检验是数据处理最后一个环节，也是非常重要的一个环境，它的具体功能是通过数理统计的一些方法判断解算结果的精度及是否有粗差，如果有系统则会自动剔除。7.2.1.8辅助监测数据处理数据导入根据监测手段和方式不同，用户可以通过系统的接口程序实现系统和观测电子手簿直接相连，自动导入或手工导入，比如内部位移监测结果输入等。粗差检验依据相关规范规程应用相应检验粗差的方法对其进行检验，若有粗差则给出提示警告和可能原因，以便查找原因返工重测，若没有粗差则提示检验通过，可进行下一步数据保存。7.2.1.9数据传输数据传输部分主要包括原始监测数据与处理模块的数据接口、原始数据和解算数据存储到数据库以及数据处理与数据分析之间的数据接口。为了直观表达监测区域的变化趋势及变化规律，在数据分析时需要对GPS处理结果坐标进行转换，所以在数据保存在数据库前需要对监测结果进行坐标转换。7.2.1.10数据存储包括对原始数据与解算结果的保存，对数据库相关数据进行查询、添加录入、修改和删除。数据存储采用自动化或手动录入添加的方式进行存储。根据实际需要对测点属性数据和监测单位所提供的直接成果数据进行录入添加。数据查询根据不同监测项目特点，采用不同的查询方式对测点的属性信息和监测成果进行条件查询和遍历查询，并可根据需要将查询结果以不同的方式输出。数据修改考虑到操作的规范性，系统只允许对监测点属性进行修改。通过查询所要修改的监测点，对其属性信息进行修改，同时可以动态显示数据库中的监测点属性信息，方便用户及时看到修改结果。数据删除与数据修改功能相似，通过对数据信息查询后再进行删除，删除前须经确认，然后才能操作，确保准确无误。注：数据修改和数据删除只有管理员权限的人员才可以操作。7.2.1.11数据坐标转换原始数据处理模块的结果在传入数据库模块前，需要进行坐标转换，GPS采集的数据是WGS84经纬度坐标，经过投影转换后也只能是以真北为北方向的平面坐标，但是我们对监测点的布设是划分几个断面的，具体的监测结果需要以断面的走向为北方向的坐标，所以需要通过坐标轴的旋转才能符合要求，如下图：坐标转换设置7.2.2基于B/S与C/S架构用户显示软件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。本两套软件都能实现对监测数据的分析，最终实现监测解算数据以图形化的方式显示，具体流程时数据传输部分在存储数据到数据库的同时，也将解算结果传输给数据分析部分，以实现实时分析。也可以调用数据库的历史数据实现历史统计分析。分析的主要方式是将监测数据在点面的各方向以时间为横轴生成曲线。对各监测方向设置预警限值，当监测数据达到限值时便启动报警功能，并且根据不同条件设置不同的报警级别。为了提供给上级专家和领导直观的分析结果，将监测数据生成日常报表。报表可设置周期一天、一周或一月。7.2.2.1C/S架构滑坡客户端测软件软件主要内容包括：客户显示测区信息、数据详表、变化趋势分析、速度过程线、加速度过程线、断面分析模块等。图软件功能图1.测区信息显示显示测区现场的图片等信息。下面是某工程的地形图，图上显示各监测测点位置信息。图点位位置分布图2.数据详表以表格的形式显示侧区的详细数值。数据详表注:此功能可根据需要任意导出所需要的监测数据。3.单点变化过程线数据分析最要是通过GPS监测值的表面位移分析，以及辅助监测手段的深度位移分析。数据分析可以分为实时分析和历史分析，单点分析和面状分析。表面位移分析可以分为X、Y、Z三个方向，随着时间的延续，各个方向向量值可以生成与时间相关的线性函数。如图**：纵轴表示监测值，横轴表示时间，可以给监测值设置预警限值，并且按照报警级别可以设置不同的限值。实时表形曲线为了得到变形在历史某段时间的变形趋势，还可以通过调用数据库的