水电水利工程全站仪自动化观测技术规程（DLT 3020-2026 ）

1水电水利工程全站仪自动化观测技术规程1范围本文件规定了水电水利工程全站仪自动化观测系统设计、安装与系统集成、运行维护的技术要求。本文件适用于水电水利工程表面变形自动观测。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T4208外壳防护等级（IP代码）GB/T16818中、短程光电测距规范GB/T17942国家三角测量规范GB/T22385大坝安全监测系统验收规范GB50057建筑物防雷设计规范GB50343建筑物电子信息系统防雷技术规范GB50348安全防范工程技术标准DL/T1558大坝安全监测系统运行维护规程DL/T2614电力行业网络安全等级保护基本要求DL/T5178混凝土坝安全监测技术规范DL/T5211大坝安全监测自动化技术规范DL/T5259土石坝安全监测技术规范DL/T5272大坝安全监测自动化系统实用化要求及验收规程DL/T5784混凝土坝安全监测系统施工技术规范DL/T5839土石坝安全监测系统施工技术规范3术语和定义、缩略语3.1术语和定义本文件没有需要界定的术语和定义。3.2缩略语下列缩略语适用于本文件。ATR：自动目标识别（automatictargetrecognition）2CGCS2000:2000国家大地坐标系（Chinageodeticcoordinatesystem2000）GNSS：全球导航卫星系统（globalnavigationsatellitesystem）TCP/IP：传输控制协议／因特网互联协议（transmissioncontrolprotocol/internetprotocol）UPS：不间断电源（uninterruptiblepowersupply）4总体要求4.1水电水利工程全站仪自动化观测系统宜纳入工程安全监测系统统一设计。增设全站仪自动化观测系统时，应专项设计。4.2全站仪自动化观测系统应实现对观测目标识别、照准、测量和数据传输、解算、存储等全过程自动化，并纳入监测信息管理系统统一管理。4.3全站仪应经具备资质的计量检定机构检定合格后投入使用。4.4全站仪自动化观测系统网络安全等级保护应符合DL/T2614的规定。5设计5.1一般规定5.1.1全站仪自动化观测系统应根据工程特点、监测点布置、通视、地质、地形及环境条件等，开展测站布置、气象元素观测仪器布置、辅助设施布设、观测方案、设备选型等设计工作。5.1.2全站仪自动化观测坐标系统应与工程已有坐标系统保持一致。5.1.3系统供电、通信宜考虑冗余设计。5.1.4系统宜在监测管理中心站内设置专用服务器，结合监测管理中心统一配置通信、供电电源及防雷等设施。5.2测站布置5.2.1测站包括观测墩、全站仪、采集控制单元、观测窗或启闭罩、辅助设施等。5.2.2测站宜布置在稳定部位，结合场地条件、通视要求、作业和设施安全等综合因素，选择采用观测房或一体化测站形式，参见附录A。观测墩结构应满足DL/T5178和DL/T5259要求。5.2.3测站全站仪与GNSS、垂线组合布设时，同一测站各观测墩应共用同一基础。5.2.4观测视线应保持良好通视，测线要求应符合GB/T16818的规定。5.2.5观测前应自动开启观测窗或启闭罩，观测结束后自动关闭。5.2.6测站内宜设置温度、湿度自动调节装置，非工作状态的温度宜保持在10℃～30℃范围内，湿度不宜超过60％。5.2.7测站全站仪、观测窗或启闭罩、安防设备等应具备远程和现场控制功能。5.2.8测站应配置供电、通信、防雷接地等设施设备，并根据现场情况配置围栏、摄像头等安防设施。5.2.9观测墩及基础部分应与观测房、检修平台等结构分离。35.2.10位于地震设防烈度为VII度及以上区域的测站全站仪宜设置自动安平装置。5.3系统辅助设施布设5.3.1系统辅助设施包括通信、供电、防雷保护、气象测点、棱镜、棱镜保护罩等。5.3.2通信应符合下列要求：a）通信协议宜采用TCP/IP；b）数据传输宜采用有线通信方式，也可采用无线传输方式；c）通信网络交换机应采用工业级交换机。5.3.3测站供电电源宜采用市电并配置不间断电源（UPS)，不间断电源（UPS）应保障测站正常观测不少于1测次。5.3.4防雷保护应符合下列要求：a）直击雷防护宜结合工程的防雷和接地系统进行布置。直击雷防护应设置避雷针，避雷针保护范围应包括测站所有设备。测站宜与工程接地网相连，无接地网可用时应单独设置接地装置，接地电阻不大于10Ω；b）感应雷防护应设置电源和通信的浪涌保护器，抗瞬态浪涌能力应达到防雷电感应500W~1500W、瞬态电位差小于1000V。5.3.5用于气象改正的气象元素包括气压、气温、相对湿度，布设及观测应符合下列要求：a）测站和监测区域应布置自动化气象元素观测仪器，测站的气象元素观测仪器不应设在具有温湿度调节的观测站房内，监测区域的气象元素观测仪器应能代表监测点区域气象环境，根据监测区域的高差和面积分层、分断面布置。b）气象元素观测应和全站仪观测同步。5.3.6用于全站仪工作条件设置的降水量、风速、风向等观测仪器应设置在测站的观测站房外。5.3.7棱镜应根据观测精度、观测方法选择，室外应设保护罩，宜设置棱镜调平装置。5.4观测方案5.4.1观测方案应根据测站、后视点及监测点布置，进行精度估算，确定各测站、监测点的观测方法，包括观测方向、观测边长、观测垂直角、测回数、限差及气象采集要求。5.4.2监测点应根据精度要求，合理选择边角交会法或极坐标法观测。5.4.3估算的监测点精度应符合DL/T5178、DL/T5259的规定，特殊情况下的观测精度要求，可根据实际情况确定。5.4.4全站仪自动化观测应选择气象条件相对稳定的时段，观测时段要求应符合GB/T17942、GB/T16818的规定。5.4.5后视点宜选择变形监测控制网中的工作基点或基准点，选定一个作为固定后视点，其余作为校核后视点。当无合适工作基点或基准点选择时，需新增后视点。5.4.6对测站和后视点应提出稳定性校核方法和要求，水平稳定性校核可采用组网自校、边角控制网、垂线、GNSS变形监测控制网等方式，垂直稳定性校核可采用双金属标、几何水准、同时对向4三角高程法等方式。5.4.7观测方案应提出边长改正、偏心改正、平差等解算要求。5.5设备选型5.5.1全站仪应具有自动目标识别、自动照准、自动测量、数据采集与处理、远程控制等功能。5.5.2全站仪应根据监测对象及精度要求等确定，其技术指标应符合下列规定：a)ATR测角精度不宜低于1"；b)ATR测距精度不宜低于±(1+1.5D×10-6)mm（Dc）配套单棱镜标准模式下自动识别距离测程不宜低于1000m；d）数据储存支持内置存储、外接存储器功能，可支持数据上传及下载；e）具有断电数据自动保存功能，应支持电池和外部电源供电；f）支持RS232、RS485、无线等多种通信传输接口，应开放端口和通信协议；g）设备正常工作温度范围应满足-20℃～50℃，整机防护等级不应低于GB/T4208规定的IP65等级。5.5.3棱镜宜选用圆棱镜，多方向观测时可选用同轴组合圆棱镜，测距边长小于800m时可选用360°棱镜。圆棱镜光束角偏差不应大于3”，中心定位精度优于1mm;360棱镜光束角偏差不应大于5''中心定位精度优于1mm5.5.4棱镜保护罩开孔不小于棱镜直径，方向可调节，表面涂层宜采用低反光系数材料。5.5.5用于气象改正的气象元素观测仪器标称参数不应低于表1中的要求。表1气象元素改正观测仪器标称参数要求监测参数测量范围分辨率精度温度-40℃~60℃≤0.±0.2℃湿度0RH~100%RH≤0.1±5%RH气压300hPa~1100hPa≤0.1hPa±0.5hPa5.6采集控制5.6.1监测管理中心站应能与全站仪双向通信、控制多台全站仪独立或协同作业、远程重启全站仪并监控全站仪、观测窗、入侵等状态。5.6.2观测方案应预先配置，包括测站、观测目标、零方向、观测要素、测回数、限差、观测时段、频次等。5.6.3观测和计算所需的相关数值和变更时间应记录、保存、管理，包括测站和后视点的坐标及高程、测站仪器高、仪器加乘常数、监测点的高程和概略坐标、棱镜高、棱镜类型、棱镜常数以及折光系数、投影高程等。5.6.4采集时以及解算后，应根据观测限差及精度要求判断各项限差超限情况，及时重测。5.6.5观测应采用正倒镜双照准法。5.6.6观测窗或启闭罩应提前开启，室内外环境基本一致后开始观测。55.6.7在降雨、风沙、雾霾等不利气象条件下，不宜观测。5.6.8特殊工况和地震等应急工况条件下应自动触发加密、应急观测。5.6.9采集和计算的所有数据以及观测、计算日志应保存和管理。5.7数据解算5.7.1系统自动化运行后解算所用的测站和后视点历次起算坐标和高程应记录。5.7.2边长改正应采用后处理方式，全站仪中不应设置改正数，用于解算成果的观测边长应经过下列改正：a）常数改正：采用仪器检定后经确认可信的加乘常数；b）气象改正：采用测站和监测点附近的气象观测数据或气象模型的拟合值；c）高差改正：采用垂直角改平时，应评估对边长改平精度的影响；视线高差大且监测点垂直位移小于垂直角误差影响时，宜采用定期观测后更新的高差改平；d）投影改正：采用变形监测控制网的投影面高程。5.7.3用垂直角计算高差时，应进行地球曲率与大气折光改正，记录改正用的大气折光系数K值。5.7.4当测站全站仪和棱镜不同轴时，应精确测量方向、边长偏心值，并对方向和边长观测值进行偏心改正。5.7.5非组网时，应比较后视点间角度、边长、高差的观测值和计算值，根据较差评价测站和后视点的稳定性。5.7.6有多余观测值时，应计算闭合差及其限差，闭合差超限的应重测观测值，重测后仍超限的应分析原因。边角交会闭合差和限差计算见附录B。5.7.7平面坐标和高程宜分开解算。极坐标和两边交会应直接解算成果。有多余观测值时，监测点坐标和高程宜采用严密平差方法解算。边角交会可参照附录B将两个测站的极坐标成果按加权平均解算。5.7.8多个测站组网平差时，应采用确认稳定的基准点作为平差的固定起算点，可按设计要求动态更新测站和后视点坐标并用于监测点成果计算。5.7.9测站、后视点布置有垂线的，应同步观测垂线测值，实时修正坐标并用于组网平差和监测点成果计算。5.7.10当测站、后视点布置GNSS设备时，应建立CGCS2000坐标系和工程坐标系的四参数或七参数转换关系，将GNSS成果转换为工程坐标。6安装与系统集成6.1一般规定6.1.1安装调试与集成内容应包括全站仪、棱镜、气象元素观测设施、供电、通信、防雷接地及测站其他相关设备，监测管理中心站设备和采集解算软件。6.1.2设备安装前，应按设计方案和现场情况，编制实施方案。66.1.3安装调试完成后，应开展系统联合调试和系统功能、性能测试。6.1.4安装调试与系统集成完成后，应编制调试报告。6.2安装6.2.1测站及观测墩、观测窗或启闭罩应按设计文件施工及安装，并符合DL/T5178、DL/T5259的规定。测站及观测墩浇筑前应文字和影像记录基础开挖面貌及地质情况。6.2.2全站仪安装使用前应完成现场参数校准，校准参数应包括气泡补偿器、竖盘指标差、横轴倾斜、视准轴差和ATR校准等。6.2.3检查确认全站仪中边长改正数设置为零。6.2.4圆棱镜安装时镜面宜正对全站仪。6.2.5用于气象改正的气象元素观测仪器应设置在气象标准百叶箱内。气象传感器应高于地面1.5m，测站的气象传感器与全站仪的高差宜小于1m，水平距离应小于5m。6.2.6供电、通信等布设和防护应符合DL/T5784、DL/T5839的规定。6.2.7防雷装置安装应符合GB50057、GB50343的规定。6.2.8安防设施安装应符合GB50348的规定。6.2.9监测管理中心站布置专用服务器及相关通信等设备。6.3系统集成6.3.1监测管理中心站专用服务器安装全站仪自动采集控制、解算、数据库管理等软件。6.3.2分配和记录设备IP地址，设置通信参数，测试设备之间、设备与专用服务器之间网络通信。6.3.3集成全站仪采集控制、气象元素采集、观测窗控制、启闭罩控制、温湿度调节、视频监控等功能；测站布置垂线或GNSS等其他变形监测设施时，应集成相关数据。6.3.4运行前应配置观测、解算方案，录入必要的参数。6.3.5系统集成后，应完成下列调试、测试工作：a）测试全站仪、气象元素观测仪器、观测窗、启闭罩、辅助设施等的远程控制、数据采集及状态监控等功能；b）按设定观测方案进行全站仪测试；c）按照设定观测方案、观测频次、观测时间协同运行全站仪、气象元素观测仪器、观测窗、启闭罩、辅助设施等；模拟不利气象条件下进行系统启、停测试；d）模拟应急工况下的应急监测触发；e）检查解算的及时性和成果的正确性；f）进行连续3天以上正常观测，确认系统集成完成。7运行维护7.1运行维护应符合DL/T5211、DL/T1558的规定。7.2试运行期不应少于1年，系统考核期宜为试运行期的最后半年。77.3系统验收参照GB/T22385、DL/T5211、DL/T5272的规定执行。7.4系统考核指标应包括年正常工作时间、数据缺失率、测值稳定性、观测精度合格率等指标，考核指标宜在系统中实时计算备查，计算方法见附录C～附录F。7.5系统宜每天自检设备状态、采集数据的完整性、解算成果的合格性，记录检查日志，发现问题提醒运维人员及时处置。7.6运行过程中发现全站仪仪器异常应及时送检。7.7每月应现场检查测站、气象、通信、电源、防雷、安全防护等设备设施以及通视情况等，发现缺陷应及时维护，记录现场检查情况。7.8测站每月应完成下列主要维护工作：a）整平全站仪、清洁仪器、复核仪器高；b）清洁测站并保养观测窗、启闭罩等相关设施；c）整平棱镜、清洁棱镜、确认朝向、复核棱镜高；d）清理可能影响通视的植被与障碍物；e）清洁气象元素观测仪器设备及周围环境。7.9监测点应定期进行维护检查。8附录A3-棱镜（可根据实际情况布设）；3-棱镜（可根据实际情况布设）；4-安防监控摄像头（可根据实际情况布设）；5-全站仪；6-自动安平基座（可根据实际情况布设）；7-启闭罩；8-采集控制单元；9-温度、湿度自动调节装置（可根据实际情况布设）；10-检修平台；11-基础观测墩；12-避雷针；13-接地设施。图A.1一体化测站示意图9标引序号说明：1-GNSS（可根据实际情况布设）；2--GNSS观测墩（可根据实际情况布设）；3-气象元素观测仪器设备；4-温度、湿度自动调节装置（可根据实际情况布设）；5-观测窗；6-全站仪；7-自动安平基座（可根据实际情况布设）；8 全站仪观测墩；9-垂线（可根据实际情况布设）；10-采集控制单元；11-避雷针；12-接地设施；13-观测房基础；14-观测墩基础。图A.2观测房测站示意图10附录B（资料性）边角交会坐标和精度计算B.1极坐标计算x=xy=ymxmy式中：x、y-测点x和y坐标，单位为m；x0、y0-测站x和a-测站到测点的方位角；s-测站到测点的平距，单位为m；mαmsmx、my--测点xB.2边角交会坐标闭合差计算Δx=1000(Δy=1000(mΔmΔ式中：x1、y1-第一测站极坐标计算得到的测点x坐标和y坐标，单位为x2、y= 第二测站极坐标计算得到的测点x坐标和y坐标，单位为△x、△y-两测站极坐标计算得到的测点x坐标和y坐标差值，即坐标闭合差，单位为mm；mx1my1 第一测站极坐标计算得到的测点x坐标和ymx2my2 第二测站极坐标计算得到的测点x坐标和ymΔx、mΔ采用Δx≤kmΔx和Δy≤kmΔy作为坐标闭合差合格的判定依据，kkmΔxB.3坐标加权平均11px1=py1=px2=py2=x=py=p式中：mx1、my1--第一测站极坐标计算得到的测点xmx2my2—第二测站极坐标计算得到的测点x坐标和ypx1、px2、x、j-测点x坐标和y坐标的加权平均值，单位为m。B.4边长闭合差s02Δs=1000(s (B.4.3)式中：a、b-两测站到测点的平距，单位为m；a、β--两测站到测点和两测站连线的夹角；so-用实测边长和角度计算得到的两测站间的平距，单位为m；S0-—用两测站坐标计算得到的平距，单位为△s-边长闭合差，单位为mm；mΔs—Δs的估算精度，单位为mα、mb-边长a和b的理论精度，单位为mα采用Δs≤kmΔs作为边长闭合差合格的辅助判定依据，kmΔs12附录C（规范性）年正常工作时间C.1采用系统记录的全站仪、观测窗或启闭罩、测站气象测点的状态计算每个测站年正常工作时间（NWHk）和系统平均年正常工作时间（NWH)，以此考核系统可靠性。C.2每天间隔12小时两次保存全站仪、观测窗或启闭罩、测站气象测点的状态监控记录，考核期内每天记录时间保持一致。C.3全站仪、观测窗或启闭罩、测站气象测点的状态分别记为Ak、Bk、Ck,，状态正常时值为C.4在一个考核期内，每个测站年正常工作时间（NWHk）和系统平均年正常工作时间（NWH）可按下式计算，且应大于6300h。NWHNWH=1式中：NWH——平均年正常工作时间，单位为h；NWHk--测站k年正常工作时间，单位为h；t-考核期天数，单位为d；Aki1、BkiAki2、Bki13附录D（规范性）数据缺失率D.1数据缺失率（FR）是指在考核期内未取得或未按观测方案取得观