摘要：本篇文章重点介绍了基于GNSS定位技术的滑坡体自动化监测系统在天花板水电站田坝村堆积体监测项目中的成功应用，实现了全天候自动化监测，有效满足了项目要求并保障了项目的安全实施。
关键词：水电安全监测；GNSS；应用
1引言
云南昭通某水电站总装机容量180MW，总库容7871万m3。田坝村堆积体位于该水电站库区左岸，距大坝1.0～2.3km范围内。2010年12月电站正式蓄水后，田坝村堆积体局地出现大小不等裂缝、岸坡拉裂及村民住房墙体开裂现象。
2011年7月至2013年年底，通过常规监测方式监测，该堆积体局部最大平面合位移达到3889mm，最大垂直位移达到2958mm，堆积体内部分房屋裂缝规模已较大，对堆积体范围内居民人身安全已构成威胁，为确保当地居民及监测人员安全，确切掌握堆积体稳定性态，并在失稳后有可能对电站大坝的影响进行掌握，需对田坝村堆积体建立监测系统。
2田坝村安全监测系统的构建
根据天花板水电站上游田坝村堆积体安全监测的需要，采用GNSS自动化监测为最合理方案。首先采用GNSS采集数据，可以实现全天候观测，GNSS同时具有高精度、高效率特点，GNSS系统具有向用户提供实时分米到厘米级、事后厘米级到毫米级的绝对空间位置信息的能力；其次采用无线传输，由于各监测点供电及数据传输均可独立进行，可以避免如崩塌、滑坡等恶劣状况出现线路中断从而监测停止的问题。最后采用远程解算及监控，可以避免监测人员频繁到达监测点位进行工作，提高安全性。
田坝村堆积体所处区域地势陡峭险要，交通不便，特别在恶劣情况出现时，如地震、滑坡、暴雨、泥石流等，人员无法到达监测现场，常规仪器设备受条件约束也无法开展工作，也就是说在堆积体最需要监测数据时而数据却无法采集，采用GNSS监测系统，在数据采集的可靠性及人员安全性方面有更好的保障。
2.1GNSS监测系统框架
田坝村堆积体无线远程GNSS监测系统总体由监测终端、数据传输通讯、数据处理系统和预警发布几大系统构成。
2.2点位布置
根据堆积体初步勘察研究报告，在重点区域、关键点位加强表面变形监测工作，因此选择了5处重点需关注的监测部位设置监测点位，编号G1～G5。同时为解决监测基准问题，结合地质分析资料及在堆积体对岸稳定位置设立2座监测基准站(G6、G7)。
2.3设备终端
监测终端系统包括监测站、基准站的终端，由供电、数据采集、数据收发设备组成；卫星导航系统采用目前应用最广且最为成熟的GPS系统，通过连续GPS卫星信号的接收，同步解算测定变形监测点相对基准站之间的相对变化，两座基准站之间则通过相对空间位置关系相互校核稳定性，为堆积体的综合评价提供可靠的表面位移变化数据。
GPS终端接收机采用国内中海达VNet5型单星双频卫星接收主机，该产品系统稳定性强，体积小、功耗低、发热量少，适合长期连续工作需要，支持1秒单历元解算，静态/快速静态测量标称精度：水平±2.5mm+0.5ppm；垂直±5mm+1ppm。
2.4数据传输通讯系统
GPS自动化监测系统数据传输存在和设备供电同样问题，采用有线传输需将数据传输线路连接至大坝下游3km处厂房设备机房，经济性差且线路长不利于维护。监测区域均有中国移动通讯公司GPRS信号覆盖，接收机内置有GPRS无线传输模块，通过插入具有GPRS服务功能的手机SIM卡即可将数据发送至服务器端。服务器接收地址有固定IP或固定域名(特别适用于非固定IP服务器)两种形式，天花板项目采用固定IP网络，监测服务器设置在北京。
2.5数据处理
天花板电站堆积体监测服务器端使用Vnet系列软件接收解算监测点发送的数据，服务器接收到的监测数据通过GNSS Monitor解算软件进行实时解算，接收及解算的监测点三维坐标数据均存入SQL Server数据库系统。
2.6预警发布
服务器端Hi-Target Safeguard Web管理程序连接到监测数据库，并生成监测现场平面示意图、监测站坐标实时位移/速率变化趋势图、监测站坐标历史位移/速率变化趋势图、监测站形变统计WORD报表等直观图表。系统管理员用户通过权限设置用户及密码提供给访问用户，设置访问权限，利用程序报警功能设置报警阀值，通过短信、邮件等形式即时告知监测人员及业主项目相关负责人等。天花电站田坝村堆积体根据边坡稳定性和灾害性分析综合成果，将灾害应急预案划分为三级。客户端访问用户可以在任何地方通过普通网页浏览器通过用户名密码登录到HTGS网络发布界面，浏览工程信息，了解工程介绍；查看工程监测系统综合状况及图表；查看各部位监测点位实时运行曲线、历史曲线、变化趋势、卫星星空图等，通过报表工具下载数据、导出变形曲线图表
3监测效果
3.1表面变形测点监测数据成果表
天花板电站田坝村堆积体GPS自动化监测系统于2014年5月底建成并正式开始持续观测，至2015年12月31日，布置于天花板水电站田坝村堆积体区域内的GPS表面实时测点和校核点监测到的累计变形值见表1。校核基准点累计变形值较小，说明基准点均较稳定，监测资料准确可靠。
表1 累计变形值
3.2变形点监测数据变化曲线
从持续约1年半的监测成果看，天花板GPS自动化监测系统首先做到了无人值守情况下的自动监测，并在变化值达到预先设置的预警阀值时进行实时监测情况汇报，监测人员可以远程操作，降低作业风险；业主及项目相关人员可以在线了解监测状况。
图1 G1号点变形曲线图
在2014年8月3日16时30分，鲁甸发生6.5级地震，并在距田坝村监测区域河道上游约15km左右形成了堰塞湖，对下游天花板电站及居民形成了较大威胁，受地震影响电站停机，相关人员撤离，田坝村监测区域两岸交通由于多处崩塌中段，通常情况下该区域监测工作是无法开展的，田坝村无线远程GNSS自动化监测系统在当日地震前后运行正常，由于通讯网络原因仅在震后出现过为时不超过2h的中段，监测到地震发生时堆积体的即时变形情况，并在灾后救援期间持续提供堆积体的变化数据，通过网络随时远程访问堆积体变形数据，这些监测数据为堆积体安全状况的综合分析评价、紧急方案的制定起到了至关重要的作用。图1为根据2014年8月3日鲁甸地震当日每小时监测数据绘制的G1号点变形曲线图。
3.3 GPS表面变形监测小结
通过在天花板电站田坝村堆积体变形监测中的应用，特别经过地震的实际检验，无线远程GNSS自动化监测系统优势明显，在恶劣条件环境下解决了监测难题。在地质灾害监测，高危环境作业更有常规监测无法替代的优势。同时监测精度也具有较高保证。根据仪器设备标称精度，平面位移在本项目可以达到 ±2.5 mm + 0.5ppm ；垂直±5 mm + 1 ppm。因此根据本项目的范围大小及卫星接收状况估算，平面位移为 ±4 mm，垂直位移 ±8 mm。本项目无更高精度监测方式对监测结果进行检验，因此我们根据长时间大量的观测数据进行精度统计。校核基准点 G6 在整个监测期间，平面位移量小于 12 mm，高程位移量小于 30 mm，点位较为稳定，G6 在期间的任一天均可以认为是不动的。抽取 G6 点其中一天每小时的观测成果进行精度统计，可以认为当天的数据的变化均是由于观测误差引起的。
结语
综上所述，随着具有自主知识产权的北斗全球卫星导航系统的建设，基于我国自主卫星导航系统的监测终端及其应用的技术日益完善，将打破欧美卫星导航技术上的长期被垄断态势。卫星覆盖将得到进一步加强，双星甚至是三星终端系统的发展能进一步提高定位精度；通过建设区域性或全国性连续运行参考站(CORS)，构成统一的连续静态高精度的空间数据参考框架，无需建设局部的GNSS控制网，直接在全球统一空间基准框架下(如ITRF2005)，利用GNSS终端(如北斗)动态定位技术进行电站各部位表面形变动态监测，大大降低单点成本，并解决局部监测基准问题，实现精度较高(可达mm级)、应用快捷的崭新形式自动远程监测模式。
通过本项目实践，无人值守远程网络安全监测较好地解决了人工现场监测安全性低、数据滞后等弊端，特别在监测现场出现突发状况人工监测无法开展时，远程网络监测具有先天的优势和作用，随着网络化、实时性要求的提出，必将成为未来安全监测的主要手段。
参考文献
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[3]赵彩霞.数传电台无线远程控制方案研究[J].工业控制计算机，2013（07）.
作者简介
方瑞华（1983—）男，湖北黄冈，本科，工程师，从事主要工作：自2005年以来长期从事工程安全监测设计、施工、项目管理与经营等工作。
黄金瑞（1989—）男，四川凉山会东县，专科，工程师，从事主要工作：自2011年以来主要从事建筑工程施工与项目管理，水利水电工程安全监测项目管理与资料分析等工作。
论文作者:方瑞华1,黄金瑞2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/10
标签：三星论文; 数据论文; 位移论文; 监测系统论文; 终端论文; 天花板论文; 电站论文; 《电力设备》2019年第3期论文;