大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)支持高精度、中長基線解算、多系統(tǒng)聯(lián)合解算、 GNSS各頻率組合自動搜索解算，建立起大壩位移變化數(shù)據(jù)庫，可為 分析大壩的變形趨勢提供客觀、精準的數(shù)據(jù)依據(jù)，為人民的生命、財產(chǎn)安全 保駕護航。

中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中國自行研制的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。是繼美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GLONASS）之后第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

作為一種空間數(shù)據(jù)獲取方法，衛(wèi)星定位是現(xiàn)代測繪學科的代表技術之一。以GPS為代表的GNSS測量技術出現(xiàn)后，隨即在變形監(jiān)測領域得到了嘗試和應用。

隨著GNSS自動化形變監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，以及GNSS系統(tǒng)精度進一步提高。GNSS系統(tǒng)開始逐步從平面監(jiān)測向高程監(jiān)測方向發(fā)展。同時，北斗作為我國自主研發(fā)、自主建設、獨立運營的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，在變形監(jiān)測領域也發(fā)揮了重要作用。

橋梁、大壩、滑坡等工程災害雖然不像地震、洪水、海嘯那樣一發(fā)生就造成巨大人員傷亡和財產(chǎn)損失，但地震、洪水、海嘯一般都是十幾年，乃至幾十年一遇，而工程災害發(fā)生非常頻繁，幾乎每周一遇。從這個意義上講，工程災害的危害比地震災害、洪水、海嘯災害等有過之而無不及。近年來，國內外水庫大壩潰壩現(xiàn)象時有發(fā)生，水庫大壩的安全尤為重要，及時對大壩的變形進行監(jiān)測，如果壩體變形超過舍得安全允許時，及時報警，在大壩安全性保障方面顯得十分重要。尤其在汛期和抵抗大的洪水的時候，將起到直接決定泄洪與否的決定性作用。因此為了準確預報工程災害，到達減災防災的目的，必須對有可能帶來災害工程進行監(jiān)測和預警。一般的方法是利用外觀資料和引起外觀位移的因變量等各種資料，進行綜合分析，及時掌握其運營狀態(tài)及變化趨勢，在災害未發(fā)生之前進行預警并采取相應的對策，從而保證建筑物的運行安全和保障人民的財產(chǎn)不受損失。

災害監(jiān)測的危害性和實時性，決定了需要一套在辦公室就能自動獲取各種變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，并實時對數(shù)據(jù)進行分析和預測預報的系統(tǒng)。那么這樣的系統(tǒng)對儀器或監(jiān)測技術提出更高要求，主要概括下面三點：自動化程度高，在天氣惡劣條件下也能監(jiān)測；實時獲取變形，盡量在數(shù)據(jù)觀測完后，就能夠得到變形量；價格適宜，如果太高，不便于推廣應用。

基于上述需求，同時，北斗變形監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)在成本、精度和實時性等方面遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的變形監(jiān)測方法。因此，理論上基于北斗的水庫表面變形北斗監(jiān)測系統(tǒng)可完全滿足需求。本系統(tǒng)采用我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）和美國全球定位系統(tǒng)（GPS）雙系統(tǒng)聯(lián)合解算， 具有定位速度快、全天候、自動化、測站之間無需通視、可同時測定點的三位坐標及精度高等特點。通過精密解算獲得的水平位移和垂直位移量可達到毫米級乃至亞毫米級的精度， 可對水庫大壩較大變形進行預警， 為大壩的穩(wěn)定性、安全性和防洪決策提供了科學依據(jù)。

設計原則

本系統(tǒng)應用北斗、GPS 實時監(jiān)測技術對大壩變形進行監(jiān)測并作精密解算，從而使水平位移和垂直位移量達到毫米級乃至亞毫米級精度。系統(tǒng)整體設計、關鍵部件研發(fā)、軟件設計和系統(tǒng)整體測試方案均以此目標為核心，并綜合考量系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性、易用性以及環(huán)境適應性。軟件設計可充分滿足實時數(shù)據(jù)處理要求，并達到標稱精度。

                                                             圖2.1 總體設計

本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理與分析3大部分組成。數(shù)據(jù)采集為自主研發(fā)的北斗、GPS多模多頻GNSS高精度監(jiān)測型接收機（Mos-L300），數(shù)據(jù)傳輸采用無線通訊方式，數(shù)據(jù)處理與分析為自主研發(fā)的高精度實時變形監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測軟件（QGMOSV1.0）

監(jiān)測軟件可提供實時解以及準實時解等多種解算模式，每個監(jiān)測點可同時輸出實時解和3 hour、24 hour等準實時解，滿足數(shù)據(jù)分析中對探測精度和穩(wěn)定性等指標的要求。

1. 系統(tǒng)遵循科學可靠、結構合理、功能完善、經(jīng)濟適用的原則；

2. 緊密結合GNSS系統(tǒng)有關國家規(guī)范以及各行業(yè)規(guī)范，實現(xiàn)理論研究與工程實踐的統(tǒng)一；

3. 采用目前國際上GNSS算法研究方面較先進的理論成果，提高數(shù)據(jù)處理方法的效率和精度，并保證監(jiān)測系統(tǒng)精度滿足應用需求；

4. 實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、分析、輸出、存儲、報警全過程的自動化，可實現(xiàn)長期無人值守連續(xù)自動運行監(jiān)測；

5. 系統(tǒng)通信網(wǎng)絡及接口符合工程設計總體規(guī)劃，便于擴展維護；系統(tǒng)功能豐富，可滿足不同領域用戶需求；

6. 人性化操作設計，保證軟件操作的便捷及穩(wěn)定。

水庫表面變形北斗監(jiān)測系統(tǒng)控制點包括兩類：基準站和監(jiān)測站。一般根據(jù)現(xiàn)有資料以及以往的建設經(jīng)驗進行布點設計。觀測測站對于接收衛(wèi)星信號的能力與測站周圍的觀測環(huán)境有較大關系，監(jiān)測精度與觀測時長息息相關。所以，在點位選擇過程中，應綜合考慮觀測環(huán)境等因素，選擇合適的環(huán)境與相應的設備。

圖4.1 基準站

                                                                圖4.2 監(jiān)測站

數(shù)據(jù)的采集

理論上大壩在短期的時間內的水平方向和垂直方向位移量為0，采用這種方法來測試北斗監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用北斗變形監(jiān)測系統(tǒng)某一監(jiān)測點的數(shù)據(jù)進行穩(wěn)定性分析，監(jiān)測的數(shù)據(jù)為自定義站心坐標系，設定一段時間觀測，主要分析內容為24小時解，3小時解，實時解。下面為采用實際項目監(jiān)測點的數(shù)據(jù)分析。

數(shù)據(jù)分析

使用監(jiān)測站前三天數(shù)據(jù)建立起始坐標基準點，第四天、第五天、第六天與前三天起始坐標進行比較，其24hour輸出的位移量觀測坐標水平變化小于1mm，垂直方向小于2mm。

分析結論

由采集數(shù)據(jù)分析得出結論為：以前三天數(shù)據(jù)為平均值做為監(jiān)測點起始坐標，將后三天的數(shù)據(jù)與之比較，水平方向坐標變化范圍為0.385mm，小于1mm，垂直方向坐標變化范圍值為-0.840mm，小于2mm，滿足設計要求，達到亞毫米級別。

結論

通過多個水庫項目表面變形北斗監(jiān)測系統(tǒng)試驗，以及對設備自身、安裝布設、電纜連接、系統(tǒng)采集等多方面進行考核，系統(tǒng)總體指標已達到國內外同等水平，系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性優(yōu)于國內同類水平。