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(zhǔn)的數(shù)據(jù)依據(jù)，為人民的生命、財產(chǎn)安全 保駕護(hù)航。

中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）之后第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)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(xué)科的代表技術(shù)之一。以GPS為代表的GNSS測量技術(shù)出現(xiàn)后，隨即在變形監(jiān)測領(lǐng)域得到了嘗試和應(yīng)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(jìn)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(shè)、獨立運營的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在變形監(jiān)測領(lǐng)域也發(fā)揮了重要作用。

橋梁、大壩、滑坡等工程災(zāi)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(zāi)害發(fā)生非常頻繁，幾乎每周一遇。從這個意義上講，工程災(zāi)害的危害比地震災(zāi)害、洪水、海嘯災(zāi)害等有過之而無不及。近年來，國內(nèi)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(jìn)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(zhǔn)確預(yù)報工程災(zāi)害，到達(dá)減災(zāi)防災(zāi)的目的，必須對有可能帶來災(zāi)害工程進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)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(jìn)行綜合分析，及時掌握其運營狀態(tài)及變化趨勢，在災(zāi)害未發(fā)生之前進(jìn)行預(yù)警并采取相應(yīng)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(zāi)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(jìn)行分析和預(yù)測預(yù)報的系統(tǒng)。那么這樣的系統(tǒng)對儀器或監(jiān)測技術(shù)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(yīng)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(dǎo)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(biāo)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(dá)到毫米級乃至亞毫米級的精度， 可對水庫大壩較大變形進(jìn)行預(yù)警， 為大壩的穩(wěn)定性、安全性和防洪決策提供了科學(xué)依據(jù)。

設(shè)計原則

本系統(tǒng)應(yīng)用北斗、GPS 實時監(jiān)測技術(shù)對大壩變形進(jìn)行監(jiān)測并作精密解算，從而使水平位移和垂直位移量達(dá)到毫米級乃至亞毫米級精度。系統(tǒng)整體設(shè)計、關(guān)鍵部件研發(fā)、軟件設(shè)計和系統(tǒng)整體測試方案均以此目標(biāo)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(yīng)性。軟件設(shè)計可充分滿足實時數(shù)據(jù)處理要求，并達(dá)到標(biāo)稱精度。

                                                             圖2.1 總體設(shè)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(zhǔn)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(zhǔn)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(biāo)的要求。

1. 系統(tǒng)遵循科學(xué)可靠、結(jié)構(gòu)合理、功能完善、經(jīng)濟(jì)適用的原則；

2. 緊密結(jié)合GNSS系統(tǒng)有關(guān)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(jìn)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(yīng)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(luò)及接口符合工程設(shè)計總體規(guī)劃，便于擴(kuò)展維護(hù)；系統(tǒng)功能豐富，可滿足不同領(lǐng)域用戶需求；

6. 人性化操作設(shè)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(zhǔn)站和監(jiān)測站。一般根據(jù)現(xiàn)有資料以及以往的建設(shè)經(jīng)驗進(jìn)行布點設(shè)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(guān)系，監(jiān)測精度與觀測時長息息相關(guān)。所以，在點位選擇過程中，應(yīng)綜合考慮觀測環(huán)境等因素，選擇合適的環(huán)境與相應(yīng)的設(shè)備。

圖4.1 基準(zhǔn)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(nèi)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(jìn)行穩(wěn)定性分析，監(jiān)測的數(shù)據(jù)為自定義站心坐標(biāo)系，設(shè)定一段時間觀測，主要分析內(nèi)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(biāo)基準(zhǔn)點，第四天、第五天、第六天與前三天起始坐標(biāo)進(jìn)行比較，其24hour輸出的位移量觀測坐標(biāo)水平變化小于1mm，垂直方向小于2mm。

分析結(jié)論

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

結(jié)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(shè)備自身、安裝布設(shè)、電纜連接、系統(tǒng)采集等多方面進(jìn)行考核，系統(tǒng)總體指標(biāo)已達(dá)到國內(nèi)外同等水平，系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性優(yōu)于國內(nèi)同類水平。