堤防变形监测解决方案

北斗高精度静态差分定位技术,通过自建基准站或者地基增强系统获得已知精密定位坐标,计算出基准站到星的距离改正数,并由基准站实时将该数据发送出去,北斗监测点在进行观测的同时,也接收到基准站发出的数据,然后进行静态差分数据解算,得到监测点厘米级的定位结果,在监测时间段内对该定位结果的数据进行静态解算后,得到毫米级的定位精度。北斗Ⅲ高精度差分定位系统架构如图所示。

1.北斗监测站:

北斗监测站根据前期对监测区域的现场勘察,确定具体的监测区域,选取坝体上典型位置安装北斗监测站,监测站如图1所示,监测站可实时的监测对应区域的地质沉降、坍塌、滑移状况,并将监测数据通过4G回传至应用服务器端,后端根据回传数据进行可视化的呈现。监测站采用市电供电或者太阳能供电的方式。采用太阳能供电时,配备80Ah磷酸铁锂蓄电池,和100W太阳能板。根据实际静态解算时间,监测点的水平监测精度最高可达0.7mm,竖直监测精度最高可达1.5mm。
北斗Ⅲ高精度变形监测站采用自主研制的GD300监测型GNSS接收机设备,如图2所示。采用差分定位的方式对坝体进行24小时实时变形监测,差分的目的主要是为了消除接收机钟差、卫星钟差以及削弱空间相关的大气延迟误差。北斗Ⅲ高精度变形监测站融合了北斗Ⅲ高精度定位技术、GPRS无线通信技术、网络通信技术以及智能信息处理技术,通过在关键点布置的高精度监设备,捕获坝体早期的缓慢、匀速、变加速变形数据,自动分析坝体的整体变形趋势。

2.基准站:

在防洪坝体以外的地势稳定区域,安装北斗基准站。如图展示的是设置在稳定区域的基准站。基准站坐标已知,并长期保持稳定。基准站接收北斗卫星数据,并通过电台或LoRa通信模块将差分数据发送至北斗监测点装置,供差分定位解算,以得到导线的高精度坐标。基准站采用市电供电或者太阳能供电的方式。采用太阳能供电时,配备200Ah磷酸铁锂蓄电池,和400W太阳能板,以保证在连续阴雨情况下,可持续30以上天稳定供电。

3.应用管理终端

该终端管理系统运行在远程服务器上,首先基于监测数据以及互联网信息的动态分析,可对设备的监测数据进行告警、设备状态等进行实时的动态展示和分析。其次能够将同个项目中多种类型的多种设备实时监测所获取的数据进行叠加展示,实现监测项目的多维度分析和预警。最后可以用于静态数据查询、数据报表查询和导出、报警阈值设置、报警日志查看等功能。

4.预警等级设置

           根据北斗Ⅲ高精度变形监测站测量得到长时间内的水平和竖直方向上的沉降数据,利用静态相对定位技术解算出6个小时的的定位数据和基础测量数据,精度可达毫米级,计算出相对沉降值,北斗Ⅲ高精度变形监测站实现对于防洪坝体重点点位的监测,精度高。所以将预警值设置为:
           ●    一级预警值:水平方向上连续5天日平均位移速率超过1 mm/d且位移方向基本一致;5日累计位移超过6mm、期间日平均位移速率超过0.5mm/d且方向一致并未见收敛。垂直方向上按水平方向的2倍值控制。
           ●    二级预警值:水平方向上连续5天日平均位移速率超过1.5mm/d且位移方向基本一致;5日累计位移超过9mm、期间日平均位移速率超过0.8mm/d且方向一致并未见收敛。垂直方向上按水平方向的2倍值控制。
           ●    三级预警值:水平方向上连续5天日平均位移速率超过2mm/d且位移方向基本一致;5日累计位移超过15mm、期间日平均位移速率超过1 mm/d且方向一致并未见收敛。垂直方向上按水平方向的2倍值控制。 在以后的监测系统维护中,可以根据实际监测数据和历史数据经过与设计单位沟通对数据进行科学的修改。

5.主要监测设备

北斗Ⅲ高精度监测终端

6.方案功能特点

  1. 极监测精度高;
  2. 动态与静态相结合;
  3. 自动化和全天候;