某滑坡GNSS自动化监测
技
术
方
案
上海司南卫星导航技术有限公司
2013年3月
目录
1 前言 (5)
2 某滑坡概况 (5)
3 某滑坡GNSS监测的总体设计 (5)
3.1 系统设计依据 (5)
3.2 系统硬件总体设计 (6)
4 某滑坡GNSS自动化监测预警系统概况 (6)
4.1 GNSS自动化监测形变监测中的应用 (6)
4.2 GNSS自动化监测系统发展 (8)
4.3 自动化监测的优点 (8)
4.4司南变形监测应用实例 (9)
4.5 某滑坡GNSS自动化监测预警系统的介绍 (17)
4.6某滑坡GNSS自动化监测预警系统原理和方法 (18)
4.7某滑坡GNSS自动化监测预警系统组成 (19)
4.8 某滑坡GNSS自动化监测预警系统技术的先进性 (19)
5 某滑坡GNSS自动化监测预警系统方案实施 (21)
5.1 本监测系统设计依据 (22)
5.2 某滑坡GNSS监测点的布置 (22)
5.2.1 GNSS参考站 (22)
5.2.2 GNSS监测站 (28)
5.3 供电系统系统 (31)
5.4 数据通讯单元 (33)
5.4.1 无线网桥通讯方式 (33)
5.4.3 本系统相关通讯方式的布设 (34)
5.5 雷电防护 (35)
5.5.1 雷电的危害性 (35)
5.5.2 直接雷防护 (35)
5.5.3感应雷保护 (37)
5.6 控制中心机房建设 (38)
5.7 外场机柜 (40)
5.8 存储及处理系统 (41)
5.9 监测设备防盗措施 (41)
6 软件系统 (44)
6.1 应用背景 (44)
6.2 CDMonitor数据处理软件 (47)
6.2.1 CDMonitor功能简介: (47)
6.2.1.1 CDMonitor的功能模块 (47)
6.2.1.2 CDMonitor的基本功能 (47)
6.2.1.3 数据记录 (50)
6.2.2 CDMonitor算法的特点（与RTK和传统静态模式比较） (51)
6.2.3 CDMonitor的软件界面介绍 (54)
6.2.3.1 数据监控窗口 (54)
6.2.3.2 接收机监控窗口 (54)
6.2.3.3 监测站变形曲线窗口 (54)
6.2.3.4 基线窗口 (55)
6.2.3.5 日志 (55)
6.2.4 CDMonitor的系统结构 (57)
6.2.4.1 系统结构 (57)
6.2.4.2 CDMonitor支持的GNSS接收机 (58)
6.2.5 服务器和操作系统 (58)
6.2.6 系统通讯网络 (60)
6.3基于B/S与C/S架构数据分析软件 (61)
6.3.1 C/S架构数据分析软件 (61)
6.3.2 基于WEB发布系统的B/S架构的客户端软件 (72)
7 产品选型 (76)
7.1 司南GNSS接收机 (76)
7.2 GNSS天线 (78)
7.3 GNSS天线罩 (80)
7.4 通讯设备 (82)
7.4.1串口服务器 (82)
7.4.2 高频无线传输终端Nanostation2 (84)
7.5 避雷设备 (87)
7.5.1电源防雷设备 (87)
7.5.2 避雷针 (88)
7.6 服务器设备 (89)
7.7 配电设备 (91)
7.7.1 太阳能供电 (91)
7.7.2 UPS供电 (94)
7.8 其他设备 (97)
7.9与其他厂家技术参数对比 (97)
8技术支持与售后服务保证 (102)
8.1 系统的安装、调试与培训 (102)
8.2 免费保修承诺 (102)
8.3 专业软件免费升级承诺 (103)
8.4 技术培训承诺 (103)
8.5 技术服务承诺 (103)
8.6 维修服务承诺 (104)
8.7 超过保修期的维修承诺 (104)
8.8 配合使用者进行二次功能性开发提供一切必要技术支持的承诺 (104)
8.9 定期向供产品升级和更新信息承诺 (104)
1 前言
2 某滑坡概况
3 某滑坡GNSS监测的总体设计
3.1 系统设计依据
司南GNSS变形监测系统是一个集结构分析计算、计算机技术、通信技术、网络技术、传感器技术等高新技术于一体的综合系统工程。本监测系统的作用是成为一个功能强大并能真正长期用于结构损伤和状态评估，满足固体建筑物管理和运营的需要，同时又具经济效益的结构健康安全监控系统，遵循如下设计原则：
1)遵循简洁、实用、性能可靠、经济合理的指导思想；
2)系统设置立足实用性原则第一，兼顾考虑科学试验和设计验证等方面因
素；
3)各传感器的布置、安装要合理，力求用最少的传感器和最小的数据量完
成工作；
4)系统应具有可扩展性。
GNSS 监测系统的技术设计及工程建造依据相关的标准和相关行业标准进行，本设计书中所引用的部分技术规参见表1。
表1
3.2 系统硬件总体设计
系统硬件由四大部分组成：
1)传感器子系统：由布置监测点上的各类GNSS组成，主要传感器采用后
安装方式；
2)数据传输子系统：GNSS天线到GNSS主机由同轴电缆通讯；GNSS主
机及其它传感器与控制中心通讯采用有线或无线的通讯方式；
3)数据处理与控制子系统：由布置在监控中心的小型机系统、服务器系统、
数据实时自动处理与Web发布；
4)辅助支持系统：包括外场机柜、外场机箱、配电及UPS、防雷和远程电
源监控等。
4 某滑坡GNSS自动化监测预警系统概况
4.1 GNSS自动化监测形变监测中的应用
GNSS用于边坡监测时，往往是对一定围具有代表性的区域建立变形观测
点，在远方距离监测点合适的位置（如稳固的基岩上）建立基准点。在基准点架设GNSS接收机，根据其高精度的已知的三维坐标，经过定期连续观测从而得到变形点坐标（或者基线）的变化量。根据观测点的形变量，建立安全监测模型，从而分析边坡的变形规律并实现及时的反馈。事实上，为了建立一个更接近实际情况的安全监测模型，合理的密集分布监测点是需要的。
通过观测整体的微小变形量，构造统计分析模型，预测变形体长期的变化趋势，为以后的分析决策提供依据。为了进行形变分析，需要获得监测点高精度位置坐标数据，通常要求监测点的观测数据达到毫米级的精度，这也是GNSS定位技术能否应用于变形观测的一个关键性问题。
滑坡GNSS监测点及设备
与普通的工程测量不同，边坡监测需要实时传送数据，并不断更新，达到监控的目的。普通的全站仪或其它监测手段不仅需要更多的人力完成观测操作，而且由于其部的电器、光学特性使得它不能工作在雨雪天气，夜里也无法完成测量作业，GNSS技术由于其全天候作业的特点不但可以取代传统的测量作业方式，
而且可以将GNSS信号传输到控制中心，实现数据自动化传输、管理和分析处理。
GNSS用于变形监测虽具有突出的优点，所以GNSS技术在安全监测方面一定会有广阔的应用前景。
4.2 GNSS自动化监测系统发展
GNSS（全球卫星定位系统）自八十年代中期投入民用后，已广泛地在导航、定位等各领域应用，尤其在测量界的控制测量中起了划时代的作用。正因为是它在相对定位中的高精度、高效益、全天候、不需通视等优点，使人们普遍采用其来代替常规的三角、三边、边角等方法，并在理论、实践中取得了可喜的成果。在精密工程变形监测中也逐步得到广泛的应用。
随着社会经济和科学技术的快速发展，为了更有效保障财产及人生安全，利用传统的变形监测手段越来越不能满足变形监测要求，这就迫切需要性能更可靠的设备来监测大桥的形变。目前，随着GNSS技术的不断成熟，GNSS自动化监测系统已经在桥梁、滑坡、建筑、地震、大坝等行业中应用并取得很好的效益。GNSS自动化监测系统仪器以其卓越的性能受到专家的好评。
从国外的有关研究和应用可以看出GNSS是一个非常有效的GNSS监测技术，GNSS与其它传感器结合用于滑坡监测已形成了趋势。目前GNSS在滑坡中的最高精度在毫米级。而司南GNSS监测系统已经做到数据自动传输、自动解算处理、准实时测量结果和测量结果图形演示，自动预警报警。
4.3 自动化监测的优点
自动化监测系统允许以任意间隔采样-----典型间隔可以是按秒、分钟、小
时或者按天。测试精度得以提高，数据可以远程处理，从而向项目组提供有用信息。当然，还有其它益处包括：
1)避免人工读数和记录引起的人为误差。
2)可以实现远程以及恶劣天气条件下采集数据。
3)每天可进行7*24小时连续监测。
4)连续监测能快速检测到临界变化，能在事态恶化之前采取处理措施。
5)自动化监测系统可以按程序步骤监测限定阀值、变化速率，从而能在超
出预定极限值时自动报警。
很多工程师认为自动化监测是“黑箱”，可见的查验以及宝贵的经验都被冷冰冰的电路板和继电器将所存在的问题通过警报而取代了。事实上，自动化连续监测所获得的数据能向工程师提供被监测结构很多肉眼不易察觉的新的特征信息。它们拓展了工程师的视野，对结构响应有深入的理解。不仅如此，应用自动化监测系统，结合先进分析工具，工程师能享受到这些廉价的新技术优势，而不用牺牲滑坡区的安全。
4.4司南变形监测应用实例
4.4.1露天矿边坡---华能伊敏河露天矿边坡自动化监测
华能伊敏露天煤矿为五大露天矿之一，位于呼伦贝尔市鄂温克旗境，为华能集团全资拥有企业，隶属华能呼伦贝尔能源开发有限公司。
露天矿东端帮建设GNSS(GPS+BDS)监测系统，在地表以及边坡安装位移监测点9台。系统采用太阳能供电，利用无线通讯方式将数据实时传送回监测办公室。监测人员利用实时数据来分析边坡稳定性以及应对措施，以便为安全生产提供保障。
4.4.2、水电站高边坡---长河坝泄洪洞边坡监测系统
长河坝水电站位于省甘孜藏族自治州县境，为大渡河干流水电梯级开发的第10级电站，工程区地处大渡河上游金汤河口以下约4km～7km河段上，坝址上距丹巴县城82km ，下距沪定县城49km。长河坝水电站为大渡河梯级开发的骨干电站，由大唐国际发电股份有限公司投资开发的一等大(1)型水电工程，长河坝水电站枢纽建筑物主要由砾石土心墙坝、泄洪系统、引水发电系统组成,电站装机容量2600MW，近期多年平均发电量约108.0亿KW.h，枯水期平均出力约376MW，远景可达110.4亿KW.h和638MW。电站水库正常蓄水位1690m，正常蓄水位下库容为10.4亿立方米，其中死库容为6.2亿立方米，为季调节水库。项目总投资2320948万元。
安全监测系统布设在长河坝水电站的泄洪、放空洞进口，共38个监测点，采用GPS+北斗的监测方式，实时监测边坡稳定性情况。利用风光互补的方式进行供电，通过无线网络实时传送到监测办公室服务器，通过解算软件以及分析软件，监测人员可实时了解分析边坡的稳定性，以便做出对应方案。为水电站安全生产保驾护航。
4.4.3、高速公路边坡—宁武高速（政和段）边坡自动化监测系统
宁武高速公路，全称至武夷山高速公路，起于海线福宁高速公路湾坞枢纽互通，经福安、周宁、政和、建阳、武夷山，终于，全长301.39公里，采用80
公里/小时高速公路标准建设；宁武高速公路是规划的高速公路“二纵”至线的第四条联络线，起于市，终于。其中政和段，位移武夷山政和县，处于山区，形成多处高速边坡。
宁武高速（政和段）边坡自动化监测系统共布设GNSS监测点3个，依照边坡地质情况，分布在边坡上。数据通过高速光纤通讯系统，实时传送回监测办公室，工作人员可实时掌握边坡稳定性，并与其他图像传感器等对照，保障高速公路的交通安全。
4.4.4、土石坝体---中国黄金集团峪耳崖金矿尾矿库坝体位移监测系统
中金黄金股份有限公司峪耳崖金矿，位于省市宽城满族自治县境。矿区北距市127公里；南距市152公里；目前正在兴建的--出海公路经由该矿，交通十分便利。1997年，峪耳崖金矿产金突破了32000两大关，昂首迈进“吨金矿”行列。建矿以来，共生产黄金45万两，创造利润1.5亿元，成为具有国先进水平的重点黄金企业。该矿先后获得级黄金工业发展做出突出贡献的先进集体、省级先进企业、省学邯钢先进企业、省工业污染治理达标企业、市优秀企业、市质
量管理先进单位等荣誉称号。2000年6月，峪耳崖金矿经改制进入中金黄金股份有限公司，2009年，改制成立峪耳崖黄金矿业有限责任公司，从此步入了全新的发展轨道。
4.5 某滑坡GNSS自动化监测预警系统的介绍
GNSS自动化监测预警系统，主要应用现代化的传感技术、GNSS、计算机技术、现代网络通讯通信技术对在不同的天气或环境下准实时反映滑坡区域变形情况，根据对实时位移数据的实时分析，对分析后适当的数据存储、分类、提取、统计等处理，为中心站日常管理提供各类报表、图形，为边坡预警分析提供决策依据和参考以达到在最短的时间通过短消息、E-MAIL或者声响预警、报警的功效，如下面示意图：
系统功能示意图
另外，本系统还可实现预警站点分布图、预警站点基本情况的计算机的初级显示等功能。
4.6某滑坡GNSS自动化监测预警系统原理和方法
本系统采用成熟的INTERNET技术、司南高精度GNSS准动态算法等技术。
变形监测网络中的每个GNSS接收机都同时输出GNSS的原始数据,其中包含了GNSS解算的所有必要的载波相位数据、星历等数据。通过无线网桥1或者GPRS/CDMA无线网络传到控制中心。控制中心根据每台GNSS接收机对应的IP地址和端口号，获得每个监测点的原始实时数据流;或者，软件通过远程的端口映射，直接从监测单元的端口获得GNSS的原始数据流。在控制中心服务器
1无线网桥与GPRS传输相比不需要借助于第三方服务商、一次性投入、传输稳定等优点，所以本系统首选无线网桥的通讯方式。