黄燕明

(增城市国土资源测绘院，广东增城 511300)

基于GPS变形监测的安全监测系统建设

黄燕明∗

(增城市国土资源测绘院，广东增城 511300)

随着社会经济和科学技术的快速发展，利用传统的变形监测手段越来越不能满足变形监测要求。为了更有效保障国家财产及人身安全，迫切需要性能更可靠的设备来监测形变。目前，随着GPS技术的不断成熟，GPS自动化监测系统已经在桥梁、建筑、地震等行业中应用并取得很好的效益。本文介绍如何通过GPS技术运用，实现组建广东清远水利枢纽的GPS自动化监测系统。

GPS；变形监测；自动化监测系统；监测站

1 前 言

通过近年的实践证明，利用GPS定位技术进行精密工程测量和大地测量，平差后控制点的平面位置精度为1 mm～2 mm，高程精度为3 mm～5 mm。应该说:利用GPS定位技术进行变形监测，是一种先进的高科技监测手段，而用GPS监测滑坡是GPS技术变形监测的一种典型应用，通常有两种方案:①用几台GPS接收机，由人工定期到监测点上观测，对数据实施处理后进行变形分析与预报；②在监测点上建立无人值守的GPS观测系统，通过软件控制，实现实时监测解算和变形分析、预报[4～5]。

2 工作区基本情况

清远水利枢纽由北江干流枢纽和大燕河水闸组成。北江干流枢纽位于北江支流大燕河河口上游约1 km处的北江干流上，电站坝址上距飞来峡水利枢纽46.73 km，下距石角水文站4.8 km，左岸是清东围，右岸是清西围。

清远水利枢纽的水库正常蓄水位10m，为日调节水库，河床式厂房内装4台灯泡贯流式机组。本工程电站总装机容量为4×11MW。考虑到河床下切，电站机组出力有可能增加到80MW。主变容量为2×50MVA。

3 总体设计

本监测项目共布设17个监测点，分布在厂房顶部和船闸的监测区域内。现场在左坝肩建有一个基准站，以便于观测数据解算。

整个系统由硬件部分和软件部分组成，硬件部分对GPS数据信息进行采集，软件部分对GPS静态数据进行处理[6]。软件处理后得到17个点的准确坐标，对每次计算的坐标进行对比，得到这些点的变化量。

3.1 系统设计依据

GPS监测系统的技术设计及工程建造依据相关的国家标准和相关行业标准进行，本设计中所引用的部分技术规范参见表1[7～9]。

系统设计参照规范 表1

3.2 系统硬件总体设计

监测系统采用6台华测产X300M接收机进行定期观测，后期静态解算软件安装在一台高性能计算机上，对数据进行处理和存储，并得出各个点的变化趋势。

4 监测系统设计实施

本GPS监测系统实施主要包括以下几个方面:基准站及监测站选址；监测基准站及监测站观测墩的建设；静态数据采集；静态数据解算；数据处理。

4.1 监测系统监测点的布置

GPS监测预警系统的监测单元包括基准站和监测站，各站点的具体布置方式根据以下要求:

基准点宜选在地质条件良好、稳定、视野相对比较开阔且易于长期保存的地方，而这些监测点必须定时应与就近的GPS-A，B级控制网或国家IGS网进行联测，以利于确定基准网点的可靠性及变形情况。本监测系统基准点设立于左右坝肩上

GPS监测站根据本工程被监测对象确定，拟在厂房顶、船闸等处分别布置6个监测点和11个监测点。这些点间无须相互通视，但应满足如下条件:

①周围应便于安置接收设备和操作，视野开阔，视场内障碍物的高度角不宜超过15°；

②远离大功率无线电发射源(如电视台、电台、微波站等)，其距离不小于200 m；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不得小于50 m；

③附近不应有强烈反射卫星信号的物件(如大型建筑物等)；

④地面基础稳定，易于点的保存；

结合现场情况和以往施工经验，基准站和监测点的观测墩均使用内径为315mm的PVC圆柱筒，内置钢筋笼并浇铸混凝土而成，墩顶安装强制对中盘，墩高1.2m。

因为观测墩建设的时候都安装了强制对中底盘，所以在安置GPS接收机时只要拧牢即可。

(1)观测周期

按照现场观测要求，每个月对观测点进行一次静态观测，每个监测点观测2 h，接收机设置采样率为5 s。数据采集完成后对数据进行处理，并和上一次观测对比得出结论。

(2)基准站接收机

在整个观测过程中，基准站类似于连续运行参考站，因而在静态数据采集过程中基准站不断电，数据采集连续，最好使用外挂电池进行供电。

(3)监测点接收机

因为GPS接收机只有6台，1个基准站使用了1台，剩下的5台接收机要分4次安装在不同的监测点上，每个观测墩上观测2 h。观测过程中要对每个接收机观测的点做好记录，保证不混淆。

4.2 数据下载

数据采集完成以后，使用GPS软件进行下载，保存在以日期为路径建立的文件夹下。

每周期数据按同步观测数据分类，共分4个文件夹存放。

4.3 数据处理

数据下载好以后，使用静态处理软件进行处理，得到准确的坐标值。具体处理如下:

(1)任务的建立

先分4个文件夹来存放观测数据，每次处理一个文件夹里的数据，然后进行数据合并。

(2)坐标系统的建立

为限制投影变形，本工程选定以坝轴线中心所在的子午线为中央子午线的任意坐标系统，投影面与坝顶面高程相同。

(3)数据的导入

项目建完后，开始加载GPS数据观测文件。导入事先存好的静态数据。

(4)数据检查

数据导入后，检查相应点的点名，仪器高，天线类型等等，对于有问题的数据要及时更改。然后通过检查，直到没有问题为止，如图1所示。

图1 数据检查

(5)基线的处理

数据检查没有问题之后处理全部基线，等基线全部处理完后，对于“Radio”值比较小的进行单独处理，至少保证Radio值大于3以上，当然处理得越大越好，最大为99.9。

(6)网平差

在观测站点里输入基准点已知坐标，然后，根据具体情况选择三维平差，二维平差，水准高程拟合，并通过软件进行网平差形成平差报告。

(7)成果检查

从平差报告里看出:基线向量及改正数、τ(Tau)检验表个别为红色，这说明要单独对这些基线进行处理，直到没有红色出现为止。

当基线被处理的没有红色的了，但χ2检验(α= 95%)还是“失败”，这时把这个参考因子输入到方差比例系数里，然后再进行平差，直到“通过”。根据网的等级设计要求，查看是否超限，如图2所示。

图2 网平差成果检查

4.4 成果数据

通过以上反复处理及检查，确认无误后，方可提交成果，提交成果可以以成果报告，详细成果文本，简明成果文本或者以DXF格式输出网图。

每次观测的数据都做好详细的备档，对本次和上次的坐标值进行对比得出整个变形体的变化趋势，如图3所示。

图3 监测成果数据

5 结 论

通过对GPS数据的采集和后期的数据处理，建立监测系统使清远水利枢纽可以实施全天候监测，为管理与决策提供科学可靠的数据。相同的技术手段也已应用在清远市桥梁、建筑、山体滑坡等地质灾害方面的变形监测中，为清远市经济发展的决策以及安全提供了技术保障。

[1] 胡友健，梁新美，许成功.论GPS变形监测技术的现状与发展趋势[J].测绘科学，2006，3:155～157.

[2] 卫建东.现代变形监测技术的发展现状与展望[J].测绘科学，2007，6:10～13.

[3] 岳建平，方露，黎昵.变形监测理论与技术研究进展[J].测绘通报，2007，7:1～6.

[4] 王世杰，杨国林.工程建筑物变形监测技术研究综述[J].矿山测量，2009，6:74～78.

[5] 戴吾蛟，朱建军，丁晓利等.GPS建筑物振动变形监测中的单历元算法研究[J].武汉大学学报(信息科学版)，2007，3:234～241.

[6] 徐伟声.GPS在工程变形监测中的应用[J].湖北民族学院学报(自然科学版)，2009，1:32～35.

[7] 唐杰军，汪亦显.GPS在山区滑坡变形监测中的应用[J].防灾减灾工程学报，2009，1:107～110.

[8] 樊彦国，李瑞华.变形监测数据处理分析研究——以东营市某高层建筑工程变形监测为例[J].工程勘察，2009，8: 79～82.

[9] 夏训清，苗胜军，蔡美峰等.GPS边坡变形监测数据处理与精度分析[J].中国矿业，2006，1:65～67.

Construction of Security M onitoring System Based on Deformation M onitoring Using GPS

Huang Yanming
(Surveying and Mapping Institute Lands and Resource Department of Zengcheng，Zengcheng 511300，China)

With the rapid development of social economy and science technology，the traditionalmethods of deformation monitoring cannot satisfy the requirement of current deformationmonitoring.In order tomore effectively protect state property and life safety，there is an urgent need for more reliable performance of equipment to monitor deformation.At present，with thematurity of GPS technology，automatic monitoring system of GPS has been used in the bridge，building，earthquake.And experiments showed that the application can achieve good results.In this paper，we will introduce the construction of Qingyuan water conservancy hinge automaticmonitoring system by using GPS technology.

GPS；deformation monitoring；automatic monitoring system；monitoring station

1672-8262(2013)04-90-03

P228

B

2013—04—23

黄燕明(1971—)，男，测绘工程师，主要从事测绘研究与管理。