地灾监测预警系统.docx

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地灾监测预警系统

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华测地质灾害监测系统

上海华测导航技术有限公司

2013年7月

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目

录

第一章地质灾害滑坡体监测设计的原则、依照和技术指标

..........................1

监测的内容和任务.................................................................................

1

监测设计的原则、依照和技术指标.....................................................

1

监测依照.................................................................................................

2

系统技术指标.........................................................................................

3

第二章

滑坡立体监测设计..................................................................................

4

拟设计监测的主要的参数....................................................................

4

滑坡体监测拓扑图................................................................................

5

现场监测各子系统................................................................................

7

高精度GPS自动化监测............................................................

7

滑坡体表面裂缝监测之振弦式裂缝计..................................

20

滑坡体表面裂缝监测之拉线式裂缝计..................................

24

滑坡体固定测斜深部位移监测...............................................

26

孔隙水渗压计水位监测

..........................................................

32

土压力计...................................................................................

35

土壤温湿度监测......................................................................

39

气象监测站...............................................................................

40

北斗传输..........................................................................................

41

第三章、软件介绍..............................................................................................

42

第四章、服务系统..............................................................................................

45

保修、维修和升级服务......................................................................

45

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4.2技术培训46

4.3技术服务46

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第一章地灾监测技术指标

2.1监测的内容和任务

1）针对不一样样地质灾害点详尽特点、影响要素，成立较圆满的监测剖面和监测网，使之成为系统化、立体化的监测系统；

2）实时快速的对不一样样地质灾害点的现状做出讨论，并进行展望预告，将可能发生的危害降到最低限度；

3）能够为各个滑坡体成立起地表位移变化、内部位移变化和水位变化的系统监测网络，成立管理平台，各级地质环境监测主管部门都能实时的认识滑坡体的安全情况，以便实时采用相应的管理措施。

4）监测滑坡体地表形变区的位移变化动向，内部位移变化的动向和滑坡体内部水位变化动向对其发展趋势做出展望预告；

5）比较讨论不一样样条件下的监测数据，进一步展望地表形变地区变形的趋势，指导场所规划建设。

6）实时反响出地表形变区的安全情况，为地质环境监测主管部门供应可靠的依照。

2.2监测设计的原则、依照和技术指标

本监测系统是一个集结构剖析计算、计算机技术、通讯技术、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兴隆并能真切长久用于结构伤害和状态评估，满足位移监测的需要，同时又具经济效益的结构健康安全监控系统，依照以下设计原则和依照。

1）监测设计原则

（1）科学合理性原则

监控对象的采用有科学和法律依照，特别切合相关安全规程和规定，是必要的；

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监控手段的采用有高科技含量，是先进的；

监控奏效正确有效。

（2）经济合用性原则

凡是需要较大投入的监控项目都是需要经常使用的；

凡是原系统已具备的功能或结构装置，只要正确有效，都采用系统整合的方法加以利用，相互当合；

所有涉及的技术手段，在保证长久可靠有效的前提下，采用最经济的方案；

所有的操作功能都采用最简洁的使用方法、做到直观方便、性能坚固以及保护简单。

（3）系统可扩展性原则

在监控方案要求改变时，本次投入的软硬件设施能够连续使用，最大限度减少重复投入；

系统接口开放性：

系统输出的数据信息采用国际或国内通用的标准格式，便于系统功能扩大和监测成就的开发利用；

系统软件系统支持其他监测设施数据剖析、支持人工巡检记录等。

2.3监测依照

本系统建设方案设计严格依照以下相关规范：

表2-1系统依照的规范

名称

编号

同意单位

年份

沉降监测安全技术规程

AQ2006-2005

国土资源部

全球定位系统测量规范

CH2001

国家测绘局

全球定位系统城市测量技术规程

CJJ73-97

中国建设部

1997

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优良工程测量规范

GB/T15314-94

国家技术督查局

1994-12-22

建筑变形测量规程

JGJ/T8-97

国家一、二等水平测量规范

GBl2897--91

国家三、四等水平测量规范

GB12898-91

工程测量规范

GB50026-93

UNAVCO基准站成立规范

国际UNAVCO组织

IGS基准站成立规范

国际IGS委员会

混凝土结构设计规范

GBJ10—89

建设部

建筑物防雷设计规范

GB50057－94

2.4系统技术指标

1）各监测点的响应时间一般为4小时一次，最快可为几分钟一次，系统可依照需要进行设置；

2）各监测子系统的监测精度达到国内先进水平：

表面位移监测水平3-5mm，内部位移监测精度1.5″（量程不一样样，精度不一样样）等。

3）系统圆满部是自动运行，如数据自动传输、数据自动办理及表面采用GPS监测时的自动网平差、数据自动剖析、自动报警及自动生成报表等，系

统管理员可对系统进行远程控制、参数设置等操作；

4）用户可依照各监测点地址的地质情况分别设置预警值，若是某监测点监

测结果高出预警值，系统则通很短信息、声光也许E-mail的方式自动报警给相关人员；

5）数据剖析软件可自动剖析各监测点的实时与历史三维变化情况、各监测点沉降速率实时与历史变化情况，经过各个监测点反响出整个滑坡体的形变动向；

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第二章滑坡立体监测设计

设计方案

地质灾害监测系统设计由清华同方股份有限公司设计，设计参照了当前所有新技术新方法，并积极引入新的科技手段，为滑坡体的可靠监测和治理供应了立体、科学的指导方向。

此次拟监测的方案以下：

1）滑坡体表面位移监测；（GPS监测系统）

2）滑坡体表面裂缝监测（裂缝计）

3）滑坡体内部位移监测（固定测斜仪）

4）滑坡体内部水位监测（孔空隙水渗压监测）

5）滑坡体内部土压力监测（土压力计）

6）组合气象站（雨量计、风速计、气压、风向、湿度、温度传感器）

7）土壤温湿度监测（土壤温湿度传感器）

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滑坡体监测拓扑图

图3-1滑坡体监测拓扑图

滑坡体监测系统主要由：

滑坡体野外传感器采集系统、数据通讯系统和监控预警系统三大多数组成。

1）野外传感器部分：

（1）表面位移监测

a）采用高精度GPS定位设施

b）滑坡体表面裂缝监测，采用拉线式位移计

（2）滑坡体内部监测：

a）采用固定测斜仪进行滑坡体内部位移监测

b）采用孔隙水压力计进行滑坡体地下水位监测

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c）采用土压力计进行内部土压力监测，

（4）一体化气象站（雨量计、风速计、气压、温度、风向、湿度传感器）

（5）采用土壤温湿度传感器监测滑坡体的温度和湿度。

2）数据传输部分：

由于滑坡体所处的地址，搬动和联通的手机信号都比较好，考虑到通讯实时坚固性、建设成本本次滑坡采用3G进行通讯。

3）数据办理与控制子系统：

由部署在监控中心的小型机系统、服务器系统及软件系统组成；

4）辅助支持系统：

包括外场机柜、外场机箱、配电及UPS、防雷等子系统。

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现场监测各子系统

高精度GPS自动化监测

2.3.1.1GPS自动化监测系统的工作原理

全球定位系统（globalpositioningsystem，缩写为GPS），是美国国防部

于1973年11月授权开始研制的海陆空三军共用的新一代卫星导航系统。

GPS由

空间部分、地面监控部分和用户接收机3部分组成。

经过20多年的研究和试验，

整个系统于1994年圆满投入使用。

在地球上任何地址、任何时辰GPS可为各样

用户连续地供应动向的三维地址、三维速度和时间信息，实现全球、全天候的连

续实时导航、定位和授时。

当前、GPS已在大地测量、优良工程测量、地壳形变

监测、石油勘探等领域获得广泛应用。

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详尽定位原理以以以下列图：

图3-2GPS差分表示图

经过近十多年的实践证明，利用GPS定位技术进行优良工程测量和大地测量，平差后控制点的平面地址精度为1mm～2mm，高程精度为2mm～3mm。

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

滑坡体是GPS技术变形监测的一种典型应用。

平时有两种方案：

①用几台GPS接收机，由人工如期到监测点上察看，对数据推行办理后进行变形剖析与预告；②在监测点上成立无人值守的GPS察看系统，经过软件控制，实现实时监测解算和变形剖析、预告。

GPS监测系统成功应用于各大桥梁、边坡、大坝等监测项目。

随着中国自主研发建设的北斗卫星导航系统的渐渐圆满，北斗必定成为国际主流的卫星导航系统，当前GPS接收机已经能够实现全面兼容北斗卫星信号。

支

持GPS+北斗解算，北斗系统在亚太的应用奏效远远优于GPS，接收机在高遮挡地区抗搅乱能力显然增强，GPS+北斗的解算模式更大程度的提高了监测数据的坚固性。

传统监测手段与GPS自动化监测系统利害势比较

1）传统监测手段

常例变形监测技术包括采用经纬仪、水平仪、测距仪、全站仪等常例测量仪器测定点的变形值，其优点是：

（1）能够供应变形体整体的变形状态；

（2）合用于不一样样的监测精度要求、不一样样形式的变形体和不一样样的监测环境；

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（3）能够供应绝对变形信息。

但外业工作量大，布点受地形条件影响，不易实现自动化监测。

特别测量手段包括应变测量、准直测量和倾斜测量，它拥有测量过程简单、可监测变形体内部的变形、简单实现自动化监测等优点，但平时只能供应局部和相对的变形信息。

摄影测量技术包括地面摄影测量技术和航空摄影测量技术。

近10余年来，近景摄影测量在地道、桥梁、大坝、滑坡、结构工程及高层建筑变形监测等方面获得了应用，其监测精度可达mm级。

与其他变形监测技术比较较，近景摄影测量的优点是：

（1）可在刹时精确记录下被摄物体的信息及点位信息；

（2）可用于规则、不规则或不能够接触物体的变形监测；

（3）相片上的信息丰富、客观又可长久保存，有利于进行变形的比较剖析；

（4）监测工作简单、快速、安全。

但摄影距离不能够够过远，且大多数的测量部门不具备摄影测量所需的仪器设施，摄影测量技术在变形监测中应用尚不普及。

2）GPS自动化监测系统的优点

（1）优点

利用GPS定位技术进行地质灾害监测时拥有以下优点：

测站间无需保持通视：

由于GPS定位时测站间不需要保持通视，所以可使变形监测网的布设更为自由、方便。

可省略好多中间过渡点（采用常例大地测量方法进行变形监测时，为传达坐标经常要成立好多中间过渡点），且不用建标，从而可节约大量的人力物力。

可同时测定点的三维位移：

采用传统的大地测量方法进行变形监测时，

平面位移平时是用方向交汇，距离交汇，全站仪极坐标法等手段来测定；而垂直位移一般采用优良水平测量的方法来测定。

水平位移和垂直位移的分别测定增加了工作量。

且在山区等地进行崩滑地质灾害监测时，由于地势陡峻，进行优良水平测量也极为困难。

改用三角高程测量来测定

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垂直位移时，精度不够理想。

而利用GPS定位技术来进行变形时则可同时测定点的三维位移。

由于我们关心的可是点位的变化，故垂直位移的监测圆满能够在大地高系统中进行。

这样就可以防备将大地高变换为正

常高时由于高程异常的误差而造成的精度损失。

诚然采用GPS定位技术来进行变形监测时，垂直位移的精度一般不如水平位移的精度好，但采用适合措施后仍可满足要求。

全天候察看：

GPS测量不受天气条件的限制，在风雪雨雾中还可以够进行察看。

这一点关于汛期的倒塌、滑坡、泥石流等地质灾害监测是特别有利的。

易于实现全系统的自动化：

由于GPS接收机的数据采集工作是自动进行的，而且接收机又为用户预备了必要的入口，故用户能够较为方便地把GPS变形监测系统建成无人值守的全自动化的监测系统。

这种系统不但

可保证长久连续运行，而且可大幅度降低变形监测成本，提高监测资料的可靠性。

能够获得mm级精度：

mm级的精度已可满足一般崩滑体变形监测的精度

要求。

需要更高的监测精度时应增加察看时间和时段数正由于GPS定位技术拥有上述优点，所以在滑坡、倒塌、泥石流等地质灾害的监测中获得了广泛的应用，成为一种新的有效的监测手段。

2）总结

从上面剖析可得，利用GPS进行变形监测的优点要远远大于缺点的限制，所

以说：

GPS技术的应用给测量技术带来了一场深刻的革命。

据资料介绍，外国从

20世界80年代开始用GPS进行变形监测。

从90年代以来，世界上好多国家纷

纷布设地壳运动GPS监测网，为地球动力学和地震与火山喷发预告服务。

比方，

日本国土地理院从1993年开始了GPS连续察看网的筹建工作，到1994年日本列岛已成立由210个GPS连续察看站组成的连续监测系统（COSMOS），当前的察看站总数以发展到1000多个。

该系统与1994年10月1日正式使用，10月4日就检测到北海道东部近海8.4级大地震，并清楚地记录了地震前后的地壳形变。

此

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后，又成功的捕捉到三陆远海地震及兵库县南部地震的地壳形变。

1995年1月

17日，在日本阪神7.2级大地震后，该系统在进行快速、正确、优良地监测与剖析地壳运动方面起到了很大作用。

自2006年以来GPS自动化监测解算软件解算软件，成功地应用到如东海大桥、宁波五路四桥、润扬大桥等大型桥梁的安全监测，拉西瓦水电站的高边坡坚固监测，露天矿煤矿的边坡坚固监测等项目，GPS自动化监测技术将在监测行业中发挥越来越重要的作用。

2.3.1.3GPS滑坡体表面位移监测系统设计

GPS监测整体分为三大多数，即传感器子系统、数据传输子系统、辅助支持

系统三大多数组成，以以下列图为现场监测系统的拓扑图：

图3-3GPS监测系统拓扑图

1）传感器子系统：

即由各GPS（监测专用机型GPS接收机）监测单元组成，

2）数据传输子系统：

负责传感器系统所采集数据实时的传输到控制中心。

详尽的传输方式我们一般采用光纤、高频无线传输终端、3G等媒介，为

了达到可靠、有效、坚固能够让将几种方式并存；本项目将以3G数传方式为主，高频无线网桥、Internet和光纤通讯方式依照本质情况选择使用，本次采用3G进行通讯。

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3）辅助支持系统：

由监测外场及监控中心辅助整个GPS自动化监测系统正常运行的设施组成，包括配电及UPS、防雷、综合布线及外场机柜等子系统组成。

A.GPS参照站

GPS参照站的建设主要包括站址选择、基建、仪器设施的选择及设施安装：

1）参照站地址的选择

参照站要求成立在地基坚固的地址，同时GPS参照站场所应满足以下要求：

场所坚固，年平均下沉和位移小于3mm；

视野广阔，视场内阻截物的高度不宜高出15°；

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

200m，远离高压输电线和微波无线电传达通道，其距离不得小于50m；

尽量凑近数据传输网络；

天线墩的高度不低于2米；

察看标志应远离震动源。

参照参照站的必定成立在冻土层上，以减少天气变化对参照站的影响。

2）参照站基建

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图3-4参照站察看墩表示图

（1）察看墩的建设要求

在满足以上要求的前提下，察看墩的建设必定满足以下要求：

察看墩应浇注安装逼迫对中标志，并严格整平，墩外壁或内部应加装（或预埋）适合线缆进出硬制管道（钢制或塑料），起保护线路作用；

GPS察看墩采用钢筋混凝土现场浇铸的方法施工。

混凝土浇铸过程中的水泥、沙子、石子及其他增加剂的用量以及混凝土施工的要求均依照表一的要求执行；

GPS察看墩中的钢筋骨架采用直径≧10mm的螺纹钢筋，使用时须在距两

端10cm处，分别向内弯成∩形弯（足筋下端30cm处向外弯成∟形弯）用料。

裹筋采用直径≧6mm的一般钢筋；

基座建筑时浇灌混凝土至基座深度的一半，充分捣固后放入捆扎好的基座钢筋骨架，在基座中心垂直部署捆扎好的柱石钢筋骨架，将柱石钢筋骨架底部与基座钢筋骨架捆扎一起，浇灌混凝土至基座顶面，充分捣固并使混凝土顶面处于水平状态；

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混凝土浇灌至地面下0.2米时，在察看墩外壁应预埋适合线缆进出的直径不小于25mm的硬质管道（钢制或塑料），供安装电缆保护线路用；

双频天线的保护罩要采用全封闭式，以起到防水、防风等奏效，同时天线罩的衰竭率不大于1%；

可利用察看墩基坑，加筑用于存放太阳能蓄电池的水泥槽。

图3-5察看墩设计图

3）参照站仪器的选择

依照本项目的本质情况并参照《全球定位导航系统连续运行参照站网建设规范》，本GPS自动化监测系统采用监测专用型双频高精度GPS+北斗接收机。

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B.GPS监测站

GPS监测站是管理人员实时掌握滑坡体形变和位移变化量的依照，各监测点

长久连续追踪察看卫星信号，经过数据通讯网络（无线网桥或3G）实时传输GPS察看数据到控制中心，并结合各参照站的察看数据与起算坐标经过控制中心软件准实时解算办理，最后获得各监测点的三维坐标。

GPS监测站也和参照站相同，也包括监测站地址的选择、监测站基建、仪器

设施的选择及设施安装四个部分，详尽建设见“参照站的建设”相关章节。

图3-6监测站设施安装表示图

5）监测点的地址选择

参照本章节A章节中关于基础站的选址获得更多信息。

C.数据传输系统

GPS自动化监测系统数据传输主要经过以下方式：

各监测站和参照站原始GPS数据经过无线方式传输到控制中心。

本项目拟采用3G模块进行通讯。

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图3-73G通讯模块

图3-8无线网桥

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图3-9无线网桥传输表示图

D.GPS数据办理软件

“数据办理”是滑坡体GPS自动化监测系统的核心组成部分，“数据办理”

结果精度的高低关系到我们对滑坡体坚固性的判断、剖析以及影响管理人员的决

策。

关于本监测系统“数据办理”主要指监测地区内各GPS原始数据的采集控制，

以实现数据办理的同时对数据采样间隔，GPS一机多天线的信号切换的控制、各

GPS原始数据的输入与办理、原始数据的检验、设施故障诊断，其他监测手段监

测数据的输入与办理等。

针对本项目的本质情况以及业主的详尽要求，我们介绍采用专业GPS监测软件进行系统控制与数据办理。

软件在进行GPS数据办理方面采用了先进的非线性Kalman滤波双差解、三差解算法，同时增加了先进的电离层改正模型、支持多

参照站解算及实时独立基线网平差等功能，详尽精度为平面小于3mm，高程5mm。

而且实现双基站或多基站办理功能。

数据