溪洛渡水電站庫區地災滑坡體GNSS自動化監測的應用
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上海司南衛星導航技術股份有限公司
一、溪洛渡庫區地災監測項目綜述
溪洛渡水電站是國家“西電東送”骨干工程，位于四川和云南交界的金沙江上。大壩高285.5米，為世界泄洪量最大的大壩；總裝機容量1386萬千瓦，年均發電571.2億千瓦時，裝機容量與原來世界第二大水電站——伊泰普水電站（1400萬千瓦）相當，是中國第二、世界第三大水電站。壩址位于四川省和云南省永善縣接壤的溪洛渡峽谷內，距雷波縣和永善縣分別為20km和7km。
溪洛渡水電站是一座以發電為主，兼有防洪、攔沙河改善下游航運條件等綜合水電工程，裝機容量1386萬千瓦。大壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程610m，最大壩高285.5m，水庫正常蓄水位600m，死水位540m，庫容126.7億m3。水庫沿金沙江干流全長199km，沿金沙江支流西蘇角河、溜筒河、牛欄河、西溪河等累計長度35km，涉及四川省的寧南、布拖、金陽、昭覺、雷波和云南省的巧家、魯甸、昭陽、永善等九縣區。
溪洛渡水電站工程蓄水劃分為“下閘～560m高程”和“560m高程～600m高程”兩個階段，其中，第一階段540m、580m高程保持短期水位不變以便于觀測分析。溪洛渡水電站于2013年5月下閘蓄水，至8月上旬水位上升至550m左右。由于水位不斷抬高，一些不穩定的巖體在水的浸泡下，連同表明覆蓋層開始下滑，隨著雨季的來臨，各位移體存在加速下滑的危險，下滑大的地方已經形成裂縫，而且每天都在變化，用肉眼都可分辨，隨時都可能出現滑坡的危險。
為了能夠及時掌握各滑坡體的狀態，成勘院組織相關專家對整個庫區的不穩定巖體進行現場勘察，經過分析確定首期選取5個位移較大的滑坡體進行全天候的自動化監測，實時獲得監測數據，分析滑坡體的狀態，以便采取措施。
二、溪洛渡庫區地災監測項目內容
1．系統整體架構
如圖1所示，各個滑坡體的觀測點原始數據，通過無線網橋傳輸至滑坡體子控制中心；由子控制中心進行數據解算后，再通過3G無線路由器將解算結果轉發至總控制中心的服務器，在總控制中心即可對各滑坡體的形變情況進行監測。
2．滑坡監測內容
溪洛渡水電站庫區地災監測系統，共布設監測點55個，其中基站10個，位移監測點45個。滑坡體5個，如監測點布置示意圖2-1、2-2、2-3、2-4、2-5。
三、溪洛渡庫區地災監測系統監測成果
GNSS監測系統中，解算軟件實時解算出高精度坐標數據，通過分析軟件輸出各種監測結果。包括：數據輸出、圖表輸出、報警信息輸出、報表輸出、矢量地圖輸出等。
1．數據成果輸出
數據成果包括監測點三維坐標，以及三維方向偏移量，水平偏移量、方位角，空間三維偏移量，并能根據查詢結果導出數據到EXCEL文件中。
(1) 任意時間段內詳細監測數據輸出；
(2)1小時、3小時、6小時、12小時、24小時、30天高精度數據輸出；
(3)監測點的速度、加速度數據輸出。
2．圖表成果輸出分析軟件根據數據，可實時繪制各種成果曲線，實現單點圖表分析以及面狀圖表析。
(1) 根據詳細數據、高精度小時數據繪制監測點曲線；
(2)根據斷面情況，可組合繪制斷面曲線，實現斷面分析功能；
(3)對曲線建立多種參數模型，對曲線進行趨勢擬合，繪制擬合線，并可對擬合線數據進行輸出；
(4)查詢后的圖表，可進行圖表成果的導出；
(5)圖表操作方便，可進行數據捕捉、平移、放大縮小等功能；
(6)曲線屬性可編輯，根據喜好對曲線顏色、粗細、線型等進行編輯。
3．報警成果輸出
(1)遠程通訊報警，可采用短信息、網頁彈窗、聲音、email報警方式；
(2)有位移量、速度、加速度等方式報警；
(3)分級別報警，可設置3級報警模式；
(4)對設備故障、通訊故障進行報警；
(5)報警信息查詢、輸出等功能。
4．報表成果輸出
報表可以根據各種分析結果，歸納出變化速率，最大變形值，最小變形值，各監測點的穩定性，整體變形趨勢都信息。根據需要提供趨勢報表，周期對比報表等。
(1) 位移對比報表
(2)分析報表
(3)周期報表
5．矢量地圖成果輸出
監測系統可根據監測區域情況，對監測滑坡體進行標記，矢量地圖通過箭頭、顏色表示滑坡體或者監測點的移動方向、移動量、沉降量等。
(1)矢量地圖可顯示監測點的水平方向、水平位移量、沉降方向、沉降量等信息；
(2)矢量地圖可放大縮小、平移、編輯等功能；
(3)矢量地圖上可實時顯示監測點、監測滑坡的數據信息。
四、溪洛渡庫區地災監測項目特點
●國內首個也是目前唯一使用支持三星八頻解算的GNSS接收機，可以接收并聯合處理北斗 B1 \ B2 \ B3、GPS L1 \ L2 \ L5、GLonASS L1 \ L2數據；
●高精度GNSS監測系統，實現毫米級精度監測（水平3毫米，高程5毫米）；
●本系統監測點采用太陽能供電方案、無線通訊方案，解決了滑坡體野外供電的問題。分控中心采用工控機，降低分控中心設備功耗，實現分控中心布設在野外，采用太陽能供電的方案；
●支持多基站，多基站不但提高了系統的可靠性，而且，根據多基站的觀測數據，可以建立電離層改正模型，提高長距離監測的精度；同時，根據多基站的處理結果，可以實現實時獨立環網平差功能，提高監測精度和可靠性；
●系統采用分布式計算方式系統架構，采用子控制中心方式分別計算獲得高精度三維坐標，通過3G網絡實現實時數據集中存儲與變形分析應用，數據集中存儲在總控制中心，形成一體化的變形監測數據庫；
●區域監測內采用原始的衛星星歷數據，在子控制中心進行統一的坐標解算，僅需傳輸解算后的三維坐標信息至總控制中心。分布式的坐標解算減少了3G網絡傳輸的數據量。系統支持網絡中斷后的坐標數據續傳功能；
●分布式的坐標解算大大提高了坐標解算系統的可靠性。在觀測點數據量巨大、環境因素各不相同、參考點眾多的情況下，若采用集中式的坐標解算，對軟硬件的可靠性要求非常高；
●滑坡軟件客戶端采用C/S和B/S混合架構，客戶端可以遠程運行，同時也能滿足專業的需求，實現遠程查詢、管理、報警。
●實現專業的數據分析功能、報表輸出、曲線分析、報警、矢量地圖顯示功能。
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