基于gps的高边坡形变监测方法

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1、万方数据2006年6月水利学报SHUIUXUEBAO第37卷第6期文章编号：0”9．9350(2006)06一0746—05基于GPS的高边坡形变监测方法何秀风，桑文刚，贾东振(河海大学土术工程学院，江苏南京210098)摘要：针对大坝、矿山等大型工程在开挖过程中形成的高危边坡的形变监测．提出GPs一机多天线方法，建立了远程自动化边坡形变监测系统。详细分析了c胤GPRs无线数据传输和微型低噪声放大器开发等关键技术。该系统已应用到小湾水电站的高边坡形变监测。一年多的连续监测结果表明，系统运行稳定可靠．水平方向定位精度达2

2、—3mm。垂直方向定位精度达5—6mm。关键词：GPs；形变监测；多天线；远程自动监测系统；高边坡中圈分类号：TU45文献标识码：A受我国独特而复杂的地形地质条件限制以及社会发展的需求，高边坡稳定问题在20世纪中后期成为一个具有中国特色的重大工程问题⋯。大型水利水电工程建设中，边坡高度小则百余米，大则达300—lOoom，高边坡形变监测已成为我国大型水电工程建设中的一个亟待解决的关键技术问题。传统的精密大地测量方法技术成熟，精度较高，但其对施测环境要求高，不适合在气候复杂多变的山区及恶劣的施工干扰环境下工作。此外，传统

3、大地测量方法投入人力多，系统的自动化程度不高。而GPs在精度、速度、时效性、效益等方面都优于常规方法81。将GPs应用到边坡形变监测是当今最先进的监测手段，其精度高、不受气候条件影响，而且可实现无人值守的自动化实时监测模式。但目前将cPS技术应用于大范围的边坡形变监测受以下几个因素制约：(1)精密测量型GPs接收设备价格昂贵，在大范围形变监测区域若采用传统的一个GPS天线配备一台接收机的工作方式，则形变监测系统投入设备多，成本过高；(2)水电工程一般位于深山峡谷，GPs接收机天线受遮挡严重，使得接收到的GPs卫星数减少

4、，导致GPs定位精度大大下降，难以达到边坡形变观测精度要求；(3)测区范围大，布设监测点多，在篮测现场采集的GPs原始监测数据量大，需要采用有效的通讯手段保证海量数据实时可靠地传输到控制中心。针对上述问题，本文提出GPS一机多天线的方法”1进行高边坡形变监测，开发了GPS，GPRs无线通讯技术传输海量cPs原码数据，研制了微型低噪声放大器，实现了cPs天线和接收机间的远距离传输，并将其应用到云南小湾术电站高边坡形变监测中。lGPs一机多天线方法常规的cPS边坡形变监测方法是在每个监测点都安装GI)s接收机，当监测点较多

5、时，成本将十分昂贵。本文提出的GPS一机多天线法是将一台接收机连接多个天线，每个监测点上只安装GPs天线，不安装接收机，多个监测点共用一台GPs接收机。图1是GPs一机多天线方法示意图。收稿日期：2005—07一14基金项目：国家自然科学基金资助项目(50579013)；现代水利科技创新项目(xDs200牟07)；国家自然科学基金委员台和二滩水电开发有限责任公司雅砻江水电开发联台研究基金项目(50539110)作者简介：何秀凤(1962一)，女，江苏泰州人，博士，教授，主要从事卫星测量和形变监测方面研究。E—l：cPs

6、@hhueducn一746—万方数据基于这个设计思路，作者研制开发了cPS一机多天线控制器。GPs多天线控制器是将8个cPs天线和具有8个通道的微波开关、相应微波开关控制电路及一块GPs—OEM接收机主板有机地集成。每个GPs天线与微波开关的相应通道连接，且该微波开关的8个信号通道的通断状态受开关控制电路的实时控制。通过计算机软件编程实时控制微波开关电路中各通道的通或断。图2是GPs多天线控制器原理图。图lGPs一机多天线方{击示意图2cPs多天线控制器原理GPs多天线控制器以嵌入式工业控制机Pc．104作为控制器的核

7、心，并集成了微波开关和GPs—OEM板，能够确保整个系统在恶劣的野外环境下长期连续工作。此外，所开发的相应控制软件能有效地对cPs原码观测数据进行存储与传输。2GPs一机多天线形变监测系统设计与实现2．1工程概况小湾水电站位于云南省西部南涧县与风庆县交界的澜沧江中游，坝高292m，是当今世界上已建和拟建中的最高拱坝。小湾水电站枢纽区山高坡陡，河谷呈“v”字型，两岸山坡陡峻，高程1600m以下，两岸平均坡度40。～420。其中位于左坝肩的2号山梁堆积体基岩裸露，堆积层组成物质主要为块石层，在自然状态下是稳定的，但由于堆积

8、体靠近左坝肩，坝肩开挖时必然触及堆积体前缘，将可能引发堆积体失稳，出现崩塌。为¨『在2号山粱堆积体实施降坡、支护等工程措施时确保其稳定性，在2号山梁建立了GPs一机多天线远程自动化形变监测系统。2．2系统组成(；Ps一机多天线形变监测系统包括3个主要部分：监测现场、远程控制中心及无线数据传输部分，如图3所示。监测现场GPs监测阀由