系统解决方案 高精度ＧＮＳ Ｓ在水电站滑坡体自动化监测系统 中的应用 高 阳 （上海司南卫星导航技术有限公司上海２０１１０３） ．摘 要：介绍基于高精度ＧＮＳＳ定位技术实现的滑坡体自动化监测系统在溪洛渡水电站库区监测项目中的成功 应用，实现了全天候毫米级的自动化监测有效满足了项目要求并保障了项目的安全实施 ，关键词：高精度ＧＮＳＳ定位技术：安全监测 ０背景 溪洛渡水电站位于四川和云南交界的金沙江上． 集工作，供子控制中心数据处理 子控制中心由服务器、配电设施网络设施、消防 设施和避雷等硬件系统和数据解算软件数据转发模 、、是一座以发电为主，兼有防洪拦沙河、改善下游航运 条件等巨大综合效益的工程＿１］大坝为世界泄洪量最 、。大的大坝，总装机容量１３８６万ｋＷ年均发电５７１．２亿 ｋＷｈ，是中国第二、世界第三大水电站 。块等软件系统组成，实现监测数据自动接收解算、存 储、传输，供总控制中心数据分析 、随着每年进入雨季汛期，坝内水位会不断抬高一总控制中心包括服务器、交换机、供电设施消防 设施、避雷设施等硬件设备以及监测分析软件实现 、．． 些不稳定的岩体经过浸泡会连同地表覆盖层产生 ．下滑，下滑大的地方极易产生肉眼可辨的裂缝随着 每天的累计变化，随时都会有滑坡危险采用高精度 ＧＮＳＳ定位技术、网络通信技术、太阳能供电技术等可 。对监测数据自动接收、存储、处理分析生成报表．供 监测系统各级管理员、普通用户以及各级主管部 、门对监测区域进行信息查看、检查、督导和辅助决策 １．２系统架构设计 系统采用太阳能供电设备及ＧＮＳＳ接收设备对基 实现对滑坡体全天候毫米级的自动化监测通过对监 测数据的分析可有效地掌握各滑坡体状态及变化趋 ．势，达到“实时监测，有效管理。预警防范”的安全管理 目的 准站及各滑坡体的观测点进行原始数据采集通过无 线网桥组网的方式传输至子控制中心：位于子控制中 ．心服务器上的数据解算软件，可实时差分解算出各监 测点的三维坐标，并由数据转发模块将解算结果通过 ３Ｇ无线路由器发送至总控制中心．在总控制中心即可 对各滑坡体的形变情况进行监测与分析．基于Ｉｎｔ 。ｔ 网络及用户权限管理，最终可实现对整个水电站库区 １系统方案 系统采用高精度ＧＮＳＳ定位技术．通过对水电站 滑坡体的危险区域设立观测点．并在一定距离范围内 选择稳固地点设立基准站，利用高精度ＧＮＳＳ接收设 备进行全天候、连续地三维坐标采集，及对原始坐标 的监控显示与管理决策。系统架构如图１所示 进行解算与监测分析，结合网络、通信与供电等技术． 实现对溪洛渡水电站库区的有效监测与安全评估 １．１系统组成 溪洛渡水电站滑坡体自动化监测系统由观测点、 子控制中心和总控制中心三部分组成 测观 ｌ．＼匝－ 基－赢堡圃・准 量站－・＿Ｎ／ｊ ．匪１．监 ．测蛔苎点．Ｎ＿， ｊ． 户翟 ，／ 访问客端 匡蛔 匡翅 ‘ 观测点由太阳供电能设备、ＧＮＳＳ接收设备、网络 子 设施和避雷等硬件系统组成．完成监测系统的数据采 制控 函 由心 嘉匝 面丽 甲鲞 卜１ ｌ 控嘲 圆 制由心 总 作者简介：高阳（１９８２－），硕士，工程师，从事北斗高精度 终端产品的研究、应用与管理工作。 图１ 溪洛渡水电站滑坡体自动化监测系统架构 收稿日期：２０１４—１２－２３ １．３数据解算软件设计 自动化应用 ２０１５ ｉ ５期 ２２ 系统解决方案 鬻 努 熬 数据解算软件基于全球卫星导航定位系统 （ＧＮＳＳ）．结合现代通信技术，对采集的原始观测数据 可实现实时与准实时的数据接收、分析、基线解算、发 送与存储、坐标转换、地图显示、数据管理及日志管理 等功能．相比传统的ＲＴＫ及静态处理方法，具有如下 特点： （１）用于基准站与观、狈４点进行差分解算的原始观 测数据具有严格意义（小于１ｔｘｓ）上的时间同步性，通 过建立的数据解算模型能够最大程度地消除大气延 迟误差．而传统ＲＴＫ方法的差分改正数却会导致０．５～ ２ｓ的时间延迟。 （２）差分解算模型采用动态的非线性卡尔曼滤 波算法．能够有效地消除ＧＮＳＳ动态定位数据中的 各种随机误差，使输出的定位结果更符合真实的情 况。 基于以上两个特点．该系统采用的数据解算软件 可以实现监测精度达到毫米级．而传统的ＲＴＫ动态 定位方法仅能达到厘米级 并且，由于该方法仅需原 始观测数据．因此子控制中心与ＧＮＳＳ接收设备之间 仅实现单向通信即可：而传统的ＲＴＫ方法，不仅要求 基准站和监测点之间进行通信．而且要求监测点和子 控制中心之间进行通信。 １．４监测分析软件设计 监测分析软件采用模块化的设计架构．通过 Ｗｅｂｓｅｒｖｉｃｅ的数据接口实现外部交互．对解算后得到 的监测数据进行分析．实现数据信息展示与图形化显 示、分析与预警等功能，具体包括： （１）数据详表：以表格的形式显示测区详细的观 测数据 （２）监测点变化过程分析：从变化过程角度划分 表面位移监测分析、内部位移监测分析 表面位移监 测分析是分别针对三维（ 、ｙ、Ｚ）方向向量随时间变 化的线性函数进行分析．通过对观测点在三个空间维 度的变化大小与趋势预测进行综合分析与判断：内部 位移监测分析主要是通过传感设备监测坝体内部所 产生的位移变化信息 （３）断面变形分析：将横向监测点形成一条断面 分析曲线，随着时间变化的推移监测整个断面的波动 情况，并紧密关注形变最大区域 （４）预警预报分析。完善的预警预报功能是监测 软件的必要条件。监测分析软件通过建立回归分析模 型，结合速度、加速度等参考信息，实现对监测点偏移 信息的模拟预测，并通过对三维位移观测值、速度、加 速度等预设不同级别的报警阈值，实现对测区安全监 ２３ ＷｗＷ．ｃｈｉｎａｃａａａ．ＣＯＩＴＩ 自动化应用 测的报警与预警。 ｆ５）日常报表分析。报表功能是基于对系统中大 量的基础数据进行统计分析，通过预设专业化的模 板．指定数据报表类型及周期，生成有针对性报表信 息．以便于相关专家与领导进行专业性的数据分析与 诊断 ２系统特点 （１）是国内首个采用三星八频ＧＮＳＳ接收设备并 进行多系统联合解算的项目，可以接收并联合处理 ＢＤＳ Ｂ１＼Ｂ２＼Ｂ３、ＧＰＳ Ｌ１＼Ｌ２ＫＬ５、ＧＬＯＮＡＳＳ Ｌ１＼Ｌ２数据。 （２）可实现毫米级精度的安全监测。 ｆ３）监测点采用太阳能供电方案，解决了滑坡体 野外供电的问题：利用工控机方案可有效地降低分控 中心的设备功耗。 （４）支持多基准站联合的基线解算，能够有效地 实现网平差．提高整个解算网络的可靠性和精 度：采用多基准站的观测数据，可以有效地改善电离 层引起的误差：在保证监测精度的前提下，可极大地 提高基准站与观测点之间的距离长度。 （５）采用分布式的系统架构，首先通过子控制中 心进行坐标解算获得测点的高精度三维坐标，再通过 ３Ｇ网络实现在总控制中心进行数据集中存储与分 析．形成一体化的变形监测数据库。这样不仅提高了 坐标解算系统的可靠性．在观测点数据量巨大、环境 因素复杂的情况下．有效地降低了系统对软硬件可靠 性的要求．还大大减少了３Ｇ网络传输的数据量，并支 持网络中断后的坐标数据续传功能。 （６）监测分析软件采用Ｃ／Ｓ和Ｂ／Ｓ混合架构，客户 端可以远程访问、查询、管理、查看，同时可实现专业 的数据分析、报表输出、趋势分析、报警、地图显示等 功能 ３展望 全国现已建成的水库大坝约８６０００座．坝高在 １５ｍ以上的约有１９０００座 据初步统计．在已建的这 些水库大坝中，被列为病险的大中型水库有６２０余 座，被列为病险的小型水库有３３６００余座 对部分大 坝存在的缺陷或隐患，如不及时发现和处理．将直接 影响大坝的安全，甚至演变为溃坝的灾难性事故 滑坡之所以能造成严重损害，是因为难以事先准 确预报发生的地点、时间和强度［３］。随着全球卫星导航 系统的进一步发展，高精度ＧＮＳＳ定位技术凭借其定 （下转第２５页） 系统解决方案 鬈磐 ∥麓 辊热凸度 均匀冷却问题 （８）若精轧出１５无单边浪，而冷轧酸洗有单边浪， （５）采用耐磨工作辊，减少不均匀磨损。 （６）控制粗轧、精轧换辊周期，减少不均匀磨损。 则还需考虑层流冷却（侧喷）对带钢板形的影响。尤其 是在当前层冷冷却能力强的情况下．带钢更易出现宽 度方向不均匀的冷却 （９）各个机架压铜棒或铝板．测试轧机两侧刚度。 ３．２单边浪问题改善措施 （１）提高操作人员对单边浪、楔形的控制能力。粗 轧镰刀弯、精轧楔形、单边浪的控制应该考虑道次的 配合、各机架的配合。若较大楔形（传动侧厚）的产生 出现在Ｆ６机架前．进入Ｆ６机架后．在Ｆ６出口就会 （１Ｏ）两侧压下系统的响应测试，确保响应一致。 ３改善方案 ３．１凸棱问题的改善措施 （１）采用大的目标凸度（４０～５０１ｘｍ）轧制，缓解边 部凸度对下工序的影响 但边部凸起会大大减小实际 测量出的带钢凸度．使得要轧出大的凸度很困难。可 增加工作辊的初始辊形．有利于增加带钢凸度。另外， 出现传动侧厚、传动侧出现单边浪的情况。这与此侧 轧制力偏大的现象吻合 对于这种现象，调楔形、单 边浪应从上游机架开始（认为粗轧来料无楔形和镰 刀弯）．但具体楔形产生于哪个机架．需要取样数据来 确定。 （２）控制侧导板的开１５度．减少带钢的跑偏。 （３）减小轧辊热凸度、增加工作辊初始辊形有利 于带钢的运行和不对称板形控制 （４）自动控制改善：改善卷取机咬钢后由速度控 可对ＨＶＣ工作辊的辊形做调整．增加凸度调节范围． 并将凸度调节曲线往增大凸度的方向平移 图２为调 整后的ＨＶＣ４的凸度调节特性．与ＨＶＣ３相比．窜辊 量由一１００ｍｍ变为正１００ｒａｍ．轧制１３５０ｒａｍ宽带钢时． ＨＶＣ３的凸度调节范围为一１８４～２９７１ｘｍ．而ＨＶＣ４的凸 制向张力控制模式转换的平滑性：在计算带钢进入卷 取机时的咬入和弯曲变形时．按厚度分档确定相应的 变形抗力．推导得出不同钢种、不同强度的参数值之 间的比例关系．再根据生产的实际情况予以修正 度调节范围为一１４１～３６７１￣ｍ。若凸度仍无法满足要求， 可在继续改变辊形的同时．可在Ｆ５机架采用ＨＶＣ４。 ４改善效果 ３００Ｌ ／～ ２５ ０２００｝ １５０ 一 ５５ ，吖 ０ 该项目实施以后，供冷轧料存在的凸棱（鼓包）、 单边浪等质量问题大大降低 产品质量的提升增强了 １５００热轧带钢的品牌知名度和市场竞争力．实现了良 好的经济效益和社会效益 参考文献 —１ ｏｏ ： ； ； 一 矗 。。 ［１】孙蓟泉，周永红．板形控制技术及应用［Ｊ］．鞍钢技术， （２）放慢冷轧料的轧制节奏，减小轧辊热凸度。 ２００６，（０４） （３）在保证产品性能的前提下，降低终轧温度，减 小轧制热凸度。 ［２】李杰，景菁华．承钢１７８０凸度和平直度控制的研究与 应用［Ａ］．２０１１年河北省冶金信息化自动化年会论文 集【Ｃ］．２０１ １ （４）在工作辊辊身中部增加一排冷却水，减小轧 （上接第２３页） 参考文献 ［１］刘裕国．绿色使命——全国第二大水电站溪洛渡开工 ［Ｊ］．中国三峡：水文化 位精度高、全天候、稳定性好、受恶劣天气影响小、维 护升级简单等优势．将在地灾监测等领域等到更加广 泛的应用。溪洛渡水电站滑坡体自动化监测系统作为 一［２］许斌，何秀凤，岳建平，等．ＧＰＳ形变监测技术在天荒 坪电站水库坝区的监测网试验［Ｊ］．水利水电科技进展 ［３］杨荣毅．滑坡地质灾害监测技术发展综述［Ｊ］．国外建材 科技 个成功的应用案例，将会为其他滑坡、尾矿库、沉 降、桥梁等领域的安全监测提供宝贵的实践与推广 经验 ２５ ＷＷＷ．ｃｈｉｎａｃａａａ．ｃｏｒｎ ｉ自动化应用
