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1、 卡拉大坝两岸边坡滑坡体GNSS自动化监测技术方案上海华测导航技术有限公司2009年9月目录第一部分GNSS自动化监测系统概述 51.GNSS自动化监测系统概述61.1.GNSS自动化监测系统工作原理61.2.传统监测手段与GNSS自动化监测系统优势71.2.1.传统监测手段71.2.2.GNSS自动化监测系统的优缺点71.2.3.结论91.3.华测GNSS自动化监测系统应用实例91.3.1.东海大桥监测系统91.3.2.瓮福磷矿尾矿库监测系统101.3.3.黑岱沟露天煤矿边坡监测系统111.3.4.华测历史监测项目12第二部分卡拉滑坡体GNSS自动化监测系统概况及设计原则 142.监测区域概
2、况152.1.工程概况152.2.工程地形、地质条件162.3.边坡等级划分173.监测目的和任务184.监测设计的原则和依据194.1.监测设计原则194.2.监测技术依据205.监测内容和技术要求215.1.监测范围215.2.监测具体内容215.3.监测技术要求215.4.监测系统的技术指标225.5.监测坐标系统22第三部分 卡拉滑坡体GNSS自动化监测系统整体设计236.硬件系统246.1.GNSS接收机部分256.1.1.GNSS参考站256.1.2.GNSS监测站316.2.数据传输子系统376.3.辅助支持系统396.3.1.供电396.3.2.防雷系统416.3.3.外场机柜
3、446.3.4.机房建设456.3.5.存储及处理系统477.软件系统497.1.数据处理507.1.1.数据处理模块的选择507.1.2.GPSensor标准特性507.1.3.GPSensor基线处理过程517.1.4.GNSS实时独立环网平差557.1.5.质量检验567.1.6.辅助监测数据处理577.2.数据传输587.2.1.软件数据接口587.2.2.数据存储587.2.3.数据坐标转换597.3.基于B/S与C/S架构数据分析软件607.3.1.C/S架构数据分析软件608.关键技术788.1.专业的监测数据解算软件788.1.1.GPSensor算法798.1.2.基本功能和
4、指标808.1.3.GPSensor的特点（与RTK比较和传统静态监测比较）828.2.专业的监测数据分析软件848.3.双频GNSS技术848.4.无线传输技术858.5.太阳能供电技术858.6.工控式报警专用机859.产品选型859.1.GNSS设备859.1.1.GNSS接收机859.1.2.GNSS天线889.1.3.GNSS天线罩899.2.通讯设备919.2.1.串口服务器919.2.2.高频无线传输终端Nanostation2939.3.防雷设备969.3.1.天线防雷设备969.3.2.电源防雷设备969.3.3.避雷针979.4.服务器设备989.4.1.IBM x3650
5、M2服务器989.4.2.磁盘阵列柜999.5.配电设备999.5.1.太阳能供电999.5.2.UPS供电1029.6.其他设备1049.6.1.外场机柜104第四部分 技术支持与服务保证 10510.技术支持与服务保证10610.1.系统的安装、调试与培训10610.2.免费保修承诺10610.3.专业软件免费升级承诺10610.4.技术培训承诺10610.5.技术服务承诺10710.6.维修服务承诺10710.7.超过保修期的维修承诺10810.8.配合使用者进行二次功能性开发提供一切必要技术支持的承诺10810.9.定期向供产品升级和更新信息承诺108第一部分 GNSS自动化监测系统概
6、述1. GNSS自动化监测系统概述1.1. GNSS自动化监测系统工作原理全球定位系统(global positioning system，缩写为GNSS，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。GNSS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年完全投入使用。在地球上任何位置、任何时刻GNSS可为各类用户连续地提供动态的三维位置、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。目前、GNSS已在大地测量、精密工程测量、地壳形变监测、石油勘探等领域得到广泛应用。具体定位原理如下图：GNSS
7、差分示意图通过近十多年的实践证明，利用GNSS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1mm2mm，高程精度为2mm3mm。应该说：利用GNSS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GNSS监测滑坡是GNSS技术变形监测的一种典型应用，通常有两种方案：用几台GNSS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；在监测点上建立无人值守的GNSS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。1.2. 传统监测手段与GNSS自动化监测系统优势1.2.1. 传统监测手段常规变形监测技术包括采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常
8、规测量仪器测定点的变形值，其优点是：（1）能够提供变形体整体的变形状态；（2）适用于不同的监测精度要求、不同形式的变形体和不同的监测环境；（3）可以提供绝对变形信息。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。特殊测量手段包括应变测量、准直测量和倾斜测量，它具有测量过程简单、可监测变形体内部的变形、容易实现自动化监测等优点，但通常只能提供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，近景摄影测量在隧道、桥梁、大坝、滑坡、结构工程及高层建筑变形监测等方面得到了应用，其监测精度可达mm级。与其他变形监测技术相比较，近景摄影测量的优点是：（1）可
9、在瞬间精确记录下被摄物体的信息及点位信息；（2）可用于规则、不规则或不可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，有利于进行变形的对比分析；（4）监测工作简便、快速、安全。但摄影距离不能过远，且大多数的测量部门不具备摄影测量所需的仪器设备，摄影测量技术在变形监测中应用尚不普及。1.2.2. GNSS自动化监测系统的优缺点（1） 优点利用GNSS定位技术进行滑坡等地质灾害监测时具有下列优点：1) 测站间无需保持通视：由于GNSS定位时测站间不需要保持通视，因而可使变形监测网的布设更为自由、方便。可省略许多中间过渡点（采用常规大地测量方法进行变形监测时，为传递坐标经常要设立许多
10、中间过渡点），且不必建标，从而可节省大量的人力物力。2) 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，平面位移通常是用方向交汇，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精密水准测量的方法来测定。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，进行精密水准测量也极为困难。改用三角高程测量来测定垂直位移时，精度不够理想。而利用GNSS定位技术来进行变形时则可同时测定点的三维位移。由于我们关心的只是点位的变化，故垂直位移的监测完全可以在大地高系统中进行。这样就可以避免将大地高转换为正常高时由于高程异常的误差而造成的精度损失
11、。虽然采用GNSS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，但采取适当措施后仍可满足要求。3) 全天候观测：GNSS测量不受气候条件的限制，在风雪雨雾中仍能进行观测。这一点对于汛期的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害监测是非常有利的。4) 易于实现全系统的自动化：由于GNSS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，故用户可以较为方便地把GNSS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期连续运行，而且可大幅度降低变形监测成本，提高监测资料的可靠性。5) 可以获得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。
12、需要更高的监测精度时应增加观测时间和时段数正因为GNSS定位技术具有上述优点，因而在滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的监测中得到了广泛的应用，成为一种新的有效的监测手段。（2） 缺点利用GNSS定位技术进行地质灾害监测时也存在一些不足之处，主要表现在点位选择的自由度较低：为保证GNSS测量的正常进行和定位精度，在GNSS测量规范中对测站周围的环境作出了一系列的规定。如测站周围高度角15以上不允许存在成片的障碍物；测站离高压线、变压器、无线电台、电视台、微波中继站等信号干扰物和强信号源有一定的距离（例如200400m）；测站周围也不允许有房屋、围墙、广告牌、山坡、大面积水域等信号反射物，以避免多路径
13、误差。但在崩滑体的变形监测中上述要求往往难以满足，因为监测点的位置通常是由地质人员根据滑坡、断层的地质构造和受力情况而定，有时又要考虑利用老的观测墩和控制点。测量人员的选择余地不大，从而使不少变形监测点的观测条件欠佳。1.2.3. 结论从上面分析可得，利用GNSS进行变形监测的优点要远远大于缺点的制约，所以说：GNSS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，国外从20世界80年代开始用GNSS进行变形监测。从90年代以来，世界上许多国家纷纷布设地壳运动GNSS监测网，为地球动力学和地震与火山喷发预报服务。例如，日本国土地理院从1993年开始了GNSS连续观测网的筹建工作，到199
14、4年日本列岛已建立由210个GNSS连续观测站组成的连续监测系统（COSMOS），目前的观测站总数以发展到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，并清晰地记录了地震前后的地壳形变。此后，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、准确、精细地监测与分析地壳运动方面起到了很大作用。1.3. 华测GNSS自动化监测系统应用实例1.3.1. 东海大桥监测系统东海大桥起始于上海南汇区芦潮港，北连沪芦高速公路，南跨杭州湾北部海域，直达浙江嵊泗县小洋山岛，全长32.5公
15、里。本GNSS自动化监测系统于2006年建成投入使用，系统分别由1个参考站和8个监测站组成。参考站设在附近颗珠山基岩上；主航道斜拉桥设3个监测站，梁桥塔顶各设1个，跨中桥面各设1个；颗珠山斜拉桥设5个监测站，4个塔顶各设一个，跨中桥面设1个。数据传输采用先进的光纤数据传输方式，与GNSS系统常用的数传电台通讯方式比较，一方面提高了系统的通讯可靠性，另一方面提高了数据传输速度。控制中心配备两台服务器，一台用于设备控制，另一个台用于数据分析和图形处理，以及终端服务。结合专业的数据处理软件，实时对数据进行分析和图形处理。经过近三年的连续运行，东海大桥实时GNSS形变监测系统运行可靠，稳定。期间分别多
16、次进行对比测试，实测监测数据与其它传感器监测结果进行比较互差都在1cm以内；在此期间也分析了荷载试验对桥梁结构的影响、分析了台风影响下的形变情况、桥中跨24小时受温度影响的情况、地震前后的桥梁的变化情况等。比较的结果表明，GNSS数据处理软件的精度达到了毫米级的精度，大桥的形变情况符合事实。东海大桥监测系统1.3.2. 瓮福磷矿尾矿库监测系统贵州省福泉市拥有丰富的矿产资源，工业发展迅猛。瓮福（集团）有限责任公司是集磷矿采选、磷复肥、磷煤化工、氟碘化工生产、科研、贸易为一体的国有大型磷化工企业，年产磷矿石450万吨、磷酸90万吨、硫酸200万吨、磷复肥250万吨。瓮福磷矿尾矿库的安全稳定在矿山的
17、安全生产和环境保护中具有十分重要的意义。本监测系统分别包括翁福磷矿尾矿库及渣场的堆积坝和边坡的位移监测，共设计了2个参考站1由于本系统所监测的两个区域比较远，所以参考站是相对独立的和20个监测点，同时采用华测X60M GNSS监测专用接收机及一机多天线技术，另外、由于供电来源于几个不同的自然村，存在随时断电的可能，所以系统在实施时增加了加电自动开始数据的采集、发送、解算等功能。本GNSS自动化监测系统采用准实时自动解算的功能，系统24小时不间断准实时解算出各监测点三维坐标2由于业主要求，本系统解算每个监测点的周期为2分钟，所以在一定程度上影响监测结果的精度，解算精度平面为5mm高程为8mm。同
18、时系统自动分析出坝体及边坡的变化规律，从而做到了及时预警，消除事故隐患，为尾矿库管理者提供了决策依据，确保了尾矿库的安全运行。瓮福磷矿尾矿库监测系统1.3.3. 黑岱沟露天煤矿边坡监测系统露天煤矿在生产过程中，随着煤层的不断被开采挖掘，矿坑会不断的加深加陡，边坡会越来越突出。露天煤矿边坡变形及滑坡对安全生产的影响是造成局部或全矿停产、人员伤亡、设备毁坏和地面建筑破坏等。黑岱沟露天煤矿监测系统采用华测双频X60M监测专用接收机，通过高频无线传输终端的方式实时传输GNSS原始数据到控制中心，控制中心准实时（解算周期为3小时一次）解算出各监测点三维坐标，解算精度为平面优于3mm，高程优于5mm，数据
19、分析软件实时分析各监测点变化规律，同时本系统增加了内部位移监测手段，数据分析软件结合GNSS监测数据对不同深度内部位移的监测结果也进行实时分析，并有效、及时做到报警，从而对边坡的稳定性作出分析，对于传统的监测手段节省了大量的人力、财力和物力，也实现了自动化监测目的。软件系统具有可扩展性，为升级留有很大空间，兼容其他系统检测数据。黑岱沟露天煤矿边坡监测系统1.3.4. 华测历史监测项目项目名称地点日期润扬大桥健康监测系统江苏镇江2006年1月东海大桥健康监测系统上海市2006年3月阳逻江大桥健康监测系统湖北省武汉市2007年5月贵州瓮福尾矿库坝体及边坡监测系统贵州省贵阳市2008年8月云浮硫矿尾
20、矿库坝体及边坡监测系统广东省云浮市2009年4月河北金川矿业采空区地表沉降监测系统河北省邯郸市2009年6月上海长江大桥健康监测系统上海市2009年6月宁波五路四桥健康监测系统浙江省宁波市2009年7月黑岱沟露天煤矿边坡监测系统内蒙古准格尔2009年9月拉西瓦果卜滑坡监测青海贵德2010年3月苗家坝库区滑坡体监测甘肃陇南正在实施华测历史监测项目列表注：除上述已建设完成的大型监测项目外、还包括已完成和在建中的许多小型监测项目。第二部分 卡拉滑坡体GNSS自动化监测系统概况及设计原则2. 监测区域概况2.1. 工程概况卡拉水电站工程区位于凉山州木里县雅砻江中游河段内，为雅砻江干流两河口至江口段梯级
21、开发11级中的第6级，坝址位于木里县卡拉乡境内，受自然条件限制，目前对外交通不便，距西昌市约406km。电站初选水库正常蓄水位1987.00m，坝顶高程约1992.00m，最大坝高约128m，初选总装机容量约1000MW，回水至杨房沟水电站，水库长约34km。总库容约2.56亿m3，调节库容约0.381亿m3。卡拉水电站工程区为高山峡谷地区，岸坡陡峭，卡拉水电站工程区滑坡体一期安全监测工程主要监测库区内的周家、八通、上田镇、下田镇、田三、下马鸡店、草坪七个滑坡体。滑坡体平均坡度为30度左右，高差在700m900m之间，植被较少，多为灌木。滑坡体规模巨大，崩坡积层较厚，断层、节理发育，局部倾倒变
22、形迹象明显，工程地质条件十分复杂。周家滑坡体地处雅砻江右岸，距坝址约10.7012.50km。周家滑坡体总体呈不规则的“m”形展布，上游侧的“n”形比下游侧高，上游侧以山脊为界，下游侧以一冲沟为界，后缘至陡缓交界处，前缘直抵雅砻江，中部分布一条较大冲沟。滑坡体地形前陡后缓，在2200m高程以上坡度约2035，以下总体坡度约3542。上下游长度约1880m，前后缘长约6801200m，分布面积152.5104m2，平均厚度47.86m，其中最大垂直揭露厚度70.10m，总方量约7299104m3。八通滑坡体位于雅砻江右岸，距坝址约6.407.7km。坡向沿NEE向展布，整体形状呈上小下大的啦叭型
23、展布。上下游均以冲沟为界，前缘高程约1925m，后缘高程2650m，前后缘高差约720m，上下游长度约1150m。滑坡体总体地形前陡后缓，高程2200m以下较陡，边坡坡度3550，公路以下边坡陡立，高程2200m以上较缓，边坡坡度2030。滑坡体分布面积112.5104m2，平均厚度108.52m，其中最大垂直揭露厚度202.9m，总方量为12208104m3。上田镇滑坡体位于坝址上游右岸，距上坝址约370910m，总体积约624104m3，滑坡体前陡后缓，滑坡体边坡坡度3040，滑坡体从江边到滑坡体后缘平面距离约660m，沿江边长485m。其中蓄水位以下方量约113.1万m3，蓄水位以上方量
24、约510.9万m3，属大型滑坡体。下田镇滑坡体地处坝址下游2.33.4km，位于雅砻江右岸。滑坡体地形前陡后缓，在2300m高程以上坡度约2030，以下总体坡度约30，在高程1990m以下临江岸坡较陡，为5055。上下游长度约1230m，前后缘长约1500m，分布面积170.6104m2，平均厚度71m，总方量为12200104m3，属巨型滑坡。田三滑坡体位于雅砻江右岸，在下田镇村下游约1000m，处于坝址下游，距离约4.24.9km。滑坡体近东西向展布，西侧以基岩山坡为界，东侧基本以冲沟为界，长约640m。前缘高程约1900m，直抵雅砻江；后缘高程2650m，为坡度陡缓交替处，前后缘高差约7
25、50m，南北长约1600m。在2260m高程以上坡度约2025，以下总体坡度约3035。滑坡体西侧发育有一深切冲沟，长约900m，沟宽约20100m，前缘最大下切深度约80m，向坡内延伸长。滑坡体分布面积93.2104m2，平均厚度40m，其中最大垂直揭露厚度78.4m，总方量为3662104m3。下马鸡店滑坡体位于坝址下游，距离坝址11.713.2km。中前部整体呈缓坡状，坡度约30，局部较陡，约45，后部较陡，整体坡度约50。上下游长度约1570m，前后缘长约1380m，分布面积238.0104m2，平均厚度42.8m，其中最大垂直揭露厚度128.84m，总方量为10176.1104m3。
26、草坪滑坡体位于坝址下游15.2-16.7km，体积约13171.0104m3，为级下游河道边坡，滑坡体呈漏斗型，滑坡体上下游长度约1900m，一般厚度约100m，体积约13171104m3。滑坡体前部坡度约50；中部较平缓，坡度约25；后部较陡，坡度约40。2.2. 工程地形、地质条件滑坡体分布河段长约30km左右，河谷为典型的“V”型高山峡谷地貌，谷底狭窄，两岸山脊高程均在3000.00m以上。沿江两岸岸坡多为陡壁和陡坡，直通江边，坡度一般4060；各滑坡体所处河段坡度相对较缓，一般为2035。河水面高程约1880.001933.00m，河道较狭窄，河面一般宽度50100m，水流湍急。两岸冲
27、沟较发育，区内沟谷大多垂直雅砻江。岸坡为基岩出露与第四系覆盖交互分布，植被不发育，在高程2800.00m以下树木一般较少，以杂草、灌林为主。该区出露的地层主要有三叠系上统杂谷脑组(T3z)的砂质板岩、变质砂岩、含炭质板岩、大理岩，和二叠系上统冈达概组(P2g)灰绿色、深灰色变基性火山岩、泥砂质岩及泥、砂岩，元古界下村岩群(Pt1-2XC)云母片岩、钠长石英岩夹绿泥片岩、变粒岩及大理岩，以及上覆第四系松散堆积层。工程区范围内地质构造较发育，前波断层从工程区内通过，东部外围分布羊奶向斜，西部外围分布催保向斜及藏翁断层，南部有长枪穹窿倾伏端出露。区内的节理发育，主要发育N17W SW31、N58E
28、NW84、N50W NE70、N53E SE70、N87E SE77的五组剪节理，其中产状N17W SW31的一组剪节理最为发育，节理间距较为规则，平均间距约2.5m。据野外地质调查及钻孔揭示，滑坡区地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水，地下水埋深较大，水位埋深一般4060m。坡体地下水排泄路径通畅，地表排水条件较好。地下水主要接受大气降雨补给，在深切冲沟发育处受冲沟水渗入补给。2.3. 边坡等级划分预可阶段参照水电水利工程边坡设计规范(DL/T5353-2006)规定，结合卡拉枢纽特征及滑坡体可能失稳模式及危害，将滑坡体分为枢纽工程区边坡、水库边坡及下游河道边坡等三类，其中库内滑坡体距坝址2
29、km以内的初步拟定为A类级枢纽工程区边坡、距坝址2km5km的为B类级水库边坡、距坝址5km以外的为B类级水库边坡；坝下滑坡体距坝址2km以内的为级下游河道边坡、距坝址2km15km为级下游河道边坡、距坝址15km之外的为级以下下游河道边坡。水电水利规划设计总院会同四川省发展和改革委对卡拉水电站预可报告审查意见同意上述对滑坡体类别和安全级别划分，上坝址滑坡体类别和级别划分见下表1-3-1。相对于上坝址边坡类别和级别划分表滑坡体名称体积(万m3)规模与坝址的关系边坡类别、级别边坡类别级别周家滑坡体7299.0特大型上游10.7012.50kmB类水库边坡级八通滑坡体12208.0巨型上游6.40
30、7.70kmB类水库边坡级上田镇滑坡体624.0大型上游0.370.91kmA类枢纽工程区边坡级下田镇滑坡体12200.0巨型下游2.303.40km下游河道边坡级田三滑坡体3662.0特大型下游4.204.80km下游河道边坡级下马鸡店滑坡体10761.1巨型下游11.6013.10km下游河道边坡级草坪滑坡体13171.0巨型下游15.2016.70km下游河道边坡级以下3. 监测目的和任务随着大坝施工建设的进行，水库滑坡及其影响区的稳定状态具备不确定性因素。为及时掌握滑坡堆积区、新建筑物及加固围堰等的变形规律，预测边坡及滑坡可能变化的范围及其变化趋势，并能够及时采取相应的处理措施，确保卡
31、拉滑坡体的建设及长期安全，建立长期监测系统显得十分必要和意义重大。监测的主要任务是：（1） 针对滑坡体及影响区的具体特征、影响因素，建立较完整的监测剖面和监测网，使之成为系统化、立体化的变形监测系统；（2） 及时快速的对滑坡区及影响区位移量做出评价，并进行预测预报，将可能发生的地质灾害危害降到最低限度；（3） 建立长期监测系统，对场地滑坡体的变形进行分析研究，为同类工程积累经验，丰富理论。监测应达到以下目的：（1） 形成立体监测网；（2） 监测边坡及滑坡的变形动态，对其发展趋势做出预测预报；（3） 对比评价不同条件下及不同监测手段的监测数据，进一步预测边坡及滑坡变形的趋势，指导场地规划建设。4
32、. 监测设计的原则和依据华测GNSS变形监测系统是一个集结构分析计算、计算机技术、通信技术、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强大并能真正长期用于结构损伤和状态评估，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，遵循以下设计原则和依据。4.1. 监测设计原则（1） 在充分利用现有资料和现有资源的基础上，建立高精度的的GNSS控制网，以高精度GNSS控制网作为基准，在整个萝卜岗存在不稳定的区域建设GNSS监测观测点，而且GNSS观测点的位置选择要与其它监测手段相结合的原则，而且专业监测与群众监测相结合的系统化、立体化监测系统。及时测定
33、和预报边坡及滑坡的位移等变化情况，并为长期稳定性预测研究提供资料。（2） GNSS自动化监测系统应具备完全自动化、数据采集稳定可靠，所有系统综合分析评价科学快捷，所得到的监测数据及结果应能够为场地规划建设及地质灾害预测预报提供依据。（3） 高精度GNSS控制网要定时和国际IGS网联测3具体联测要求请参考GNSS 测量规范，然后通过GAMIT或Bernese软件解算，采用同济大学或者武汉大学专用平差软件进行平差，前三次联测周期至少保证半年一次，如果控制网比较稳定，联测周期可以适当放宽到一年一次。（4） 科学合理性原则n 监控对象的选取有科学和法律依据，尤其符合相关安全规程和规定，是必要的；n 监
34、控手段的选取有高科技含量，是先进的；n 监控效果准确有效。（5） 经济实用性原则n 凡是需要较大投入的监控项目都是需要经常使用的；n 凡是原系统已具备的功能或结构装置，只要准确有效，都采用系统整合的方法加以利用，相互配合；n 所有涉及的技术手段，在保证长期可靠有效的前提下，采用最经济的方案；n 所有的操作功能都采用最简洁的使用方法、做到直观方便、性能稳定以及维护简单。（6） 系统可扩展性原则n 在监控方案要求改变时，本次投入的软硬件设备能够继续使用，最大限度减少重复投入；n 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，便于系统功能扩充和监测成果的开发利用；n 系统软件系统支
35、持其它监测设备数据分析、支持人工巡检记录等。4.2. 监测技术依据本系统建设方案设计严格遵循以下相关规范：名称编号批准单位年份崩塌、滑坡、泥石流监测规范DZ/T0221-2006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CJJ 73-97中国建设部1997精密工程测量规范GB/T 15314-94国家技术监督局1994-12-22建筑变形测量规程JGJ/T8-97国家一、二等水准测量规范GBl2897-91国家三、四等水准测量规范GB12898-91工程测量规范GB50026-93UNAVCO 基准站建立规范国际UNAVCO组织IGS基准站建立规范国际IG
36、S委员会混凝土结构设计规范GBJ 1089建设部建筑物防雷设计规范GB5005794监测执行规范5. 监测内容和技术要求5.1. 监测范围根据监测设计原则，卡拉滑坡体安全监测分期实施，一期安全监测范围包括以下滑坡体：（1） 周家滑坡体安全监测（2） 八通滑坡体安全监测（3） 上田镇滑坡体安全监测（4） 下田镇滑坡体安全监测（5） 田三滑坡体安全监测（6） 下马鸡店滑坡体安全监测（7） 草坪滑坡体安全监测（8） 监测控制网5.2. 监测具体内容本监测系统监测的主要内容是通过在卡拉滑坡体表面不同位置布置一些GNSS观测点，在各观测点上安置GNSS天线，各接收机观测的数据通过无线的方式实时传输到控制
37、中心，控制中心软件准实时解算出各监测点的三维坐标并保存到数据库，最终通过数据分析软件自动分析各监测点的变化量、变化趋势，并结合其它监测设备对各个滑坡体整体的稳定性进行分析。5.3. 监测技术要求本GNSS自动化监测系统的具体技术要求为：（1） 各参考站的位置选择要遵守GNSS参考站网技术规范，同时也要考虑服务的对象；（2） 各监测点的选择也必须遵守GNSS测量的要求，同时也要考虑监测的任务、周围现有资源情况以及交通等情况；（3） 数据通讯和供电系统要尽量利用卡拉滑坡体现有资源；（4） 数据处理中心最好设立在专门的机房里，同时要具备面向公网的固定IP地址，从而便于系统的远程管理与维护。5.4.
38、监测系统的技术指标（1） 各监测点的响应时间为12小时一次，但是系统支持实时、1小时、3小时、6小时等不同时间长度原始数据解算；（2） 各监测点的精度平面中误差小于3mm、高程中误差小于5mm；（3） 系统完全是自动运行，如数据自动传输、数据自动处理及自动网平差、数据自动分析、自动报警及自动生成报表等；（4） 数据分析软件应为基于WEBGIS平台的可视化系统，预防滑坡灾害管理与防灾决策，建立滑坡监测信息发布网站，同时该系统软件支持其它监测手段数据输入并能自动分析等功能，如全站仪、岩土设备等。5.5. 监测坐标系统平面坐标系统采用：（1） 1984年世界大地坐标系（WGS-84）（2） 独立坐标
39、系：WGS-84椭球高斯投影坐标系（中央子午线10121，Y加常数20000m）高程系统采用：（1） GNSS大地高系统第三部分 卡拉滑坡体GNSS自动化监测系统整体设计卡拉GNSS自动化监测系统包括硬件系统和软件系统两大部分，如下图所示：卡拉GNSS自动监测系统拓扑图6. 硬件系统卡拉GNSS自动化监测系统硬件部分总体可分为：GNSS接收机部分、数据通讯部分及其它辅助部分，如下图为此部分组成结构图。卡拉GNSS自动监测系统硬件部分组成结构图（1） GNSS接收机部分：即各GNSS参考站、监测站接收机，负责卡拉变形监测原始数据的采集；（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
40、控制中心，根据系统的特点，本系统采用无线高频的方式进行数据传输；（3） 辅助支持系统：由监测现场及监控中心，其辅助整个卡拉GNSS自动化监测系统正常运行的设备组成，包括供电、避雷、综合布线及外场机柜等子系统组成。6.1. GNSS接收机部分6.1.1. GNSS参考站卡拉滑坡体GNSS参考站是整个卡拉滑坡体表面位移监测的基准框架。它长期连续跟踪观测卫星信号，通过数据通讯网络实时传输GNSS原始观测数据到控制中心，几个参考站联合组网，并实时为各监测站提供高精度的载波相位差分数据及起算坐标。对于本GNSS自动化监测系统我们共设立4个参考站，参考站的具体布置参照下图，GNSS参考站的布置图本系统参考
41、站需定时和国际IGS网进行联测（本参考站网统一采用国际地球参考框架（如ITRF97）为基准进行解算，解算软件采用Gamit或Bernese，网平差软件采用武大或者同济大学的专用网平差软件）。在监测初期，联测周期至少保证6个月一次，如果参考站网络比较稳定，联测周期可以适当放宽到1年一次。（1） GNSS参考站选址GNSS参考站选址要求应满足以下要求：n 覆盖并均匀分布整个监测区域，并兼顾参考点距离监测点最近的原则；n 场地稳固，年平均下沉和位移小于2mm；n 视野开阔，视场内障碍物的高度不宜超过15；n 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
42、波无线电传送通道，其距离不得小于50m；n 尽量靠近数据传输网络；n 天线蹲的高度不低于2米；n 观测标志应远离震动源。（2） 参考站基建参考站观测墩示意图1） 观测墩的建设要求在满足以上要求的前提下，分别在周家滑坡体对岸下游附近、八通滑坡体对岸、田山滑坡体对岸及下马鸡滑坡体与草坪滑坡体之间分别建设一个GNSS参考站，其GNSS参考站观测墩的建设应满足以下要求：n 观测墩应浇注安装强制对中标志，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；n GNSS观测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、石子及其他添加剂的用量以及混
43、凝土施工的要求均按照表一的要求执行；n GNSS观测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的普通钢筋；n 基座建造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，在基座中心垂直安置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；n 混凝土浇灌至地面下0.2米时，在观测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；n 双频天线的保护罩要采用全封闭式（如下图
44、2），以起到防水、防风等效果，同时天线罩的衰竭率不大于1%；n 可利用观测墩基坑，加筑用于存放太阳能蓄电池的水泥槽。观测墩设计图强制对中标志2） 灌制混凝土标石所用材料应符合下列要求n 采用的水泥标号应不低于425。制作不受冻融影响的混凝土标石，应优先采用矿渣和火山灰质水泥，不得使用粉煤灰水泥。制作受冻融影响的混凝土标石，宜使用普通硅酸盐水泥。在制作受盐碱、海水或工业污水侵蚀地区的标石时，须使用抗硫酸盐水泥。在沙漠、戈壁等干燥环境中的标石，不得使用火山灰质水泥；n 石子采用级配合格的540mm的天然卵石或坚硬碎石，不宜采用同一尺寸的石子；n 沙子采用0.153mm粒径的中砂，含泥量不得超过3%
45、；n 水须采用清洁的淡水，硫酸盐含量不得超过1%；n 外加剂可根据施工环境选用，如早强剂、减水剂、引气剂等，其质量应符合相应规定，不得使用含氯盐的外加剂。材料种类配粒直径（mm）水水泥砂石配合比例重量，kg重量，kg重量，kg重量，kg（体积，m3）（体积，m3）（体积，m3）（体积，m3）碎石54018030060012260.6：1：2.2：4.09（0.18）（0.30）（0.44）（0.82）0.6：1：1.47：2.73卵石54017028567212480.6：1：2.36：4.38（0.17）（0.28）（0.45）（0.83）0.6：1：1.61：2.96每立方米混凝土制作材料用量表注：n 表中配合比适用中砂，当采用细砂或粗砂时，水和水泥用量相应增加或减少17kg和10 kg
