北斗卫星实时监测水库群坝体变形技术

任务来源：

技术领域：水利信息化

技术来源：该技术源自2014年度水利部公益性行业专项经费项目《北斗卫星实时监测水库群坝体变形技术研究》（项目编号201401072）的研究成果。

技术原理

北斗卫星实时监测水库群坝体变形技术，基于国产北斗卫星系统，实现土石坝表面变形的全天候、自动化监测，包含大坝监测专用北斗接收机、高精度北斗监测误差改正算法与模型、北斗实时变形监测与分析应用软件和自动化监测系统设计、建设与验证集成技术等方面。

技术特色

基于国产北斗导航卫星系统，研制了适应土石坝变形监测的专用北斗接收机，接收机自带防浪涌模块，具备WiFi自组网通信功能；针对土石坝坝面特性和北斗星座特点，建立了基于载波相位观测值域的多路径误差改正模型；开发有北斗实时变形监测与分析应用软件系统，支持水库群毫米级精度北斗监测；总结形成了土石坝GNSS监测系统方案设计、施工建设、运行维护和精度验证的成套技术；提出了建立城市毫米级精度GNSS基准网的相关技术方法并进行了试验验证分析；依托深圳水务系统建设完成了4个水库坝体的大坝北斗变形监测应用示范平台，系统运行超过了2年，接收机硬件和软件平台的故障率小于0.1%，GNSS数据完整率达到99.99%，水平监测精度优于1mm，垂直监测精度优于3mm，并取得了应用单位的一致好评。

技术指标

   （1）大坝变形监测专用接收机：支持北斗、GPS、GLONASS三个星座6个频点；数据输出格式：RTCM，RINEX；北斗卫星信号B1/B2载波相位精度：0.5mm；GPS卫星信号L1/L2载波相位精度：0.5mm；数据更新率＞1Hz；外设接口具有USB，RJ45，SNMP管理端口；自带信号防雷模块；具备远距离WiFi自组网数据传输功能。
（2）高精度土石坝北斗变形解算算法：针对土石坝周边环境和北斗卫星不同类型星座（GEO、IGSO、MEO）特色进行多路径误差改正，解算1～4h观测时段的1km以内的短基线，精度达到水平方向1～2mm，高程方向2～3mm。
（3）北斗多模实时变形监测与分析应用软件系统：支持300个以上监测站数据的实时传输与实时解算，4h水平变形监测成果精度优于3mm；24h时段变形监测成果，水平精度优于3mm，垂直精度优于3mm。

应用范围及前景

技术成果适用于土石坝表面变形的自动化监测，可同时获取监测点平面和高程方向上的三维变形，具有实时、自动化、全天候监测的特点。特别适用于高坝大库、城市水库群坝体及边坡的表面变形监测。同时适用于高边坡、高层建筑、桥梁、海堤等重大工程设施的变形监测，应用前景广阔。
深圳市毫米级北斗监测基准站网案例：在深圳市布设28座基准站的组网布置方案。精度评估结果表明：在连续观测时长达到2h以上的情况下，各水库北方向、东方向上的监测精度可达到3mm，在连续观测时长达到24h的情况下，高程监测精度可达到3mm。基于基准站网的在线应急监测，能在数小时内快速部署形成实时、全天候监测系统。
截至2018年1月，项目成果已在深圳市茜坑水库、西丽水库、松子坑水库、炳坑水库进行了业务化应用，共计建设基准站4个，监测站39个，最长运行时间已超过30个月。

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龚春龙

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深圳市水务规划设计院有限公司、武汉大学、深圳市西丽水库管理处

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