地灾监测预警系统方案

华测地质灾害监测系统上海华测导航技术有限公司2013年7月目录第一章地质灾害滑坡体监测设计的原则、依据和技术指标 (1)2.1监测的内容和任务 (1)2.2监测设计的原则、依据和技术指标 (1)2.3监测依据 (3)2.4系统技术指标 (4)第二章滑坡立体监测设计 (5)2.1 拟设计监测的主要的参数 (5)2.2 滑坡体监测拓扑图 (6)2.3 现场监测各子系统 (8)2.3.1 高精度GPS自动化监测 (8)2.3.2 滑坡体表面裂缝监测之振弦式裂缝计 (24)2.3.3 滑坡体表面裂缝监测之拉线式裂缝计 (28)2.3.4滑坡体固定测斜深部位移监测 (30)2.3.5 孔隙水渗压计水位监测 (36)2.3.6土压力计 (39)2.3.7 土壤温湿度监测 (43)2.3.8气象监测站 (44)2.4北斗传输 (45)第三章、软件介绍 (46)第四章、服务体系 (49)4.1 保修、维修和升级服务 (49)4.2 技术培训 (50)4.3 技术服务 (51)第一章地灾监测技术指标2.1监测的内容和任务1)针对不同地质灾害点具体特征、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、立体化的监测系统；2)及时快速的对不同地质灾害点的现状做出评价，并进行预测预报，将可能发生的危害降到最低限度；3)能够为各个滑坡体建立起地表位移变化、内部位移变化和水位变化的系统监测网络，建立管理平台，各级地质环境监测主管部门都能实时的了解滑坡体的安全状况，以便及时采用相应的管理措施。

4)监测滑坡体地表形变区的位移变化动态，内部位移变化的动态和滑坡体内部水位变化动态对其发展趋势做出预测预报；5)对比评价不同条件下的监测数据，进一步预测地表形变区域变形的趋势，指导场地规划建设。

6)及时反应出地表形变区的安全情况，为地质环境监测主管部门提供可靠的依据。

2.2监测设计的原则、依据和技术指标本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。

1)监测设计原则(1)科学合理性原则⏹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；⏹监控手段的选取有高科技含量，是先进的；⏹监控效果准确有效。

(2)经济实用性原则⏹凡是需要较大投入的监控项目都是需要经常使用的；⏹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；⏹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；⏹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。

(3)系统可扩展性原则⏹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；⏹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；系统软件系统支持其它监测设备数据分析、支持人工巡检记录等。

2.3监测依据本系统建设方案设计严格遵循以下相关规范：表2-1 系统依据的规范2.4系统技术指标1)各监测点的响应时间一般为4小时一次，最快可为几分钟一次，系统可根据需要进行设置；2)各监测子系统的监测精度达到国内先进水平：表面位移监测水平3-5mm，内部位移监测精度1.5″（量程不同，精度不同）等。

3)系统完全是自动运行，如数据自动传输、数据自动处理及表面采用GPS监测时的自动网平差、数据自动分析、自动报警及自动生成报表等，系统管理员可对系统进行远程控制、参数设置等操作；4)用户可根据各监测点位置的地质情况分别设置预警值，如果某监测点监测结果超过预警值，系统则通过短消息、声光或者E-mail的方式自动报警给相关人员；5)数据分析软件可自动分析各监测点的实时与历史三维变化情况、各监测点沉降速率实时与历史变化情况，通过各个监测点反映出整个滑坡体的形变动态；第二章滑坡立体监测设计2.1 设计方案地质灾害监测系统设计由清华同方股份有限公司设计，设计参考了当前所有新技术新方法，并积极引入新的科技手段，为滑坡体的可靠监测和治理提供了立体、科学的指导方向。

此次拟监测的方案如下：1)滑坡体表面位移监测；(GPS监测系统)2)滑坡体表面裂缝监测（裂缝计）3)滑坡体内部位移监测(固定测斜仪）4)滑坡体内部水位监测（孔空隙水渗压监测）5)滑坡体内部土压力监测（土压力计）6)组合气象站（雨量计、风速计、气压、风向、湿度、温度传感器）7)土壤温湿度监测（土壤温湿度传感器）2.2 滑坡体监测拓扑图图3-1 滑坡体监测拓扑图滑坡体监测系统主要由：滑坡体野外传感器采集系统、数据通讯系统和监控预警系统三大部分组成。

1)野外传感器部分：（1）表面位移监测a)采用高精度GPS定位设备b)滑坡体表面裂缝监测，采用拉线式位移计（2）滑坡体内部监测：a)采用固定测斜仪进行滑坡体内部位移监测b)采用孔隙水压力计进行滑坡体地下水位监测c)采用土压力计进行内部土压力监测，（4）一体化气象站（雨量计、风速计、气压、温度、风向、湿度传感器）（5）采用土壤温湿度传感器监测滑坡体的温度和湿度。

2)数据传输部分：由于滑坡体所处的位置，移动和联通的手机信号都比较好，考虑到通讯实时稳定性、建设成本本次滑坡采用3G进行通讯。

3)数据处理与控制子系统：由布置在监控中心的小型机系统、服务器系统及软件系统组成；4)辅助支持系统：包括外场机柜、外场机箱、配电及UPS、防雷等子系统。

2.3 现场监测各子系统2.3.1 高精度GPS自动化监测2.3.1.1 GPS自动化监测系统的工作原理全球定位系统(global positioning system，缩写为GPS)，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。

GPS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GPS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、GPS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：图3-2 GPS差分示意图通过近十多年的实践证明，利用GPS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1mm～2mm，高程精度为2mm～3mm。

应该说：利用GPS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GPS监测滑坡体是GPS技术变形监测的一种典型应用。

通常有两种方案：①用几台GPS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；②在监测点上建立无人值守的GPS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。

GPS监测系统成功应用于各大桥梁、边坡、大坝等监测项目。

随着中国自主研发建设的北斗卫星导航系统的逐步完善，北斗必将成为国际主流的卫星导航系统，目前GPS接收机已经可以实现全面兼容北斗卫星信号。

支持GPS+北斗解算，北斗系统在亚太的应用效果远远优于GPS，接收机在高遮挡地区抗干扰能力显著增强，GPS+北斗的解算模式更大程度的提高了监测数据的稳定性。

2.3.1.2 传统监测手段与GPS自动化监测系统优劣势对比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。

2）GPS自动化监测系统的优点(1)优点利用GPS定位技术进行地质灾害监测时具有下列优点：⏹测站间无需保持通视：由于GPS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中间过渡点），且不必建标，从而可节省大量的人力物力。

⏹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GPS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。

虽然采用GPS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。

⏹全天候观测：GPS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。

⏹易于实现全系统的自动化：由于GPS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GPS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。

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。

需要更高的监测精度时应增加观测时间和时段数正因为GPS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）总结从上面分析可得，利用GPS进行变形监测的优点要远远大于缺点的制约，所以说：GPS技术的应用给测量技术带来了一场深刻的革命。