基于GNSS的边坡自动化监测系统应用研究

2022-04-27王豪威

地理空间信息 2022年4期

王豪威

（1.核工业航测遥感中心,河北石家庄 050002）

近年来，随着GNSS技术[1-2]、数据远程传输技术[3]和互联网技术[4]的不断成熟，使得边坡监测越来越向全天候、高精度、自动化方向发展，自动化监测方法[5-7]的出现改变了人工观测方式，系统服务器24 h工作，能够保证及时对数据进行解析处理，以便随时掌握边坡的安全情况[8]。本文从某工程边坡安全稳定的角度出发，以GNSS技术为基础，将其与数据远程传输技术相结合，构建边坡自动化监测体系，运用到边坡结构安全监测中，并对其监测结果进行了研究。

1 GNSS自动化监测关键技术

利用GNSS技术进行边坡监测，包括基准站和采集站，将1台GNSS接收机固定稳固安置在远离变形区域的位置作为基准站，另外多台GNSS接收机安置在坡体位移点作为监测站，基准站和监测站同时启动，并以载波相位作为观测量，通过数据传输系统将同一时刻的GNSS基准站和GNSS监测站的原始观测数据发送到监测中心，利用专业软件对数据进行自动解算处理，从而得到监测站实时的mm级坐标值[9]。

2 边坡监测系统建设

基于GNSS的边坡自动化监测技术是由数据采集终端、通信网络和监测中心组成[10]。数据采集终端可以在边坡上连续工作，它将各个独立的数据通过GPRS网络发送到监测中心。通信不受距离限制，可以把监测中心设置在远离环境恶劣的监测现场，有效保障了系统的正常运行。

2.1 数据采集终端建设

依据边坡工程钻探、地质勘查和设计施工等已有资料，在边坡变形区外一个稳定基础上布设一个GNSS基准点，点名：（GNSS JZ1），设置定时启动，与其他监测站同步运行；在变形区关键断面处布设4个GNSS监测点，点名：（GNSS 101—GNSS104）。

2.2 通信网络建设

GNSS接收机内置数据传输模块，采用成熟的GPRS网络，通过灵活地控制设备的采集制度，进行无线传输。在监测中心搭设服务器，服务器连接到网络，该服务器拥有固定的IP地址和端口，GNSS接收所连接的数据传输模块在通信网络覆盖的范围内时，数据采集终端就可以自动地在规定的时刻将数据发送到监测中心，也可以接受监测中心的指令对系统做各种参数设置或执行其他的操作。

2.3 系统软件建设

边坡自动化监测系统以计算机、数据库、安全监测等技术为核心，统一流程规范、统一技术标准、统一数据管理，构建分层的在线安全监测系统。

1）项目配置功能：用户可在主页面中对不同项目的监测数据进行查看，主要包括监测数据、监测项目、测点布置图、监测成果表（包括阶段测值、累计测值、变形差值、变形速率、数据预警判断结论等）和监测曲线图。

2）数据采集传输功能：数据采集传输系统的设备主要包括数据采集仪、串口服务器、A/D转换设备、传输线缆以及无线数据传输模块组成，对各个监测子项，将视边坡现场环境布置信息采集传输节点，将传感器所获取的实时数据经由无线数据传输模块上传至中心服务器主机进行数据记录与分析。

3）数据分析功能：监测分析选项是对现场所有设备采集返回的数据进行整理，并根据时间排序展示在系统中。系统会对数据进行自诊断，判断其有效性，主要实现方法是通过对比同组别的数据与历史数据，查看其是否是单一突变值。对有效的数据，系统将分类进行整理分析，用户可根据自己所需要的数据进行查看和分析。

4）监测预警功能：全部监测数据均由计算机数据库管理，同时对数据设置分级控制，根据监测控制指标的不同范围将预警分级来进行监测过程管理。

3 监测数据分析

监测系统建设完成并经过软件测试，于2019年10月底投入运行，经过2019-11-01~2020-01-30的实时监测，已获取边坡4个GNSS监测点1 923条的有效数据量，其中X变化为正表示向东位移，反之为向西位移；Y变化为正表示向北位移，反之为向南位移；Z变化为正表示向上上升，反之为向下沉降。

3.1 GNSS基准站稳定性分析

GNSS基准站设置在变形区外，且选点在基岩上，为保证基准站点坐标信息的可靠性，在2019年11月至2020年1月期间共进行3次复测。基准站复测采用多时、多数据的实时坐标采集法，GNSS基准站定位数据会在相同时间段下最少采集两次，每次采集4 h以上，每3 s输出一个定位数据。每次采集数据都会进行计算得出一个坐标信息，最后将3次计算出的坐标信息进行对比，结果见表1。由表1中数据分析得出，GNSS基准点已经处于稳定状态。