徠卡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在邊坡安全防治中的應(yīng)用
發(fā)布日期：2020-03-03
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1、邊坡監(jiān)測(cè)的目的和意義
邊坡巖土體往往 呈現(xiàn)出非均質(zhì)性與各向異性特性，在開(kāi)挖、堆載、降雨、河 流沖刷、庫(kù)水位升降與地震等外部荷載作用下很容易進(jìn)入局部或瞬態(tài)大變形乃至 失穩(wěn)滑動(dòng)。我國(guó)每年由于巖土體失穩(wěn)而引發(fā)的大小滑坡數(shù)百萬(wàn)次，由此造成的經(jīng) 濟(jì)損失高達(dá) 100 ～ 200 億元，因暴雨、地震等引發(fā)的各類滑坡災(zāi)害至上世紀(jì) 90 年代累計(jì)死亡超過(guò) 10 萬(wàn)人。因此，對(duì)于邊坡工程特別是大型復(fù)雜邊坡，除了進(jìn) 行常規(guī)的工程地質(zhì)調(diào)查、測(cè)繪、勘探、試驗(yàn)和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)外，尚應(yīng)及時(shí)有效地開(kāi) 展邊坡工程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，預(yù)測(cè)邊坡失穩(wěn)的可能性和滑坡的危險(xiǎn)性，并提出相應(yīng)的 防災(zāi)減災(zāi)措施，對(duì)于確保國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展 與保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全具有重大意 義。
邊坡工程監(jiān)測(cè)的主要目的是：
評(píng)價(jià)邊坡施工及其使用過(guò)程中邊坡的穩(wěn)定程度，并做出有關(guān)預(yù)報(bào)，為崩 塌、滑坡的正確分析評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及治理工程等，提供可靠的資料和科學(xué)依據(jù) ；
為防治滑坡及可能的滑動(dòng)和蠕動(dòng)變形提供技術(shù)依據(jù)，預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)今后邊 坡的位移、變形的發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)監(jiān)測(cè)可對(duì)巖土體的時(shí)效特性進(jìn)行相關(guān)的研究 ；
對(duì)已經(jīng)發(fā)生滑動(dòng)破壞的邊坡和加固處理后的滑坡，監(jiān)測(cè)結(jié)果也是檢驗(yàn)崩塌、滑坡分析評(píng)價(jià)及滑坡處理工程效果的尺度 ；
為進(jìn)行有關(guān)位移分析及數(shù)值模擬計(jì)算提供參數(shù)。
邊坡工程主要應(yīng)用在交通、建筑、水利和礦山等各個(gè)建設(shè)領(lǐng)域中。
2、徠卡自動(dòng)化邊坡變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹
徠卡測(cè)量系統(tǒng)作為優(yōu)秀測(cè)量設(shè)備的供應(yīng)商，為邊坡工程監(jiān)測(cè)提供了優(yōu)秀的高 精度監(jiān)測(cè)設(shè)備外，根據(jù)全球眾多的應(yīng)用案例，結(jié)合實(shí)際情況，提供最優(yōu)的監(jiān)測(cè)設(shè) 計(jì)方案。 通過(guò)發(fā)現(xiàn) 早期不穩(wěn)定因素， 可以防止安全隱患區(qū)域 發(fā)生滑坡坍塌，避免 造成事故傷亡及經(jīng)濟(jì)損失。
2.1 邊坡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
徠卡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在邊坡安全防治中的應(yīng)用
根據(jù) 邊坡監(jiān)測(cè)具體要求，選擇采用監(jiān)測(cè)機(jī)器人或者 GNSS 進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)， 或者兩者配合運(yùn)行。依據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，可以將整個(gè)系統(tǒng)劃分成如下五個(gè)部分：
傳感器
供電系統(tǒng)
通訊系統(tǒng)
避雷系統(tǒng)
服務(wù)器系統(tǒng)
監(jiān)測(cè)傳感器參考位置需選擇常年穩(wěn)固的位置，監(jiān)測(cè)位置依據(jù)滑坡趨勢(shì)和相關(guān) 要求布設(shè)在感興趣位置或 滑坡斷面上； 24 小時(shí)不間斷供電保證傳感器采集的數(shù) 據(jù)完整性；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)通訊條件選用最佳的通訊方式將數(shù)據(jù)從監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)回傳到 監(jiān)測(cè)控制中心；優(yōu)秀的監(jiān)測(cè)控制軟件能夠統(tǒng)一管理監(jiān)測(cè)傳感器與大量監(jiān)測(cè)原始數(shù) 據(jù)，計(jì)算監(jiān)測(cè)位置的位移信息，為用戶決策提供可靠依據(jù)。
2.2 系統(tǒng)實(shí)施
2.2.1 傳感器安裝
監(jiān)測(cè)傳感器包括 TM30 ，氣象傳感器， GNSS 設(shè)備等。
2.2.1.1 TM30 監(jiān)測(cè)機(jī)器人安裝
TM30 觀測(cè)站、基準(zhǔn)控制點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)的原始基準(zhǔn)，點(diǎn)位一定要布設(shè)在穩(wěn)定 可靠的地方，全站儀觀測(cè)墩最好澆在基巖上，以防止點(diǎn)位變形；點(diǎn)位周?chē)鷽](méi)有大 的遮擋或干擾，為防止點(diǎn)位被破壞，在觀測(cè)點(diǎn)外圍還需要建立觀測(cè)房。
1. 觀測(cè)房建設(shè)
全站儀觀測(cè)房主要起防塵、防雨和防破壞的功能。
考慮到防盜 問(wèn)題， 一般 設(shè)計(jì)為有人值守的觀測(cè) 房 。觀測(cè)房設(shè)計(jì)為 2 室， 1 室 安置 TM 30 全站儀，另 1 室放置一張床和相關(guān)生活及取暖設(shè)施?？紤]到北方冬夏 溫差較大，為保證觀測(cè)精度，安置全站儀的房間里不能取暖，觀測(cè)時(shí)不能透窗觀 測(cè)，觀測(cè)房?jī)?nèi)溫度需要與室外一致；而居住管理員的房間內(nèi)則需要安裝取暖裝置 。 2 個(gè)房間要用 隔熱墻 完全分開(kāi)，進(jìn)戶時(shí)走不同的 防盜門(mén)。
該設(shè)計(jì)不僅便于防盜，而且對(duì)于保護(hù)儀器設(shè)備穩(wěn)定性，延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命等 都具有重要意義。土建的工作包括建筑材料準(zhǔn)備、觀測(cè)房、建造混凝土觀測(cè)墩、 基座底盤(pán)和對(duì)中螺絲和所需的電纜管道鋪設(shè)等工作。
觀測(cè)房主體將采用鋼混結(jié)構(gòu)建設(shè)，觀測(cè)窗宜采用電控自動(dòng)金屬卷簾門(mén)結(jié)構(gòu)。 建造觀測(cè) 房還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況靈活設(shè)計(jì)。
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現(xiàn)場(chǎng)全站儀控制箱技術(shù)規(guī)格為：不小于 60cm （高）× 40cm （寬）× 20cm （高）， 要求有絕緣背板，供設(shè)備安裝使用。
2. 棱鏡 點(diǎn)布設(shè)
棱鏡點(diǎn)分為后視點(diǎn)與監(jiān)測(cè)變形點(diǎn)，其中后視點(diǎn)必須布設(shè)在穩(wěn)定可靠的位置， 作為機(jī)器人工作時(shí)的定向點(diǎn)。 監(jiān)測(cè)變形點(diǎn)選在 邊坡斷面上或者能反應(yīng)邊坡形變的 位置 ，并且安裝牢靠，棱鏡類型也選取同一標(biāo)準(zhǔn)，一經(jīng)安裝，不能隨意拆除。
為防雨、防風(fēng)、防盜，所有棱鏡必須裝有棱鏡保護(hù)罩， 參考式樣如下：
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2.2.1 .2 氣象傳感器
氣象傳感器應(yīng)置于通風(fēng)遮蔭干燥處，一般安置在觀測(cè)房外部木質(zhì)百頁(yè)箱制成 的氣象觀測(cè)箱內(nèi)，木質(zhì)百頁(yè)箱的規(guī)格為 40cm × 40cm × 20cm ，內(nèi)設(shè)有供氣象儀安 裝的背板。 如圖所示：
氣象傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度和氣壓條件，通過(guò) GeoMoS 軟件識(shí)別并對(duì)測(cè)量數(shù) 據(jù)進(jìn)行氣象自動(dòng)改正，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)精度。
2.2 .1.3 GNSS 安裝
1. 選址測(cè)試
根據(jù)《全球定位系統(tǒng)（ GPS ）測(cè)量規(guī)范》 ，基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)選址時(shí)應(yīng)滿足以 下基本要求：
便于安置接收設(shè)備和操作，視野開(kāi)闊，視場(chǎng)內(nèi)障礙物的高度角不宜 超過(guò) 15 °
遠(yuǎn)離大功率無(wú)線電發(fā)射源（如電視臺(tái)、電臺(tái)、微波站等），其距離不 小于 200 m ；遠(yuǎn)離高壓輸電線和微波無(wú)線電信號(hào)傳送通道，其距離不 應(yīng)小于 50 m ；
附近不應(yīng)有強(qiáng)烈反射衛(wèi)星信號(hào)的物件（如大型建筑物等）；
交通方便，并有利于其他測(cè)量手段擴(kuò)展和聯(lián)測(cè)；
地面基礎(chǔ)穩(wěn)定，易于標(biāo)石的長(zhǎng)期保存；
充分利用符合要求的已有控制點(diǎn)；
選站時(shí)應(yīng)盡可能使測(cè)站附近的局部環(huán)境（地形、地貌、植被等）與 周?chē)拇蟓h(huán)境保持一致，以減少氣象元素的代表性誤差。
選址測(cè)試工作非常關(guān)鍵，數(shù)據(jù)須用專業(yè)質(zhì)量分析軟件（ Spider QC ）進(jìn)行完整 性、多路徑等關(guān)鍵因素分析，滿足條件了才能確定為站點(diǎn)。
2. 觀測(cè)點(diǎn)土建
GNSS 點(diǎn)在完成選址測(cè)試之后，根據(jù)觀測(cè)墩建設(shè)規(guī)范，建設(shè)帶有強(qiáng)制對(duì)中盤(pán) 的 GNSS 觀測(cè)墩。若觀測(cè)墩在野外，必須建造防護(hù)欄。
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3. GNSS 傳感器安裝
涉及傳感器部分的 GNSS 安裝簡(jiǎn)單，天線通過(guò)連接螺絲與強(qiáng)制對(duì)中盤(pán)相連， 接收機(jī)則擺放在配電箱中。
2.2 .2 供電系統(tǒng)
邊坡監(jiān)測(cè)環(huán)境一般比較惡劣，很少可以通過(guò)市電供給，考慮到監(jiān)測(cè)傳感器功 率普遍較低，單個(gè)最高不超過(guò) 10W ，完全可以通過(guò)光伏系統(tǒng)發(fā)電進(jìn)行供給。 光 伏系統(tǒng)一般分為兩類：獨(dú)立太陽(yáng)能供電系統(tǒng)和并網(wǎng)太陽(yáng)能供電系統(tǒng)。獨(dú)立太陽(yáng)能 供電系統(tǒng)分獨(dú)立直流供電系統(tǒng)和獨(dú)立交直流供電系統(tǒng)，而并網(wǎng)太陽(yáng)能供電系統(tǒng)則 一般指光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。 邊坡監(jiān)測(cè)普遍 采用獨(dú)立交直流供電系統(tǒng)，其原理如圖 ：
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供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以當(dāng)?shù)氐娜蛰椛鋾r(shí)數(shù)及月平均日輻射量的分布狀況為依 據(jù) , 從可靠性（負(fù)載要求的可利用時(shí)率為條件）和經(jīng)濟(jì)型（客戶所能接受的價(jià)位） 兩方面綜合考慮，確定出既能滿足負(fù)載用電要求，又使成本最低的太陽(yáng)能電池方 陣和蓄電池容量組合。 可供參考的公式如下：
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光伏供電設(shè)計(jì)合理，系統(tǒng)既可靠又經(jīng)濟(jì)，維護(hù)周期長(zhǎng)，反之將嚴(yán)重影響系統(tǒng) 運(yùn)行，所以野外光伏供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常重要。
2.2 .3 通訊系統(tǒng)
隨著科技的進(jìn)步，越來(lái)越多的通訊方式被用到測(cè)量中，目前可以實(shí)現(xiàn)的通訊 方式有： RS485 電纜通訊，光纖通訊， GPRS 通訊，電臺(tái)通訊和無(wú)線網(wǎng)橋通訊。根 據(jù)邊坡監(jiān)測(cè)的實(shí)際環(huán)境，合理選用通訊方式。
通訊是自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中非常重要的一部分，與數(shù)據(jù)獲取息息相關(guān)。良好的通 訊系統(tǒng)是完整有效數(shù)據(jù)的有力保障。下表為常用幾種通訊方式的優(yōu)缺點(diǎn)，僅供參 考：
徠卡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在邊坡安全防治中的應(yīng)用
當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)到此時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)位上的設(shè)備、線纜很多，必須要將它們安裝在一個(gè)配電箱中，配電箱內(nèi)部參考式樣如下，若有蓄電池，推薦使用膠體蓄電池 和地埋箱：
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安裝配電箱時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)：
防水、散熱好，避免夏天箱內(nèi)溫度過(guò)高；
箱體結(jié)實(shí)，防盜性能好；
箱內(nèi)布線整齊、合理，易于檢查與維修。
2.2 .4 避雷系統(tǒng)
避雷系統(tǒng)需防范直擊雷和感應(yīng)雷。 帶電積云與地面目標(biāo)之間的強(qiáng)烈放電稱為 直擊雷 ，而放電時(shí)，巨大的 沖擊雷電流在周?chē)臻g產(chǎn)生迅速變化的強(qiáng)磁場(chǎng) 稱為感 應(yīng)雷。感應(yīng)雷若不及時(shí)泄入地下，可能產(chǎn)生放電火花，引起設(shè)備損壞。
1. 直擊雷
全站儀觀測(cè)房以及 GPS 天線和接收機(jī)附近必須安裝避雷針，避雷針與天線橫 向距離不小于 3m ，避雷針高度按照“滾球法”確定，粗略計(jì)算即可。
2. 感應(yīng)雷
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保護(hù)器安裝在 GPS 接收機(jī)的天饋線路上，如下圖所示。當(dāng)受到雷擊過(guò)電壓時(shí)， 雷電流通過(guò)保護(hù)器雷電支路泄放到大地，從而保護(hù) GPS 接收機(jī)的安全。
安裝說(shuō)明：
將保護(hù)器安裝在防雨淋的地方。
將饋線和主機(jī)分別接在保護(hù)器的兩端。
用 2.5mm 2的絕緣銅導(dǎo)線將保護(hù)器的接地焊片連接到配電箱上。連接線 應(yīng)盡量短。
維護(hù)：
避雷器無(wú)需特別維護(hù)，平時(shí)只需檢查保護(hù)器輸入、輸出和接地線兩端連接是否可靠。當(dāng)通信中斷或通信質(zhì)量下降時(shí)，可將保護(hù)器去掉，并把天線和 GPS 接收 機(jī)相連，若通信狀態(tài)變好，說(shuō)明是保護(hù)器問(wèn)題應(yīng)更換或送修。
2.2 .5 服務(wù)器系統(tǒng)
系統(tǒng)服務(wù)器安置在大壩監(jiān)測(cè)中心，一般采用機(jī)架式服務(wù)器，服務(wù)器上安裝徠 卡監(jiān)測(cè)軟件 GNSS Spider 和 GeoMoS 。如下圖所示：
系統(tǒng)服務(wù) 器安裝時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：
安裝在線式 UPS ，確保即使斷電系統(tǒng)也可以繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間；
機(jī)柜中布局合理，線纜整齊，必要時(shí)制作銘牌；
分開(kāi)安裝 Spider 和 GeoMoS 軟件，系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定；
有固定 IP ，獨(dú)享 1M 帶寬；
不得作為其他用途使用。
Spider 軟件
徠卡 GNSS Spider 是一個(gè)高度集成化的軟件套裝，用于中心化控制和運(yùn)行 GNSS 站點(diǎn)網(wǎng)。 GNSS Spider 是模塊化的，同時(shí)也是一個(gè)具有可擴(kuò)展性的軟件，實(shí) 現(xiàn)中心化數(shù)據(jù)分發(fā)，數(shù)據(jù)訪問(wèn)管理，其主要功能如下：
對(duì)本地的和遠(yuǎn)程 GNSS 接收機(jī)進(jìn)行配置和控制
從接收機(jī)按一定時(shí)間間隔進(jìn)行了數(shù)據(jù)下載
數(shù)據(jù)歸檔和數(shù)據(jù)分發(fā)
生成單站和網(wǎng)絡(luò) RTK 改正數(shù)
查看用戶狀態(tài)信息與系統(tǒng)運(yùn)行信息
GeoMoS 軟件
GeoMoS 是由徠 卡測(cè)量系統(tǒng)研發(fā)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)軟件平臺(tái)，其軟件主要由兩部 分組成：監(jiān)測(cè)器和分析器。監(jiān)測(cè)器已經(jīng)擁有成熟的測(cè)量和計(jì)算程序，能為要求極 高精度的應(yīng)用提供理想的解決方案。分析器可以圖形化和數(shù)字化呈現(xiàn)數(shù)據(jù)。其結(jié) 果可用不同的方法來(lái)顯示，比如時(shí)間序列圖，從而表示在所選擇時(shí)間段上的移動(dòng) 趨勢(shì)。很多點(diǎn)可以同時(shí)在一個(gè)圖像上表示。
3、小結(jié)
本文主要介紹了徠 卡邊坡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中傳感器安裝、供電系統(tǒng)、通訊系 統(tǒng)、避雷系統(tǒng)以及服務(wù)器系統(tǒng)的實(shí)施方案，徠卡優(yōu)秀的軟硬件系統(tǒng)有機(jī)組合在一 起，充分發(fā)揮了徠卡測(cè)量系統(tǒng)高品質(zhì)的特點(diǎn)，為邊坡安全防治工程保駕護(hù)航。
邊坡巖土體往往 呈現(xiàn)出非均質(zhì)性與各向異性特性，在開(kāi)挖、堆載、降雨、河 流沖刷、庫(kù)水位升降與地震等外部荷載作用下很容易進(jìn)入局部或瞬態(tài)大變形乃至 失穩(wěn)滑動(dòng)。我國(guó)每年由于巖土體失穩(wěn)而引發(fā)的大小滑坡數(shù)百萬(wàn)次，由此造成的經(jīng) 濟(jì)損失高達(dá) 100 ～ 200 億元，因暴雨、地震等引發(fā)的各類滑坡災(zāi)害至上世紀(jì) 90 年代累計(jì)死亡超過(guò) 10 萬(wàn)人。因此，對(duì)于邊坡工程特別是大型復(fù)雜邊坡，除了進(jìn) 行常規(guī)的工程地質(zhì)調(diào)查、測(cè)繪、勘探、試驗(yàn)和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)外，尚應(yīng)及時(shí)有效地開(kāi) 展邊坡工程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，預(yù)測(cè)邊坡失穩(wěn)的可能性和滑坡的危險(xiǎn)性，并提出相應(yīng)的 防災(zāi)減災(zāi)措施，對(duì)于確保國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展 與保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全具有重大意 義。
邊坡工程監(jiān)測(cè)的主要目的是：
評(píng)價(jià)邊坡施工及其使用過(guò)程中邊坡的穩(wěn)定程度，并做出有關(guān)預(yù)報(bào)，為崩 塌、滑坡的正確分析評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及治理工程等，提供可靠的資料和科學(xué)依據(jù) ；
為防治滑坡及可能的滑動(dòng)和蠕動(dòng)變形提供技術(shù)依據(jù)，預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)今后邊 坡的位移、變形的發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)監(jiān)測(cè)可對(duì)巖土體的時(shí)效特性進(jìn)行相關(guān)的研究 ；
對(duì)已經(jīng)發(fā)生滑動(dòng)破壞的邊坡和加固處理后的滑坡，監(jiān)測(cè)結(jié)果也是檢驗(yàn)崩塌、滑坡分析評(píng)價(jià)及滑坡處理工程效果的尺度 ；
為進(jìn)行有關(guān)位移分析及數(shù)值模擬計(jì)算提供參數(shù)。
邊坡工程主要應(yīng)用在交通、建筑、水利和礦山等各個(gè)建設(shè)領(lǐng)域中。
2、徠卡自動(dòng)化邊坡變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹
徠卡測(cè)量系統(tǒng)作為優(yōu)秀測(cè)量設(shè)備的供應(yīng)商，為邊坡工程監(jiān)測(cè)提供了優(yōu)秀的高 精度監(jiān)測(cè)設(shè)備外，根據(jù)全球眾多的應(yīng)用案例，結(jié)合實(shí)際情況，提供最優(yōu)的監(jiān)測(cè)設(shè) 計(jì)方案。 通過(guò)發(fā)現(xiàn) 早期不穩(wěn)定因素， 可以防止安全隱患區(qū)域 發(fā)生滑坡坍塌，避免 造成事故傷亡及經(jīng)濟(jì)損失。
2.1 邊坡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
徠卡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在邊坡安全防治中的應(yīng)用
根據(jù) 邊坡監(jiān)測(cè)具體要求，選擇采用監(jiān)測(cè)機(jī)器人或者 GNSS 進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)， 或者兩者配合運(yùn)行。依據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，可以將整個(gè)系統(tǒng)劃分成如下五個(gè)部分：
傳感器
供電系統(tǒng)
通訊系統(tǒng)
避雷系統(tǒng)
服務(wù)器系統(tǒng)
監(jiān)測(cè)傳感器參考位置需選擇常年穩(wěn)固的位置，監(jiān)測(cè)位置依據(jù)滑坡趨勢(shì)和相關(guān) 要求布設(shè)在感興趣位置或 滑坡斷面上； 24 小時(shí)不間斷供電保證傳感器采集的數(shù) 據(jù)完整性；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)通訊條件選用最佳的通訊方式將數(shù)據(jù)從監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)回傳到 監(jiān)測(cè)控制中心；優(yōu)秀的監(jiān)測(cè)控制軟件能夠統(tǒng)一管理監(jiān)測(cè)傳感器與大量監(jiān)測(cè)原始數(shù) 據(jù)，計(jì)算監(jiān)測(cè)位置的位移信息，為用戶決策提供可靠依據(jù)。
2.2 系統(tǒng)實(shí)施
2.2.1 傳感器安裝
監(jiān)測(cè)傳感器包括 TM30 ，氣象傳感器， GNSS 設(shè)備等。
2.2.1.1 TM30 監(jiān)測(cè)機(jī)器人安裝
TM30 觀測(cè)站、基準(zhǔn)控制點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)的原始基準(zhǔn)，點(diǎn)位一定要布設(shè)在穩(wěn)定 可靠的地方，全站儀觀測(cè)墩最好澆在基巖上，以防止點(diǎn)位變形；點(diǎn)位周?chē)鷽](méi)有大 的遮擋或干擾，為防止點(diǎn)位被破壞，在觀測(cè)點(diǎn)外圍還需要建立觀測(cè)房。
1. 觀測(cè)房建設(shè)
全站儀觀測(cè)房主要起防塵、防雨和防破壞的功能。
考慮到防盜 問(wèn)題， 一般 設(shè)計(jì)為有人值守的觀測(cè) 房 。觀測(cè)房設(shè)計(jì)為 2 室， 1 室 安置 TM 30 全站儀，另 1 室放置一張床和相關(guān)生活及取暖設(shè)施?？紤]到北方冬夏 溫差較大，為保證觀測(cè)精度，安置全站儀的房間里不能取暖，觀測(cè)時(shí)不能透窗觀 測(cè)，觀測(cè)房?jī)?nèi)溫度需要與室外一致；而居住管理員的房間內(nèi)則需要安裝取暖裝置 。 2 個(gè)房間要用 隔熱墻 完全分開(kāi)，進(jìn)戶時(shí)走不同的 防盜門(mén)。
該設(shè)計(jì)不僅便于防盜，而且對(duì)于保護(hù)儀器設(shè)備穩(wěn)定性，延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命等 都具有重要意義。土建的工作包括建筑材料準(zhǔn)備、觀測(cè)房、建造混凝土觀測(cè)墩、 基座底盤(pán)和對(duì)中螺絲和所需的電纜管道鋪設(shè)等工作。
觀測(cè)房主體將采用鋼混結(jié)構(gòu)建設(shè)，觀測(cè)窗宜采用電控自動(dòng)金屬卷簾門(mén)結(jié)構(gòu)。 建造觀測(cè) 房還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況靈活設(shè)計(jì)。
徠卡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在邊坡安全防治中的應(yīng)用
現(xiàn)場(chǎng)全站儀控制箱技術(shù)規(guī)格為：不小于 60cm （高）× 40cm （寬）× 20cm （高）， 要求有絕緣背板，供設(shè)備安裝使用。
2. 棱鏡 點(diǎn)布設(shè)
棱鏡點(diǎn)分為后視點(diǎn)與監(jiān)測(cè)變形點(diǎn)，其中后視點(diǎn)必須布設(shè)在穩(wěn)定可靠的位置， 作為機(jī)器人工作時(shí)的定向點(diǎn)。 監(jiān)測(cè)變形點(diǎn)選在 邊坡斷面上或者能反應(yīng)邊坡形變的 位置 ，并且安裝牢靠，棱鏡類型也選取同一標(biāo)準(zhǔn)，一經(jīng)安裝，不能隨意拆除。
為防雨、防風(fēng)、防盜，所有棱鏡必須裝有棱鏡保護(hù)罩， 參考式樣如下：
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2.2.1 .2 氣象傳感器
氣象傳感器應(yīng)置于通風(fēng)遮蔭干燥處，一般安置在觀測(cè)房外部木質(zhì)百頁(yè)箱制成 的氣象觀測(cè)箱內(nèi)，木質(zhì)百頁(yè)箱的規(guī)格為 40cm × 40cm × 20cm ，內(nèi)設(shè)有供氣象儀安 裝的背板。 如圖所示：
氣象傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度和氣壓條件，通過(guò) GeoMoS 軟件識(shí)別并對(duì)測(cè)量數(shù) 據(jù)進(jìn)行氣象自動(dòng)改正，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)精度。
2.2 .1.3 GNSS 安裝
1. 選址測(cè)試
根據(jù)《全球定位系統(tǒng)（ GPS ）測(cè)量規(guī)范》 ，基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)選址時(shí)應(yīng)滿足以 下基本要求：
便于安置接收設(shè)備和操作，視野開(kāi)闊，視場(chǎng)內(nèi)障礙物的高度角不宜 超過(guò) 15 °
遠(yuǎn)離大功率無(wú)線電發(fā)射源（如電視臺(tái)、電臺(tái)、微波站等），其距離不 小于 200 m ；遠(yuǎn)離高壓輸電線和微波無(wú)線電信號(hào)傳送通道，其距離不 應(yīng)小于 50 m ；
附近不應(yīng)有強(qiáng)烈反射衛(wèi)星信號(hào)的物件（如大型建筑物等）；
交通方便，并有利于其他測(cè)量手段擴(kuò)展和聯(lián)測(cè)；
地面基礎(chǔ)穩(wěn)定，易于標(biāo)石的長(zhǎng)期保存；
充分利用符合要求的已有控制點(diǎn)；
選站時(shí)應(yīng)盡可能使測(cè)站附近的局部環(huán)境（地形、地貌、植被等）與 周?chē)拇蟓h(huán)境保持一致，以減少氣象元素的代表性誤差。
選址測(cè)試工作非常關(guān)鍵，數(shù)據(jù)須用專業(yè)質(zhì)量分析軟件（ Spider QC ）進(jìn)行完整 性、多路徑等關(guān)鍵因素分析，滿足條件了才能確定為站點(diǎn)。
2. 觀測(cè)點(diǎn)土建
GNSS 點(diǎn)在完成選址測(cè)試之后，根據(jù)觀測(cè)墩建設(shè)規(guī)范，建設(shè)帶有強(qiáng)制對(duì)中盤(pán) 的 GNSS 觀測(cè)墩。若觀測(cè)墩在野外，必須建造防護(hù)欄。
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3. GNSS 傳感器安裝
涉及傳感器部分的 GNSS 安裝簡(jiǎn)單，天線通過(guò)連接螺絲與強(qiáng)制對(duì)中盤(pán)相連， 接收機(jī)則擺放在配電箱中。
2.2 .2 供電系統(tǒng)
邊坡監(jiān)測(cè)環(huán)境一般比較惡劣，很少可以通過(guò)市電供給，考慮到監(jiān)測(cè)傳感器功 率普遍較低，單個(gè)最高不超過(guò) 10W ，完全可以通過(guò)光伏系統(tǒng)發(fā)電進(jìn)行供給。 光 伏系統(tǒng)一般分為兩類：獨(dú)立太陽(yáng)能供電系統(tǒng)和并網(wǎng)太陽(yáng)能供電系統(tǒng)。獨(dú)立太陽(yáng)能 供電系統(tǒng)分獨(dú)立直流供電系統(tǒng)和獨(dú)立交直流供電系統(tǒng)，而并網(wǎng)太陽(yáng)能供電系統(tǒng)則 一般指光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。 邊坡監(jiān)測(cè)普遍 采用獨(dú)立交直流供電系統(tǒng)，其原理如圖 ：
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供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以當(dāng)?shù)氐娜蛰椛鋾r(shí)數(shù)及月平均日輻射量的分布狀況為依 據(jù) , 從可靠性（負(fù)載要求的可利用時(shí)率為條件）和經(jīng)濟(jì)型（客戶所能接受的價(jià)位） 兩方面綜合考慮，確定出既能滿足負(fù)載用電要求，又使成本最低的太陽(yáng)能電池方 陣和蓄電池容量組合。 可供參考的公式如下：
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光伏供電設(shè)計(jì)合理，系統(tǒng)既可靠又經(jīng)濟(jì)，維護(hù)周期長(zhǎng)，反之將嚴(yán)重影響系統(tǒng) 運(yùn)行，所以野外光伏供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常重要。
2.2 .3 通訊系統(tǒng)
隨著科技的進(jìn)步，越來(lái)越多的通訊方式被用到測(cè)量中，目前可以實(shí)現(xiàn)的通訊 方式有： RS485 電纜通訊，光纖通訊， GPRS 通訊，電臺(tái)通訊和無(wú)線網(wǎng)橋通訊。根 據(jù)邊坡監(jiān)測(cè)的實(shí)際環(huán)境，合理選用通訊方式。
通訊是自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中非常重要的一部分，與數(shù)據(jù)獲取息息相關(guān)。良好的通 訊系統(tǒng)是完整有效數(shù)據(jù)的有力保障。下表為常用幾種通訊方式的優(yōu)缺點(diǎn)，僅供參 考：
徠卡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在邊坡安全防治中的應(yīng)用
當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)到此時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)位上的設(shè)備、線纜很多，必須要將它們安裝在一個(gè)配電箱中，配電箱內(nèi)部參考式樣如下，若有蓄電池，推薦使用膠體蓄電池 和地埋箱：
徠卡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在邊坡安全防治中的應(yīng)用
安裝配電箱時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)：
防水、散熱好，避免夏天箱內(nèi)溫度過(guò)高；
箱體結(jié)實(shí)，防盜性能好；
箱內(nèi)布線整齊、合理，易于檢查與維修。
2.2 .4 避雷系統(tǒng)
避雷系統(tǒng)需防范直擊雷和感應(yīng)雷。 帶電積云與地面目標(biāo)之間的強(qiáng)烈放電稱為 直擊雷 ，而放電時(shí)，巨大的 沖擊雷電流在周?chē)臻g產(chǎn)生迅速變化的強(qiáng)磁場(chǎng) 稱為感 應(yīng)雷。感應(yīng)雷若不及時(shí)泄入地下，可能產(chǎn)生放電火花，引起設(shè)備損壞。
1. 直擊雷
全站儀觀測(cè)房以及 GPS 天線和接收機(jī)附近必須安裝避雷針，避雷針與天線橫 向距離不小于 3m ，避雷針高度按照“滾球法”確定，粗略計(jì)算即可。
2. 感應(yīng)雷
徠卡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在邊坡安全防治中的應(yīng)用
保護(hù)器安裝在 GPS 接收機(jī)的天饋線路上，如下圖所示。當(dāng)受到雷擊過(guò)電壓時(shí)， 雷電流通過(guò)保護(hù)器雷電支路泄放到大地，從而保護(hù) GPS 接收機(jī)的安全。
安裝說(shuō)明：
將保護(hù)器安裝在防雨淋的地方。
將饋線和主機(jī)分別接在保護(hù)器的兩端。
用 2.5mm 2的絕緣銅導(dǎo)線將保護(hù)器的接地焊片連接到配電箱上。連接線 應(yīng)盡量短。
維護(hù)：
避雷器無(wú)需特別維護(hù)，平時(shí)只需檢查保護(hù)器輸入、輸出和接地線兩端連接是否可靠。當(dāng)通信中斷或通信質(zhì)量下降時(shí)，可將保護(hù)器去掉，并把天線和 GPS 接收 機(jī)相連，若通信狀態(tài)變好，說(shuō)明是保護(hù)器問(wèn)題應(yīng)更換或送修。
2.2 .5 服務(wù)器系統(tǒng)
系統(tǒng)服務(wù)器安置在大壩監(jiān)測(cè)中心，一般采用機(jī)架式服務(wù)器，服務(wù)器上安裝徠 卡監(jiān)測(cè)軟件 GNSS Spider 和 GeoMoS 。如下圖所示：
系統(tǒng)服務(wù) 器安裝時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：
安裝在線式 UPS ，確保即使斷電系統(tǒng)也可以繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間；
機(jī)柜中布局合理，線纜整齊，必要時(shí)制作銘牌；
分開(kāi)安裝 Spider 和 GeoMoS 軟件，系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定；
有固定 IP ，獨(dú)享 1M 帶寬；
不得作為其他用途使用。
Spider 軟件
徠卡 GNSS Spider 是一個(gè)高度集成化的軟件套裝，用于中心化控制和運(yùn)行 GNSS 站點(diǎn)網(wǎng)。 GNSS Spider 是模塊化的，同時(shí)也是一個(gè)具有可擴(kuò)展性的軟件，實(shí) 現(xiàn)中心化數(shù)據(jù)分發(fā)，數(shù)據(jù)訪問(wèn)管理，其主要功能如下：
對(duì)本地的和遠(yuǎn)程 GNSS 接收機(jī)進(jìn)行配置和控制
從接收機(jī)按一定時(shí)間間隔進(jìn)行了數(shù)據(jù)下載
數(shù)據(jù)歸檔和數(shù)據(jù)分發(fā)
生成單站和網(wǎng)絡(luò) RTK 改正數(shù)
查看用戶狀態(tài)信息與系統(tǒng)運(yùn)行信息
GeoMoS 軟件
GeoMoS 是由徠 卡測(cè)量系統(tǒng)研發(fā)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)軟件平臺(tái)，其軟件主要由兩部 分組成：監(jiān)測(cè)器和分析器。監(jiān)測(cè)器已經(jīng)擁有成熟的測(cè)量和計(jì)算程序，能為要求極 高精度的應(yīng)用提供理想的解決方案。分析器可以圖形化和數(shù)字化呈現(xiàn)數(shù)據(jù)。其結(jié) 果可用不同的方法來(lái)顯示，比如時(shí)間序列圖，從而表示在所選擇時(shí)間段上的移動(dòng) 趨勢(shì)。很多點(diǎn)可以同時(shí)在一個(gè)圖像上表示。
3、小結(jié)
本文主要介紹了徠 卡邊坡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中傳感器安裝、供電系統(tǒng)、通訊系 統(tǒng)、避雷系統(tǒng)以及服務(wù)器系統(tǒng)的實(shí)施方案，徠卡優(yōu)秀的軟硬件系統(tǒng)有機(jī)組合在一 起，充分發(fā)揮了徠卡測(cè)量系統(tǒng)高品質(zhì)的特點(diǎn)，為邊坡安全防治工程保駕護(hù)航。
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