基于北斗系统的都柳江温寨杭电枢纽工程进场路边坡自动化安全实时在线监测方案设计.docx
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基于北斗系统的都柳江温寨杭电枢纽工程进场路边坡自动化安全实时在线监测方案设计
基于北斗系统的都柳江温寨杭电枢纽工程进场路边坡自动化安全实时在线监测方案设计
湖南联智监测科技有限公司
2017年5月
基于北斗系统的都柳江温寨杭电枢纽工程进场路边坡
自动化安全实时在线监测方案设计
1.引言
1.1远程在线监测的目的、意义及必要性
边坡作为交通基础设施建设和营运过程中的重要安全影响因素，数量众多，尤其是多山地区，公路边坡呈现连片、复杂的趋势。
然而，许多重要的边坡都没有建立预测其安全性的监测系统，不能及时发现这些重要边坡的一些异常状况，以做出相应的防患措施。
一些区域发生的边坡滑坡事故，已造成巨大的经济损失和不良的社会影响。
分析产生这些事故的原因均较为复杂，如边坡受自然力（地震、暴雨等）和人类工程活动的影响导致土体受影响，最终导致失稳。
或者已有支护结构（支护结构等）老化至不能抵御失稳土体的冲击从而导致灾害发生。
如果能对边坡以及支护结构的状态进行监测，从而对边坡以及支护结构的健康状况给出评估，在灾害来临之前发出预警，将会大大降低灾害发生的概率。
迄今为止，国内外已对滑坡理论进行了较深的研究，但由于滑坡发生的地质条件复杂、作用因素众多，同时又是一个动态的过程，要弄清其发展规律，是非常困难的。
因此，查明边坡的稳定性、实现安全经济的交通运营，建立边坡安全监测系统是非常必要的。
边坡安全监测系统是边坡安全掌握及其支护结构维护决策系统的支撑条件之一。
建立结构健康监测系统的目的在于确定边坡结构的安全性，监测支护结构的承载能力、运营状态和耐久性能等，以满足安全运营的要求。
主要目的为以下几个方面：
对边坡稳定性进行有效监控，修正在施工过程中各种影响支护结构的参数误差对支护结构的影响，确保支护结构运营期间满足安全要求。
通过实时的结构参数监控，对于边坡本体以及其支护结构的重要参数的长期变化可以有较为详细地掌握，从而及时有效地反馈边坡以及其支护结构的安全状况。
其意义主要有：
（1）及时把握边坡的安全状态，评定边坡的稳定性，以及通过支护结构的运营阶段的工作状态，识别支护结构的损伤程度评定支护结构的安全、可靠性与耐久性；
（2）为运营、维护、管理提供决策依据，可以使得既有边坡支护工程的技术改造决策更加科学、改造技术方案的设计更加合理、经济；
（3）为滑坡研究中的未知问题的研究提供了新的契机，由边坡活动状态及其环境所得的信息不仅是滑坡理论研究和试验室调查的补充，而且可以提供有关滑坡行为与环境规律的最真实的信息。
边坡健康监测不只是传统的边坡检测和安全评估新技术的应用，而且被赋予了监控与评估、验证和研究发展三方面的意义。
1.2传统监测与在线监测
传统监测的主要技术参数均由人工定期用传统仪器到现场进行测量，安全监测工作量大，受天气、人工、现场条件等许多因素的影响，存在一定的系统误差和人为误差。
同时，人工监测还存在不能及时监测各项技术参数，难以及时掌握工程的各项安全技术指标等缺点，这些都影响工程的安全生产和管理水平。
（1）传统监测面临的困扰
高风险：
监测所处环境复杂险恶，人身安全难以得到保障；
高成本：
长期监测等于长期投入，成本较高，难以维系；
低效率：
人工监测频率受限，受干扰因素多；
服务差：
测试数据难以评估结构健康状况；在特殊情况如极端天气条件下，难以获取有效数据。
（2）在线监测的优点
在线监测技术的发展很好的解决了目前传统人工检测中的不足；
零风险：
通过传感设备智能化的感知结构物信息，无需人员在场；
低成本：
一次投入，长期监测；
高效率：
能够全天候24小时实时监测、当结构物出现异常时，系统能够第一时间将预警信息以短信的方式通知相关管理人员；
服务优：
可测得连续海量数据，监测结构物长期性能发展，提供任意时段报告，在特殊情况如极端天气条件下，可稳定获取有效的数据。
传统监测与在线监测的对比见表1.1。
表1.1传统监测与在线监测对比
项目
传统人工监测
在线安全监测
时效性
很难保证数据稳定，尤其在恶劣天气下
不受天气影响实时监测，在恶劣环境下仍保证数据稳定
连续性
进行定期（比如一年或两年一次）的检验
进行长期不间断的24小时在线测试，能够反应细微的变化趋势
准确性
系统误差和随机误差比较大
基本上客服了人的主观造成的误差
可量化
以观察为主，数据量化困难
以科学的数据来监测，以量化为基础，提供海量的数据
便捷性
非常繁琐，人工记录再输入电脑
随时查看，后台操作，实现自动化、远程化、可回查、可复制性强
安全性
需要人工监测，恶劣环境下对于人的安全很难保证
安全稳定、主观误差小
针对传统人工监测中的问题，在线监测技术的发展很好的解决目前人工监测中的不足，特别对边坡的安全状态，在线监测技术能够很好的弥补人工监测的不足。
我公司北斗变形监测系统通过系统性的构建传感器神经网，综合性的分析边坡安全状态，并对超过安全状态的部位进行预警。
通过合理整合硬件，将最可靠地传感器安装在最适合的部位，且通过由自身公司软件团队定制的监测系统可达到以下效果：
（1）、能够实现远程自动化监测，无需人员进行监控，采集方式可以定制触发采集、定时间采集、特殊事件采集和实时采集等。
远程自动化采集可以实现远程采集监测，无需人员多次进入现场观察，减少人员高空作业次数。
（2）、系统传输方式灵活高效，在500m范围可以实行有线近距离传输。
对于超长范围可以使用在线采集传输。
在一些电磁环境复杂的地方甚至可以使用光纤传输，以确保数据的真实可靠性。
（3）、实现测试数据信息化管理，相关人员可以通过不同权限登入以太网或者利用手机取得现场结构安全数据及安全评估信息。
（4）、通过实施监测得到丰富的数据样本，通过系统的自动分析功能，结合环境因素（温湿度、雨量等因素）的影响，综合得出边坡的实际变化发展趋势，全面了解边坡结构的安全状况。
（5）、当结构出现异常信息时，系统自动进行预报警，并通过声光报警、短信方式将信息及时转达给相关管理人员。
（6）、对各个监测项设定警戒值，及时对存在隐患部位进行预警，准确的反映所存在问题的部位。
以及通过问题，合理的调试修理所存在的问题。
（7）、每月提供翔实数据报告给管理者，并对结构当前状态进行全面评估。
1.3北斗在线监测系统整体框架
北斗在线监测系统，是卫星定位技术、精密传感测量技术、计算机网络技术、数字通讯技术等高新科技多方位、深度结合的产物。
系统具有数据储存，数据分析，安全跟踪，实时响应，实时报警等强大功能。
北斗在线监测系统，系统由监测子系统、基准站子系统、数据中心子系统、客户端子系统组成，具备信息共享，具有各项监测参数的分析、预警功能。
系统软件操作人性化、智能化程度高、实时性强、工作效率高，可以根据用户实际需求进行深度定制，非常适合各类在线监测。
北斗变形监测系统示意图
北斗变形监测系统框架结构图
1.4北斗在线监测系统特点
（1）自主研发的定位算法，高精度的解算软件（毫米级精度）
自主研发的DreamNET解算软件，兼容GPS/GLONASS/北斗三系统联合数据处理，自主高精度定位算法、实时毫米级定位。
（2）自动化程度高、可实现连续实时观测
采用卫星定位技术进行监测，不受气候条件限制、无需通视、时间分辨率高、自动化程度高。
可利用现有光纤网络、移动通讯网络、无线速传电台在偏远地区实现数据采集、传输实现24小时连续的实时观测。
（3）监测成本低，可以大范围普及应用
高精度的卫星定位数据自动采集、分析、处理和发布，无需人工操作节约大量人力物力，长期监测大幅降低了监测成本，可大范围普及应用。
（4）可视卫星数较多，数据真实性可靠。
全面兼容三大卫星导航定位系统（北斗/GPS/GLONASS），在峡谷、山谷等视野遮挡特殊环境下，可视卫星数较多，可用性及可靠性高，且支持单北斗提供服务，数据安全可靠。
（5）国家政策大力支持推广
✧中共中央办公厅、国务院办公厅发布《国家信息化发展战略纲要》，提出统筹北斗卫星导航系统建设和应用。
✧国务院印发《“十三五”国家信息化规划》，提出北斗系统建设应用等优先行动
✧交通运输部发布《关于在行业推广应用北斗卫星导航系统的指导意见》
✧国家发展改革委、交通运输部、住房城乡建设部、国土资源部联合下发《关于加强干线公路与城市道路有效衔接的指导意见》，指出研发利用北斗技术，实现无障碍通行支付。
国务院发布《中国交通运输发展》白皮书，指出在交通行业，北斗导航等信息化、智能化技术广泛应用。
2.项目概述及系统设计依据和原则
2.1项目概述
2.2设计依据
本边坡的在线监测系统设计主要依据如下：
1、《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T0218-2006）；
2、《滑坡防治工程设计不施工技术规范》（DZ0240-2004）；
3、《崩塌·滑坡·泥石流监测规范》（DZ-T0221-2006847）；
4、《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220-2006）；
5、《地质灾害危险性评估规程》（DB50/139-2003）；
6、《土壤环境监测技术规范》（HJ-T-166-2004）；
7、《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）；
8、《混凝土结构设计规范》（GB50010）；
9、《水利水电工程地质勘查规范》（GB50287—1999）；
10、《铁路工程地质泥石流勘测规则》（GBJ27—1991）；
11、《降水量观测规范》（SL21-2006）；
12、《公路工程技术标准》（JTG-B01-2014）；
13、《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）；
14、《公路工程地质勘察规范》（JTGC20-2011）；
15、《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）；
16、《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）；
17、《公路路基施工技术规范》（JTGF10-2006）；
18、《工程测量规范》（GB50026-2007）；
19、《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-91）；
20、《国家三、四等水准测量规范》（GBl2898-91）；
21、《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314—2009）；
22、《电子计算机机房设计规范》（GB50174—93）；
23、《计算机场地通用规范》（GB/T2887-2011）；
24、《建筑物防雷设计规范》（GB-50057-94）；
25、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB-50343-2004）；
26、《视频安防监控系统工程设计规范》（GB-50395-2007）；
27、《光缆线路自劢监测系统工程设计规范》（YD5066-2005）；
28、《信息技术设备用不间断电源通用技术条件》（GB/T14715-93）
29、《综合布线系统工程验收规范》（GB50312-2007）
30、《电子设备雷击保护导则》（GB/T7450-1987）
31、《计算机软件可靠性和可维护性管理》（GB/T14394－2008）。
2.3在线监测系统设计原则
监测系统是提供获取边坡结构信息的工具，使决策者可以针对特定目标做出
正确的决策，其设计原则如下：
（1）保证系统的可靠性：
由于边坡结构安全监测系统是长期野外实时运行，保证系统的可靠性，否则先进的仪器，在系统损坏的前提下也发挥不出应有的作用及效果。
（2）保证系统的先进性：
设备的选择、监测系统功能与现在技术成熟监测及测试技术发展水平、结构安全监测的相关理论发展相适应，具有先进和超前预警性。
（3）可操作和易于维护性：
系统正常运行后应易于管理、易于操作，对操作维护人员的技术水平及能力不应要求过高，方便更新换代。
（4）系统具有远程固件升级功能
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