1.1.監(jiān)測(cè)指標(biāo)

壩體表面變形包括水平位移和垂直位移，水平位移精度要求滿足±3mm，垂直位移精度要求滿足±5mm。

接收機(jī)主要工作模式為靜態(tài)觀測(cè)模式，即以時(shí)段解的形式提供變形監(jiān)測(cè)成果，應(yīng)用于日常大壩定期變形觀測(cè)應(yīng)用場(chǎng)景；接收機(jī)次要工作模式為快速靜態(tài)，當(dāng)庫(kù)區(qū)出現(xiàn)水位快速上漲等情況，需加密監(jiān)測(cè)頻次進(jìn)行全天候24小時(shí)監(jiān)測(cè)，接收機(jī)可切換成快速靜態(tài)的形式，提供緊急狀態(tài)下的高頻次動(dòng)態(tài)觀測(cè)值。表面位移點(diǎn)均可以和當(dāng)?shù)氐淖鴺?biāo)系進(jìn)行聯(lián)測(cè)，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)均可轉(zhuǎn)換為當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)。

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1.2.基本原理

在GNSS定位中，把高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星作為已知位置的空間點(diǎn)，其位置可由衛(wèi)星星歷查詢得知，用戶通過(guò)專用GNSS接收機(jī)捕獲衛(wèi)星信號(hào)并跟蹤，從而計(jì)算出衛(wèi)星與用戶的距離，然后利用空間距離后方交會(huì)的方法確定接收機(jī)的位置，理論上，已知三顆衛(wèi)星S1、S2、S3的空間位置以及GNSS接收機(jī)到衛(wèi)星S1、S2、S3的距離d1、d2、d3，即可推算GNSS接收機(jī)于以S1、S2、S3為球心，距離d1、d2、d3為半徑的圓球交會(huì)點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)定位。

實(shí)際上，距離長(zhǎng)度的測(cè)量是通過(guò)測(cè)量電磁波從衛(wèi)星傳輸?shù)紾NSS接收機(jī)的傳播時(shí)間間接獲得的。衛(wèi)星采用的是原子鐘，而GNSS接收機(jī)采用的是石英鐘，兩者穩(wěn)定性存在較大差異，導(dǎo)致GNSS衛(wèi)星時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘難以做到嚴(yán)格同步，因此GPS 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間與接收機(jī)時(shí)間之間的偏差時(shí)未知的。在定位過(guò)程中需額外引入一個(gè)鐘差變量，因此GNSS定位必須通過(guò)觀測(cè)至少4顆衛(wèi)星才能得出用戶位置。

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1.3.方案架構(gòu)

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GNSS自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)大壩的水平和豎直位移毫米級(jí)精度的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，采用市面上專門針對(duì)水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)研制的的GNSS監(jiān)測(cè)設(shè)備搭建水利設(shè)施監(jiān)測(cè)專用的GNSS自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可有效解決水利設(shè)施表面位移監(jiān)測(cè)成本高、周期長(zhǎng)、難以普及等問(wèn)題。GNSS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括輔助層、感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層幾個(gè)方面的內(nèi)容，具體系統(tǒng)架構(gòu)圖如下所示：

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1、?輔助層：包括太陽(yáng)能供電系統(tǒng)、市電供電系統(tǒng)、風(fēng)電供電系統(tǒng)以及風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)等幾種穩(wěn)定的電力輔助支撐設(shè)施，主要為GNSS接收機(jī)提供電力供應(yīng)。

2、?感知層：感知層主要包括GNSS基準(zhǔn)站和監(jiān)測(cè)站，由GNSS接收機(jī)、GNSS天線、觀測(cè)墩、避雷設(shè)施等組成，GNSS基準(zhǔn)站主要提供變形基準(zhǔn)，安裝在穩(wěn)固的基巖上，監(jiān)測(cè)站主要用來(lái)監(jiān)測(cè)壩體的形變，部署在壩體上，GNSS監(jiān)測(cè)站與基準(zhǔn)站可通過(guò)向后臺(tái)傳輸原始數(shù)據(jù)進(jìn)行后端解算得到變形結(jié)果，也可由監(jiān)測(cè)站直接通過(guò)LoRa/WIFI無(wú)線組網(wǎng)或光纖/RS485有線組網(wǎng)調(diào)用基準(zhǔn)站觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)本機(jī)前端解算獲得變形結(jié)果。

3、?傳輸層：根據(jù)水庫(kù)大壩監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)情況，可以選擇4G、5G、LoRa組網(wǎng)、WIFI組網(wǎng)、光纖、北斗短報(bào)文、衛(wèi)星通信等方式進(jìn)行北斗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸，其中4G、5G、光纖、衛(wèi)星通信可用于將GNSS原始數(shù)據(jù)傳輸至后臺(tái)進(jìn)行后端解算，LoRa、WIFI組網(wǎng)、光纖、RS485可用于構(gòu)建前端解算的局域網(wǎng)絡(luò)。?

4、?數(shù)據(jù)層：主要由工作站、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)及相關(guān)的服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)、防火墻、數(shù)據(jù)通信設(shè)備及運(yùn)行在服務(wù)器的GNSS監(jiān)測(cè)解算軟件、設(shè)備遠(yuǎn)程管控平臺(tái)等組成。對(duì)前端GNSS接收機(jī)回傳的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、前端解算回傳的解算結(jié)果進(jìn)行處理解析、入庫(kù)、存儲(chǔ)，對(duì)GNSS原始數(shù)據(jù)進(jìn)行后臺(tái)解算處理等操作，可供運(yùn)維人員提供設(shè)備的遠(yuǎn)程運(yùn)維管理，是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，承載著承前啟后的作用。

5、?應(yīng)用層：采用專用的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)/APP進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理、監(jiān)測(cè)狀況可視化呈現(xiàn)、監(jiān)測(cè)預(yù)警告警、多參數(shù)安全模型分析等、監(jiān)測(cè)月度/季度/年度報(bào)告導(dǎo)出等，同時(shí)利用短信、微信預(yù)警信息推動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警來(lái)實(shí)現(xiàn)水庫(kù)大壩安全的預(yù)警預(yù)報(bào)。