边坡位移自动化监测解决方案

边坡位移自动化监测报价

编制单位：上海岩联工程技术有限公司

编制时间：2018年6月

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深层水平位移监测

1、固定式测斜仪的用途

固定式测斜仪是一种高精度传感器，广泛适用于测量土石坝、面板坝、边坡、路基、基坑、岩体滑坡 等结构物的水平或垂直位移、垂直沉降及滑坡，该仪器配合测斜管可反复使用，并可方便实现倾斜测量的自动化。 2、结构组成

固定式测斜仪由安装卡板、数据电缆、连接杆、测杆、导向轮等组成。

3、工作原理

测斜仪是通过测量测斜管轴线与铅垂线之间夹角变化量（r），来计算水平位移的工程监测仪器。通常情况下，由多支固定式测斜仪串联装在测斜管内，通过装在每个高程上的倾斜传

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感器，测量出被测结构物的倾斜角度，以此将结构物的变形曲线描述出来。

4、技术参数表：（除非特别注明，以下均为室温（25℃）环境下的典型值。）

工 作 参 数 项目 电源电压 静态工作电流 工作温度 测试范围 分辨力 准确度 性 能 参 数 重复性 零点温度漂移(3 灵敏度温度漂移 防水等级 测试条件 直流 VCC=8.00V 双轴 -12°~ +12° -15°~ +15° -40~+85 ℃ -40~+85 ℃ 探头水深 100 米 最小值 8 -40 典型值 24 25 ±15 0.001 ±0.02 ±0.05 ±0.003 ±0.002 ±0.013 IP68 最大值 30 30 +85 ±0.1 单位 mA ℃ 度 度 度 度 度 度/℃ %/℃ 其他参数

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5、产品特点

轻便、操作简单、智能化高；全固态，不易损坏，日常维护简单；高分辨率、便携式、宽量程，性能稳定；可以和电脑通讯，把测量数据转存到电脑上进行分析。 6、安装示意图

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7、安装主要尺寸

8、安装方法 8.1测斜管的安装

先将测斜管装上管底盖，用螺丝或胶固定。测斜管与测斜管之间用管接头连接，测斜管与管接头之间必须用螺丝固定后涂胶填缝密封。测斜管在安装中应注意导槽的方向，导槽方向必须与设计要求的方向一致。安装时将装好接头的测斜管依次逐节放入钻孔中，直至连接到设计深度的孔底。当确认测斜管安装完好后既可进行回填，回填一般用膨润土球或原土沙。回填时每填至3～5 米时要进行一次注水，注水是为了使膨润土球或原土沙遇水后与孔壁结合的牢固，以此方法直至孔口。露在地表上的测斜管应注意做好保护，盖上管盖防止物体落入。测斜管地表管口段应浇注混凝土，做成混凝土墩台以保护管口及其转角的稳定性。墩台上应设置测绘标点。

安装完成后的测斜管应先用模拟测斜仪试放，试放时测斜管互成180度的两个导向槽都应 从下到上试放到，保证模拟测斜仪在测斜管导槽内能从上到下或从下到上都很平稳顺畅通过，

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以此作为测斜管安装完好的标志。 8.2仪器的安装

在安装前，须对测斜管进行测量，最好用活动测斜仪进行测量，这即可探一下测斜管安装的好坏，同时可绘制出测斜管的管形图，以使传感器就位后测值不至于超过其满量程限度。 在安装前还要检查孔口架是否就位固定好，以及测管是否做好十字导槽的“A+”轴向和“A-”轴向的永久标记。固定测斜仪从生产厂家出厂时是散件包装的，首先应检查测斜仪的导向轮是否转动灵活，扭簧是否有力。检查传感器部件是否工作正常(以铅垂线为基准倾向高端导向轮一侧读数增大，倾向另一侧读数减小 )，按设计高程截取连接连接杆并将固定测斜仪用钢丝绳首尾相连，确认完好后以备安装。

如在测孔内只安装一套仪器，只要把固定测斜仪头部与钢丝绳连接即可。在安装时要根据被测体需要观测的偏移方向，先将传感器和轮架导轮的正方向(高轮方向)对准测斜管的 “A+” 轴向的导槽内，缓缓滑入测管内，理顺仪器电缆，每放一段深度用自锁扎带把电缆同吊装钢丝绳缠在一起，不要扎在固定测斜仪的部件上。当放到设计高程后把最后吊装钢丝绳 固定在孔口装置的横轴上用锁扣锁紧，将电缆按设计走向埋设。

串联安装两套以上固定测斜仪时安装方法基本相同，固定测斜仪是用钢丝绳首尾相连, 组装时应按施工图纸要求的数量装成一个个测量单元，检查确认完好后以备吊装。吊装是按 一个个测量单元的顺序放入测斜管内，每个测量单元之间的连接用连接杆连接，连接一定要牢靠，各个测量单元的所有导向轮方向必须一致。需要注意的是每套固定测斜仪要按顺序作好编号记录，逐个装入时电缆要逐个理顺一起用自锁扎带同钢丝绳缠在一起，所有电缆要松弛不能拉紧,将最后的连接杆缚在孔口装置的横轴上用锁扣锁紧。下放完成后应核查仪器高程是否准确，并拉动吊装连接杆用读数仪检查传感器的工作是否正常，随后记录稳定的初始读数。如发现问题可取出仪器重新安装。

最后孔口应设保护设施。观测电缆按规定走向固定埋设。 9、注意事项

 电缆折弯半径要大于30mm；

 传感器不宜长时间处于-20度以下工作环境中；  导轮不能承受过大的轴向力；

 导轮轴承和弹簧属于易耗部件，测量后应冲洗干净；  传感器连接头不能自行拆装，需要联系厂家咨询；  使用时轻拿轻放，避免撞击；  运输过程避免强酸碱盐，以免腐蚀；

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 电缆使用时避开尖锐物品，避免损伤；

 更换弹簧需要将销钉敲出，更换轮架要将中心转轴旋出。 10、常见故障排除

 测量过程中，若出现位移量无变化，请检查传感器连接器是否连接正常，SIM卡是否续费。  传感器使用中出现测量不准确，请确认导轮和弹簧是否出现松动，是否需要更换。

表面位移监测

1、系统结构组成与功能

整个监测系统可分为：GNSS数据采集单元（也叫传感器系统，包含设备的安装平台、物理防护、供电及避雷子系统）、数据通讯单元、数据处理与控制单元，以上各个部分为一个有机的整体。

1.1 GNSS变形监测硬件部分的结构和功能

1）传感器系统：传感器系统即GNSS监测单元，目的是利用GNSS技术来反应被监测物体的实时三维变化情况。

2）数据通讯子系统：GNSS天线到GNSS主机由同轴电缆通讯；GNSS主机及其它传感

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器与控制中心通讯采用有线或无线的通讯方式。

3）数据处理和控制系统：包含数据自动化采集模块、精密解算模块、数据库管理模块、数据分析预警发布模块。实现自动接收并处理工作站系统采集的数据，并对原始数据和处理后数据进行显示和在线评估及预警。

4）避雷系统：主要作用是为了保护设备的安全，避免雷电造成的经济损失和人员伤亡。分为防直击雷和防感应雷两个部分，防直击雷主要是运用避雷针防感应雷主要是使用浪涌保护器。

5）预警系统：该单元主要指软件单元解算的数据超过某一现值，或者监控系统发生突变时以短信的方式或者在监控服务器上显示出预警信息。

1.2 GNSS变形监测软件部分的结构和功能

1）数据采集工作站软件：完成数据采集、传输和本地存储的工作；

2）数据处理服务器软件：完成数据接收、控制、数据处理、数据显示、数据评估及预警等工作；

3）数据存储：完成数据存储和管理工作，以供以后对监测点进行更精确的分析。

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固定布置传感器 GNSS接收机、GNSS大地测量型天线普通数据流控制信号数据流信号调理数据采集工作站（DAU）参数配置数字信号处理数据采样采样控制数据本地存储数据通讯系统自检数据通讯数据存储 ◆ 原始数据存储 ◆ 处理后数据存储 ◆ 预警信息存储 ◆ 时间信息与储油深度信息存储 ◆ 健康状态信息存储数据显示数据处理数据评估及预警数据处理服务器（DPC）

华测GPS监测系统软件总体数据流程图

2、GNSS监测适用范围

GNSS自动化变形监测系统适用于边坡体地表的三维位移监测，尤其适合于地形条件复杂、起伏大的边坡监测，在矿区地表沉降观测、采场或排土场边坡滑坡监测、大坝位移监测、地质滑坡监测、大桥结构健康检测广泛应用并取得很好的效益。随着GNSS接收机发展很快，GNSS定位精度可达毫米级。 3、技术应用案例

类别 桥梁监测 大坝监测 滑坡监测 重庆开县巨坪滑1 东海大桥 贵州翁福磷矿尾矿坝 坡点 沉降监测 河北西郝庄铁矿 一切从顾客感受出发 珍惜每一次服务机会

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湖北省秭归县陈2 润扬大桥 云浮云硫集团尾矿坝 家湾滑坡点 贵州省大方县县3 阳逻长江大桥 河南中铝尾矿坝 河南丰鹤发电场灰渣库4 上海长江隧桥 坝 城滑坡点 陕西省略阳县阳山滑坡点 内蒙古黑岱沟露5 6 7 8 9 上海闵浦大桥 山东海湾大桥 宁波五路四桥 贵州坝凌河大桥 沪蓉西大桥 辽宁弓长岭尾矿坝 拉西瓦水电大坝 天煤矿排土场 4、该系统的主要优点

① 该系统是全自动化监测系统，节省大量的人力、财力和物力；

② 不受气候条件的，能在大风、大雾、暴风雨等恶劣天气条件下全天候进行工作； ③ 监测点和参考点之间无需通视； ④ 能够直接测定监测点的三维坐标值； ⑤ 自动化程度高，能够进行实时动态监测； ⑥ 不同监测点可以进行同步测量； ⑦ 避免人工读数和记录引起的人为误差； ⑧ 每天可进行24小时连续监测；

⑨ 可以准确记录失事事件时间，使之与外部因素相关联，比如降雨、地震、人工建造活动；

⑩ 连续监测能快速检测到临界变化，能在事态恶化之前采取处理措施；自动化监测系统可以按程序步骤监测限定阀值、变化速率，从而能在超出预定极限值时自动报警；

11 通过该系统的子模块------视频监控系统可以实时的观测边坡区域的现实场景，能够在该区域出现突变时第一时间掌握现场情况，为决策者制定决策提供可靠的依据以便及时采取相关救援或者其他措施； 5、基本功能和指标

1) 可对GNSS原始数据进行实时差分处理，数据更新率可达1Hz、5Hz、10Hz、20Hz；

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2) 可根据系统参数设置，对不同的监测站的实时差分结果进行Kalman滤波，达到不同的动态要求和精度要求；

3) 最多可同时处理多个基站和32个监测站的数据； 4) 输入接口协议：RS232、CAN、TCP/IP； 5) 输出接口协议：TCP/IP；

6) 实时显示基线的变化情况，点位的移动情况等，软件包括如下视图：实时数据视图、实时网图、趋势图、卫星视图、三维视图、数据管理；

7) 原始数据、解算结果的自动保存功能，可根据用户需求进行设置；

8) 对监测站、基站接收机的远程设置功能，软件上有各个GNSS接收机的监控模块，可以向GNSS接收机发送用户更改参数的命令（如采样间隔、高度截止角等）；

9) 系统完备性监测功能，可对整个系统的健康状况进行监测，包括软件和硬件，比如，一旦某个监测站出现死机现象，软件马上会通过数据信号触发的方式实现接收机自动重启；

10) 每个监控站的监控范围可根据用户设置，相应的精度可从1毫米到1厘米(根据解算时段的长短)；

11) 回放功能。回放功能分为两个层次：原始数据层，软件记录原始数据后，可以任意截取其中部分数据，并根据原始数据重新解算并回放的功能；历史状态层，即根据所选择的时段，对系统的实际工作状态进行回放；

12) 实时的数据采集的延迟不大于1秒； 13) 可以调整各个监测站的位置更新率；

14) 连接数据库，记录用户需要保留的各项信息；记录的内容如下： 坐标； 精度（水平和垂直）； GNSS定位数据 PDOP值； 使用卫星颗数； 解类型。 卫星颗数； 每颗卫星的坐标； 卫星数据 每颗卫星的信噪比； 每颗卫星的仰角； 一切从顾客感受出发 珍惜每一次服务机会

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基线向量； 基线误差（中误差和相对误差）； 基线解信息 比率值； 协方差阵。 软件本身的工作状态； 系统状态数据 各个机站的工作状态是否正常； 网络连接状态。

15) 第三方软件接口，用COM组件的方式实现，可实现远程查询、管理、报警； 16) 报警功能，报警项可根据用户要求设定，可通过短信、电子邮件等方式进行报警。 17) 权限管理：一般用户只能浏览数据，系统管理员才可能对一些参数进行设置； 18) 数据分析功能：根据用户要求，对监控点进行频域和时域分析； 19) 可靠性：7×24小时持续可靠工作。 6、监测点的选择及GNSS设备安装

监测点的选择分为边坡地区监测点的选择和参考点的选择。对边坡监测点的选择和参考点的选择具有不同的要求。 6.1参考站建设 6.1.1参考点的选择

参考点是变形监测的基础，必须保证坚固和稳定。参考站要求建立在地基稳定的地点，同时GNSS参考站场地应满足以下要求： 1) 场地稳固，年平均下沉和位移小于3mm； 2) 视野开阔，视场内障碍物的高度不宜超过15°；

3) 远离大功率无线电发射源（如电视台，电台，微波站等），其距离不小于200m，远离高

压输电线和微波无线电传送通道，其距离不得小于50m； 4) 尽量靠近数据传输网络； 5) 天线蹲的高度不低于2米； 6) 观测标志应远离震动源。 6.1.2参考站基建

本案中基准站采用钢制观测墩，建设要求：

1) 钢制观测墩立杆镀锌厚度400克/平方米，然后表面喷塑；

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2) 观测墩立杆底部不喷塑以保证可靠接地； 3) 观测墩立杆喷塑颜色RAL9001； 4) 焊缝均匀牢固，不虚焊、加焊； 5) 焊渣要清理，锐边倒钝；

6) 钢制观测墩立杆表面热镀锌后喷塑处理。

6.2监测站建设

GNSS监测站是管理人员实时掌握表面变化量的依据，各监测点长期连续跟踪观测卫星信号，通过数据通讯网络实时传输GNSS观测数据到控制中心，并结合各参考站的观测数据与起算坐标通过控制中心软件准实时解算处理，最终得到各监测点的三维坐标。 6.2.1边坡地表位移监测点应遵循以下原则：

1) 在查明和研究胜利东二露天煤矿采场及南排土场（主要为北、东、西排土场）工程地质、

水文地质条件的基础上，在重点部位设置监测网点，进行地表变形监测，监测网点布设能满足对排土场边坡变形进行动态跟踪，掌握其稳定性变化特征的目的；

2) 监测网点布设根据外排土场的自然地质环境、表面地形地貌、内部结构特征及变形破坏迹

象等因素，综合考虑，因地制宜布设；

3) 监测点沿边坡和滑坡预计的滑动方向和垂直其滑动方向布设成观测线；

4) 在监测的边坡段和滑坡区域，至少在其中部及其两侧边缘布设3条观测线，监测点布设至

滑动影响范围外30m，观测线间距不小于20m；

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5) 根据地质资料分析结果，在工程地质条件较差的部位(如断层、软弱带等)附近增加监测点

的数量；

6) 根据边坡形状、岩层性质及数值分析结果判断出可能出现较大变形的部位，在这些部位设

立监测点。

6.2.2监测站观测墩基建

监测站观测墩的建设必须满足以下要求：

1) 观测墩应浇注安装强制对中标志，并严格整平，墩外壁或内部应加装（或预埋）适合线缆

进出硬制管道（钢制或塑料），起保护线路作用；

2) GNSS观测墩采用钢筋混凝土现场浇铸的方法施工。混凝土浇铸过程中的水泥、沙子、石

子及其他添加剂的用量以及混凝土施工的要求均按照表一的要求执行；

3) GNSS观测墩中的钢筋骨架采用直径≧10mm的螺纹钢筋，使用时须在距两端10cm处，分

别向内弯成∩形弯（足筋下端30cm处向外弯成∟形弯）用料。裹筋采用直径≧6mm的普通钢筋；

4) 基座建造时浇灌混凝土至基座深度的一半，充分捣固后放入捆扎好的基座钢筋骨架，在基

座中心垂直安置捆扎好的柱石钢筋骨架，将柱石钢筋骨架底部与基座钢筋骨架捆扎一起，浇灌混凝土至基座顶面，充分捣固并使混凝土顶面处于水平状态；

5) 混凝土浇灌至地面下0.2米时，在观测墩外壁应预埋适合线缆进出的直径不小于25mm的

硬质管道（钢制或塑料），供安装电缆保护线路用；

6) 双频天线的保护罩要采用全封闭式（如下图4-18），以起到防水、防风等效果，同时天线

罩的衰竭率不大于1%；

7) 可利用观测墩基坑，加筑用于存放太阳能蓄电池的水泥槽。

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7、防雷系统的设计与安装 7.1雷电的危害性

在连续参考站一定要考虑到防雷电措施，雷电所产生的高电压电磁脉冲对没有相应保护措施如：同轴电缆，天线，数据通讯电缆，电源电缆会产生强烈的毁坏作用。直接损坏所连接的电子设备。所以必须安装避雷电接地端

电涌是微秒量级的异常大电流脉冲。它可使电子设备受到瞬态过电的破坏。随着半导体器件的集成化程度的提高，元件间距的减小，半导体的厚度的变薄，电子设备受到瞬态过电破坏的可能性越来越大。如果一个电涌导致的瞬态过电压超过一个电子设备的承受能力，那么这个设备或者被完全破坏，或者寿命大大缩短。

雷电是导致电涌最明显的原因，雷电击中输电线路会导致巨大的经济损失。每一次电力公司切换负载而引起的电涌都缩短各种计算机、通讯设备、仪器仪表和 PLC的寿命。 7.2具体防雷措施

1)基站天线应用有防直击雷的防护措施，避雷针与铁塔作可靠电气连接。天馈线严格按规范布置其接地点；尤其天馈线进入机房入口处的外侧接地至关重要，其目的是让感应雷电流在入机房前漏入大地，保证通信设备的安全运行。

2)基站机房应有防直击雷的防护措施，如装设有避雷针或优化针，则应有两根Φ8圆钢从针体尾部引出，引出线一方面与针体焊接，另一方面双从两个方向与避雷带焊接。

3)架空电力线和其他架空线的防雷措施一定要处理好，因为这是引雷重要途径，其防护措施有地埋和装设避雷地线等。

4)电力线进入UPS之前，加装ZGB148A-40电力线电涌防护设备，隔离UPS和电力线。进入通信终端前，加装中光ZGB235J-6通信线（数据线）电涌防护设备.

5)GNSS的射频线进入主机前，加装中光ZGB003R电涌防护设备，

6)在户外设备，尤其是GNSS天线附近架设中光ZGZ-200-1.8建筑物雷电防护设备。 8、供电系统

供电系统可以根据用户的要求有两种方式供选择：一是采用市电220v供电，一是采用太阳能电池板加蓄电池供电，由于采用市电220v供电不易避雷所以推荐采用太阳能电池板加蓄电池供电。

8.1不间断供电设备的选择

不间断供电设备推荐选用在线式不间断UPS。与其他设备相比，在线式UPS能够为负载提供更佳的电源环境，无论从稳压输出范围、频率范围、输入杂讯的滤除，乃至市电模式与电池模式零转换时间等方面考虑，在线式均是最佳的UPS结构，同时还要求有极高的可靠度，

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除了全面供应长效机以外，可以使用双机热备份，是故障率大为降低，有效提高使用电源的安全性与可靠性，为用户最重要的设备提供安全无忧的电力保障。 8.2太阳能供电

此种供电方式包括三个部分：太阳能电池板、控制器和蓄电池。太阳能电池板把太阳能转化为电能同时给蓄电池充电，再运用蓄电池给系统供电形成稳定的供电系统。

9、数据传输系统

根据露天煤矿边坡区域监测的范围和监控中心所在的地点，可以采用无线数据传输和有线数据传输两种方法来实现数据的传输。 9.1无线传输

将监测区域各监测的数据传递给串口服务器，然后通过无线网桥的方式传递给控制中心，控制中心处有一无线网桥接收点，组成星型无线网桥连接方式，将数据传给服务器。

无线网桥的建设的优点为：建设费用为一次性投入，数据传输稳定，抗干扰能力强。 9.2有线传输

用有线的方式实现数据传输主要实现方法是：GNSS接收机所接收到的数据通过光缆传输，然后通过串口或者转换为网络信号，通过网口传输到服务器软件进行解算实现实时监测的目的。

10、位移监测主要内容

建立参考点和监测点，在各GNSS监测点上安置GNSS接收机，各接收机观测的数据以无线/有线的方式实时传输到控制中心，控制中心软件准实时解算出各监测点的三维坐标并保存到数据库，最终通过数据分析软件自动分析各监测点的变化量、变化趋势、并进行预报警。

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本监测系统监测的主要参数是： 监测点(X、Y、Z)方向的实时坐标； 监测点(X、Y、Z)方向的位移时程曲线； 监测点(X、Y、Z)方向的位移变化速度曲线； 监测点(X、Y、Z)方向的位移加速度曲线； 监测线断面曲线。

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