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糯扎渡水电站自动变形监测系统介绍

项目概况

糯扎渡水电站位于云南省普洱市翠云区和澜沧县交界处的澜沧江下游干流上,是澜沧江中下游河段八个阶 梯规划的第五级,。水库正常蓄水位812 米,水库总库容237.03 亿立方米,电站装机容量为5850MW(9 × 650MW),平均发电量239.12 亿千瓦时;是亚洲最高、世界第三高的心墙堆石坝电站,坝顶高程 821.5 米,坝顶宽度18 米。

糯扎渡水电站枢纽工程安全监测自动化系统采用卫星定位系统GNSS 和测量机器人TM30 对大坝表面变 形进行进行监测,通过建立可靠的GNSS 和测量机器人自动化变形监测,对监测点进行全天候24 小时不 间断观测,其观测数据的采集、传输、处理分析和管理等工作,均在无人值守的情况下完成,并实现数据 计算、分析、预警的一体化自动化和远程控制功能。

系统建成后,具有精度高、自动化程度高、可靠性高、稳定性高等特点。

糯扎渡水电站自动变形监测系统方案

水电站的监测点分了2 部分,一部分是测量机器人测量的114 个监测点(具体为L1-L6 和L8 视准线所有的测点,右岸坝肩边坡沿 坝轴线监测断面的5 个测点、溢洪道消力塘边坡最高两个监测断面的 15 个测点及尾水隧洞出口边坡两个监测断面的10 个测点及部分滑坡 监测点);一部分为GNSS 测量的52 个监测点(具体为上游堆石体的 L8、坝顶的L6、下游堆石体的L3、L5 视准线点及下游坝顶观测房 顶部的测点);52 个GNSS 监测点都使用了竖轴同心观测装置,同时 获取GNSS 和TM30 坐标,通过处理重合点的数据平差分析,得到监测 点更为准确可靠的变形结果。徕卡的GeoMoS 控制系统能同时对GNSS 和TM30 测量机器人进行有效的管理控制,GeoMoS 有效的处理两套坐 标系的转换,得到可供研究的数据。

糯扎渡水电站自动化变形监测系统

该系统由中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院监测中心设计,长江勘测规划设计研究院空间公司 负责总承包实施,所有GNSS、TM30 监测机器人等设备及软件的提供、安装调试及技术指导均由徕卡测 量系统贸易(北京)有限公司承担。糯扎渡电站自动化变形监测系统与2012 年3 月正式开始进行系统的 施工,将于2014 年1 月开始正式运行。

该系统是目前国内规模最大、技术难点最高的安全监测自动化系统,可以对监测点进行全天候24 小 时不间断观测,其观测数据的采集、传输等工作均在无人值守的情况下完成,并可以实现数据计算、分 析、预警的一体化、自动化和远程控制功能。该系统为大坝变形监测节约了大量的人工成本,更重要的是 能够及时、准确的提供监测数据,如实反映坝顶变形趋势。

糯扎渡水电站自动化变形监测系统
主要由如下组成:

  • 徕卡GMX902 GG 监测型接收机
  • 徕卡AR10 准扼流圈天线
  • 徕卡AR25 扼流圈天线
  • 徕卡TM30 监测机器人
  • 徕卡GNSS Spider 数据解算软件
  • 徕卡GeoMoS 数据分析软件
  • 通讯及供电系统

系统技术特点:

本系统由GNSS 监测子系统和TM30 监测子系统组成,两套系统独立运行;

两套系统中全部52 个GNSS 监测点都使用了竖轴同心观测装置,同时获取同一监测点的GNSS 和TM30 坐标,能进行观测坐标数值的对比检核;

本系统采用光纤组网的TCP/IP 通讯模式,保证了系统的独立稳定地运行;

全部子系统集成在一个中心管理系统下,通过观测数据,综合分析大坝的变形情况。

数据采集系统—GNSS 接收机

基准点及大坝监测点全部选用了徕卡GMX902GG 接收机。徕卡GMX902 系列简 化了一些额外功能选件,也因此成为一款结构监测通用型接收机。其坚固耐用 的外壳不仅可以抵御雨水、高温、严寒和震动等恶劣外界环境,而且便于安装在不同的结构物体上。采用 GMX902GG 监测型接收机,有以下优点:

 为GNSS 监测应用度身定制
  • 超低功耗
  • 坚固耐用
  • 适用于连续运行
 
 快速和高精度数据获取
  • 动态监测快速运动的物体,数据采 样率可达50Hz
  • SmartTrack+专利卫星跟踪技术为高精度数据提供可靠保证
 
 高集成度
  • 金属外壳,便于安装
  • 与徕卡GNSS Spider、GeoMoS和Spider QC软件无缝集成
  • 专用PPS接口,用于加速度计同步
数据采集系统—GNSS 天线

徕卡AR10 集成保护罩,可防止由于积雪降低信号质量。非球形保 护罩可获得最优的信号质量,且鸟类不易站在天线上面,克服了圆形保 护罩由于积雪或鸟类停留导致的信号干扰和衰减。AR10 天线采用空气动 力学形状,设计轻便,可用于各种条件下的安装,如观测墩、天线对中 杆,或安置在三角架,用于野外数据采集或监测站应用。

AR10 天线坚固,防紫外线,宽温,防潮、灰、沙、太阳辐射、污染,抗震。AR10 天线馈线电缆长 度70m 内而无需信号放大器

性能卓越

AR10 采用最新宽频天线技术,优异的低仰角跟踪性能和抑制多路径能力,且各个频率之间天线相位 中心稳定性达到亚毫米级精度。

采用新的低噪声放大器,观测噪声极低,优异的观测值质量。该技术具有极强的抗干扰能力。

数据通信

右岸拦污漂基准站因为远离大坝,跨越河流,采用无线网桥通讯方式,无线网桥通讯采用点对点的方式进 行,在右岸拦污漂基准站安装一个无线网桥(AP),在大坝左岸观礼台基准站安装一个无线网桥 (AP),两者之间进行无线通讯,再通过光纤传输到服务器。其他大坝所有监测点都通过光纤传输到服 务器。

供电系统

右岸拦污漂基准站远离大坝,属无人区,无民用电源提供,采用太阳能电池板对设备进行供电。
左岸观礼台基准站使用交流电源供电。
大坝上所有监测点均使用交流电源供电。

糯扎渡水电站自动化变形监测系统精度及可靠 性分析

通过对监测系统2013 年3-9 月数据分析,系统平面精度优于3mm,满足规范及实际监测需要。 每个GNSS 观测点都使用了360°棱镜同心装置,因而GNSS 和TM30 测量机器人两套监测系统的数据 可以相互检核。
GNSS 监测系统采用双基站,两个基准点可作稳定性校核,同时为整个变形控制网提供可靠的、高精度的 基准数据。
对比GNSS 与TM30 两组过程线,其变形趋势完全一致。说明徕卡的GNSS 与TM30 两套监测系统,在 糯扎渡的监测数据达到了统一,便于分析实际的位移量。

系统的主要功能

集成后的监测系统,具备以下主要功能,完全满足监测系统及业主的需要:
(1)GNSS 监测系统功能,点位图、站点信息、数据流、卫星情况、紧密定位结果。
(2)TM30 监测系统功能,点位图,然后依次是纵向位移图、横向位移图、高程沉降图、变形综合成果 表。
(3)数据录入功能,可以添加分部工程、分项工程、监测类型、仪器类型、测点考证表、测点测值、断 面、单元工程、环境数据及文档管理。
(4)自动采集功能,可以做内观自动化数据采集、GNSS 系统数据采集、超站仪数据采集、强震仪数据 采集、光纤渗漏数据采集。
(5)数据查询功能,简单查询、条件查询、模糊查询、断面查询、文档查询。
(6)报表输出功能,包含仪器埋设数量、测点特征值统计、测点成果表统计。
(7)图形输出功能,包含过程线图、分布图、相关线、变形位移分布图。
(8)检验分析功能,包含阀值法、包络线、函数法、趋势法、相关性、动平均模型、统计回归模型分 析。
(9)预警管理功能,包含测点管理、预警查询、预警管理系统。
(10)系统管理功能,包含用户管理、数据库管理、监测类型管理、仪器类型管理、阀值设置、预警值 设置、信息显示设置、变形测点基准值修正、多点位移计成果修正。

糯扎渡水电站自动化变形监测系统大事记:

2012 年3 月:开始施工
2013 年3 月:29 套GNSS 和2 套TM30 试运行
2013 年9 月:全部设备安装调试完成
2013 年10 月:系统试运行
2014 年:一年的观察期
2015 年:系统移交业主

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