杭州大坝监测方案

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1、 露天大坝露天大坝全站仪实时全站仪实时监测监测系统系统建设项目建设项目 技术技术方案方案书书 建设单位建设单位: : 承担单位承担单位: : 二二一一一一年年六六月月 目 录 第一章 前言 . 4 1.1 概况 . 4 第二章 项目内容 . 5 2.1 监测方式与方法 . 5 2.1.1 水平位移监测 . 5 2.1.2 垂直位移监测 . 7 2.1.3 三维位移监测 . 7 2.1.4 小结 . 9 2.2 监测的目的与意义 . 9 2.3 框架设计 . 10 第三章 技术依据 . 10 第四章 系统总体设计 . 11 4.1 Trimble 监测系统概述 . 11 4.2 光学实时监测 .

2、 12 4.2.1 组成部分 . 12 4.2.2 系统组成： . 13 4.3 系统总体设计： . 13 4.3.1 系统设计 . 13 4.3.2 Trimble 监测系统建设优势 . 15 4.4 系统组成各部分简介 . 18 4.4.1 Trimble S8 全站仪 . 18 4.4.2 全站仪观测室 . 18 4.4.3 防雷装置 . 19 4.4.4 控制器 . 20 4.4.5 监测棱镜可选型号 . 21 4.4.6 通讯连接 . 21 4.4.7 供电系统 . 22 4.4.8 数据中心 . 22 4.5 实例分析 . 25 第五章 行业应用 . 27 第六章 附件：系统组成配

3、置清单： . 28 大坝大坝全站仪实时监测系统设计全站仪实时监测系统设计 第一章第一章 前言前言 1.11.1 概况概况 大坝安全监测是通过仪器观测和巡视检查对水利水电工程主体结构、 地基基础、 两岸边坡、相关设施以及周围环境所作的测量及观察；“监测”既包括对建筑物固定测点按一定频次进行的仪器观测， 也包括对建筑物外表及内部大范围对象的定期或不定期的直观检查和仪器探查。 通过观测仪器和设备， 以及时取得反映大坝和基岩性态变化以及环境对大坝作用的各种数据的观测和资料处理等工作。其目的是分析估计大坝的安全程度，以便及时采取措施，设法保证大坝安全运行。 由于大坝的工作条件十分复杂， 大坝和地基的实际

4、工作状态难以用计算或模型试验准确预测，设计中带有一定经验性，施工时也可能存在某些缺陷,在长期运行之后,由于水流侵蚀和冻融风化作用，使筑坝材料和基岩特性不断恶化。因此，在初期蓄水和长期运行中，大坝都存在着发生事故的可能性。大坝一旦出现异常状态，必须及时发现和处理，否则可能导致严重后果。大坝失事不仅要损失全部工程效益，而且溃坝洪水将使下游人民生命财产遭受毁灭性损失。大坝安全监测是水库工程管理工作中最重要的一项工作。 由于大坝失事原因是多方面的， 其表现形式和可能发生的部位因各坝具体条件而异。 因此，在大坝安全监测系统的设计中，应根据坝型、坝体结构和地质条件等，选定观测项目，布设观测仪器，提出设计说

5、明书和设计图纸。设计中考虑埋设或安装仪器的范围包括坝体、坝基及有关的各种主要水工建筑物和大坝附近的不稳定岸坡。不同坝型的主要观测项目如下。 （1） 土坝、土石混合坝：失事的主要原因常是渗透破坏和坝坡失稳，表现为坝体渗漏、坝基渗漏、塌坑、管涌、流土、滑坡等现象。主要观测项目有垂直和水平位移、裂缝、浸润线、渗流量、 土压力、 孔隙水压力等（见闸坝变形观测、渗流观测） 。 （2） 混凝土坝、圬工坝：失事的主要原因是坝体、坝基内部应力和扬压力超出设计限度，表现为出现裂缝、坝体位移量过大和不均匀以及渗水等。主要观测项目有变形、应力、温度、渗流量、扬压力和伸缩缝等（见水工建筑物裂缝观测、混凝土建筑物温度观

6、测） 。 此外， 对泄水建筑物应进行泄流观测和必要的水工建筑物观测。 如大坝位于地震多发区和附近有不稳定岸坡，还应进行必要的抗震、滑坡、崩岸等观测项目（见水工建筑物抗震监测、滑坡崩岸观测） 。 大坝的变形监测工作主要是获得大坝在不同的时间和环境下的变形情况和变形趋势， 在进行监测工作之前，必须在监测区域以外建立监测控制网，并要对其进行周期性的复测。 变形监测点可分为控制点和变形点， 控制点为全站仪进行工作的基准点、 工作基点以及联系点、检核点、定向点等，其坐标由监测控制网得到，通过这些控制点我们可以对大坝的变形点进行观测分析，变形点的选点位置应体现大坝的变形特征，且便于全站仪进行观测。 所以，

7、我们在进行大坝监测工作的时候，要做的工作统称分为两大部分：建立大坝监测的控制网，由此确定起算基点，对变形点进行观测，监测控制网完成后，只需定期的复测就可以了， 我们的主要工作集中在变形区域的监测点上， 需要根据实际的监测需求制定相应的监测周期（监测采样的间隔） 。 第二章第二章 项目项目内容内容 2.12.1 监测方式与方法监测方式与方法 大坝外部变形观测的方法按观测目的主要分为水平位移监测、 垂直位移监测、 三维监测等。监测技术发展到今天也有很大的变化，下面我们了解以下主要的监测方发。 2.1.12.1.1 水平位移监测水平位移监测 水平位移监测有如下几种方法：引张线法，视准线法，激光准直法

8、，正、倒垂线法，前方交会法和精密导线法等。 （1）引张线法 该法采用一条不锈钢钢丝(直径 0.61.2mm)在两端点处施加张力， 使其在水平面的投影为直线从而测出被测点相对于该直线的偏距。 同视准线法相比， 该法的基准线是一条物理的直线。引张线法的特点是：受外界影响小，应用普遍。其测量精度主要取决于读数精度，人工读数精度为0.2mm0.3mm，自动读数精度优于0.1mm，但引张线的两端一般要设有正倒垂线，以提供测量的基准，客观上增加了系统的成本。 最新的引张线测量系统采用线阵 CCD 传感器实现自动读数，其量程为几厘米，精度优于0.1mm。引张线法的发展趋势是双向引张线，能够同时观测水平和垂直

9、方向的位移，提 高了观测效率。 （2）视准线法 视准线法用于测量直线型大坝的水平位移， 对于非直线型大坝， 可采用分段视准线的方法施测。视准线法又可分为活动觇牌法和测小角法。测小角法精度稍优于活动觇牌法。视准线法的特点是：工程造价低，精度低，不易实现全自动观测，受外界条件的影响比较大，而且变形值不能超出系统的最大偏距值。 提高视准线法精度及自动化程度的措施有： 改进观测技术和操作方法， 选用高精度的仪器。 （3）激光准直法 激光准直法利用激光的单色性好和方向性强的特点， 建立起一条物理的视准线作为测量基准，根据测量原理的不同可分为直接准直和衍射法准直，后者精度高于前者。对于衍射法准直，根据其传

10、播介质不同，主要有 2 种方式：大气激光准直和真空激光准直。 1) 大气激光准直 大气激光准直让激光直接在大气中传播， 应用对象是坝长小于 300m、 坝高较低的大坝，如泉水双曲薄拱坝（坝长 109m） ，测量相对精度为 10-510-6。大气激光准直由于受大气折射及湍流影响而引起光束的抖动， 测量精度低且不易实现自动化观测。 最新发展是采用 CCD 技术，消除了光斑随机抖动的难题，实现了自动化监测，测量精度达0.1mm。 2) 真空激光准直 真空激光准直将波带板激光准直系统置于一个真空管道中， 减少了光束的折射和抖动的误差， 综合精度高达 110-7210-7， 与引张线法相当， 主要用于长

11、坝、 高坝的变形观测，已成功应用于太平哨、丰满、龚咀、云峰、桓仁、宝珠寺等工程。激光准直法的发展方向是双向位移观测(垂直位移和上下游水平位移)，在两端点处安装倒垂线作为水平位移的基准点，安装双金属标作为垂直位移的基准以实现双向位移观测。另外为了拓展其应用空间，可考虑实现真空激光转角，使其亦可用于曲线型大坝的变形观测。 （4）正、倒垂线法 正、倒垂线既可以实现水平位移监测，又可实现土坝的挠度观测。正垂线是一端固定于坝顶附近，另一端悬挂重锤，以便观测坝体各点间及坝体相对于坝基的位移观测，以及坝体的挠度观测。倒垂线是一端埋设在大坝基础深层基岩处，另一端浮起，来测定大坝的绝对位移。 新近研制的垂线观测

12、仪采用线阵 CCD 传感器实现自动读数，在 x，y 方向上的坐标精度优于0.1mm。 （5）前方交会法 对于拱坝的拱冠或下游面等观测效率比较低或观测位置不易到达的点位进行观测时， 可以用角度前方交会法测定其水平位移。 前方交会的误差源有： 测角误差， 交会角及图形结构、基线长度、外界条件的变化等因素。其实际精度一般为1mm3mm，精度较低，另外其测量和计算过程复杂，因此不单独使用，而是作为备用手段或配合其他方法使用。 （6）精密导线法 精密导线作为监测拱坝水平位移的方法，应用比较广泛，但量边工作量大，测角的旁折光影响大。为克服这些问题，宜布设成类似于高能物理加速器工程中的测高直伸环形网，通过测

13、量狭长三角形的边长和高的途径来间接提高测角精度， 从而避免旁折光的影响。 该法的精度取决于量边精度，如果用铟瓦尺量边，精度完全可以达到亚毫米级。但观测方法繁琐，计算复杂，误差逐点累加，可靠性差，工作效率低。 2 2.1.2.1.2 垂直位移监测垂直位移监测 垂直位移监测主要有几何水准法和流体静力水准法(连通管法)。 （1）几何水准法 几何水准法是垂直位移监测的主要方法，精度容易满足。主要的测量工作有： 1) 由水准基准点校测各工作基点，对混凝土大坝和土坝分别用一、二等水准测量； 2) 用工作基点测定各变形点，较上述要求可降低一个等级。 几何水准法可以满足大部分要求， 主要问题是观测自动化问题，

14、 目前可考虑采用电子水准仪(每公里往返测高差中误差0.3mm0.4mm)，可以显著提高工作效率。 （2）流体静力水准法 流体静力水准法测量原理是连通管原理。 用连通管法测定垂直位移， 一般可采用移动式的连通管，根据起测基点的高程，通过连通管测得的高差，来引测标点的高程。连通管由胶管、玻璃管及刻划尺等组成。该法不受大气折光的影响，很容易实现读数及传输的自动化，测量精度优于0.1mm， 在垂直位移监测中有着广泛的应用。 但连通管法受温度的影响较大，不够稳定，而且测点基本上要处于同一水平位置，高差测量范围较小。近年来研制开发出了通过压力传感器测量液体压力的变化来计算高差变化的仪器，扩大了测量范围。

15、2.1.2.1.3 3 三维位移监测三维位移监测 以上各种监测方法是将变形点的水平位移和垂直位移分别施测，测量成果不具有同时 性，降低了成果的科学性和使用价值，而且采用常规方法观测周期长，无法实时地了解建筑物的变形情况。随着测量仪器和测量技术的发展，这些问题已经基本上得到了解决。目前已研制出能实时连续观测变形点水平位移和垂直位移的测量系统， 由于此系统测量的是变形点的三维位移值，故称为“三维位移监测系统” ，按其原理和观测方法可分为 GPS 法、距离交会法、极坐标差分法。 （1）GPS 法 GPS 测量不需要测量点间通视， 但要求对空通视。 在数百米到 12km 的短基线上 GPS 测量可以获

16、得亚毫米级的定位精度。该系统主要有数据采集、总控、数据处理、分析、管理5 大模块。数据采集部分有 2 个基准点，5 个变形点，数据传输采用局域网传输；观测的水平精度优于1mm，垂直精度优于1.5mm，该系统能够实现自动连续观测，精度高，但有以下缺点需要克服： a. 不能实时得到观测数据； b. 观测点必须对空开阔，不能少于 4 颗卫星； c. 每增加一个观测点就必须添加一台 GPS 接收机，成本较高。对此问题的解决依赖于用一台接收机接收多个天线的办法实现。 （2）距离交会法 对于测角标称精度为0.5，测距标称精度为(1mm+110-6D)的自动跟踪全站仪，由于大气折射与自动照准误差的影响，实际

17、测角精度为2，因大气代表性误差等影响使测距精度降为 410-6，不能实现大坝监测所要求的亚毫米级精度，因此解决办法是：不用角度信息，只用距离信息；距离信息施加各种改正，使其达到亚毫米级。主要步骤有： a. 用测边和三边交会法确定变形点的 3 维坐标，三边是不在同一平面上的 3 条边，点位的平面坐标用两条互相垂直的边交会确定； b. 用频率校准仪、高稳定度高精度温度计、气压计与湿度计等对所测边长施加频率改正和气象改正； c. 用自动周日观测技术测定大气代表性误差规律，削弱大气代表性误差的影响。通过这些改造， 系统最终的测距精度为(0.2mm+0.310-6D0.2mm+0.410-6D)， 可以

18、实现 1km 左右距离上亚毫米级的监测精度， （3）GPS+全站仪联合作业法 GPS 技术已得到广泛的应用，从精密控制网的建立方面有其独特的优势。GPS 控制网不需要控制点之间直接通视， 可在大的区域进行实施。 如在我国研究地壳板块运动的网络工程中，就采用 GPS 技术，全站仪控制网相对而言，控制的面积小，而且控制点之间要能直 接通视。尤其是使用自动锁定功能，只能在在相对较短的范围内测量。 在 GPS 测站上，均要有一部仪器才能进行作业。在全站仪测站上有仪器，而镜站上只需有一个反光棱镜即可。所以相对于 GPS 的控制网而言，全站仪控制网投资要少一些，使用起来要便捷一些。这两种技术，在大坝外部变

19、形监测中可以视工程具体情况，取长补短相互搭配使用，设计出最优的监测方案。 2.1.42.1.4 小结小结 在一些已建成的大坝上， 通常已经安装了多种感应传感器， 对于坝体的表面位移及沉降一般采用的是人工的方式进行，通过定义坝体上不同的特征点，认为规定测量采样周期，人工进行周期性的测量，获取点位的水平与位移变化量，实现对坝体的表面位移监测，这种方式，测量过程较为复杂，耗时耗力，测量人员的工作量较大。 测量手段发展到现在已经有了很大的发展， 除去一些工程类的传感器， 采用全站仪进行观测可进行事实数据采集与数据处理， 省去了较大的工作量， 提高了对监测物体的监测频率，也进一步实现了我们进行监测的目的

20、，真实有效地实现了监测工作。 同样我们也可采用 GPS 接收机进行坝体的位移监测，采用此种方式可以实现全天候的实时监测，数据实时处理，控制范围广，测点之间无需通视，可实现远程控制，无人值守，是最新的监测手段。 从经济合理性的角度考虑，我们也可采用两种传感器互补的方式进行我们的监测任务，GPS 传感器可实现大区域内的控制，在坝体的主要监测区域，如坝体上的特征点我们采用棱镜的方式进行，在全站仪的观测范围内我们采用棱镜（棱镜的位置体现大坝的运动特性）的方式进行测量，全站仪的后视采用 GPS 与棱镜组合的方式进行，这种组合方式能够体现两种传感器的优势互补，更加切实有效的实现我们的监测任务。 2.2 2

21、.2 监测的目的与意义监测的目的与意义 针对与大坝坝体的安全监测，我们在进行进侧任务时，需要预计可能发生的危险，大坝不同于其他的建筑物， 一旦发生较大的变化， 对于大坝本身及其他建筑物都将产生深远的影响。为此，大坝安全监测工程的主要目的是： （1）针对坝体及影响区的具体特征、影响因素，建立较完整监测网，使之成为系统化、立体化的变形监测系统； （2）及时快速的对监测区坝体的位移量做出评价，并进行预测预报，将可能发生的灾 害危害降到最低限度； （3）建立长期监测系统，对大坝坝体的变形进行分析研究，为同类工程积累经验，丰富理论。 2.2.3 3 框架框架设计设计 根据项目的实际需求，项目采用全站仪实

22、时观测系统。 坝体均匀布设监测点（点位的选取应体现坝体的运动特征） ，或利用已有的标志点，全站仪选取合适的观测位置，该位置应具备以下特点： （1） 观测点与监测点和后视点通视，之间没有阻隔 （2） 适合建造稳固的观测墩 （3） 方便人工查看及维护 （4） 有较为便利的外界条件，如供电等 （5） 位置选取应符合全站仪进行角度距离的基本原理 坝体周围应该有较为稳定的控制点， 用来作为全站仪观测的后视点， 后视点的位置应尽量远离坝体，因为，如果控制点在坝体上，可能控制点的位置会随坝体的运动而运动，给我们的监测工作带来不确定的影响。所以，为保证坝体监测的可靠性，全站仪位置的选取以及后视点位置的选取都是

23、很重要的。 现监测工作如下：坝体上布设监测点共有 6 个，推荐使用 Trimble 的 S8 高精度全自动全站仪，可实现自动观测，减少人为因素的影响，工作时只需给全站仪一遍学习，就可实现对监测点的剩余测回的自动测量，提高工作效率。 第三章第三章 技术依据技术依据 项目实施过程实施严格按照技术依据进行，所采用的技术依据如下： （1） 混凝土坝安全监测技术规范DL/T5178-2003； （2） 岩土工程勘察规范GB50021-2001； （3） 水利水电工程地质观测规程SL245-1999； （4） 水利水电工程岩体观测规范DL5006-2007； （5） 国家一二等水准测量规范GB12897-

24、2007； （6） 国家三角测量规范GB/T 17942-2000； （7） 中、短程光电测距规范GB/T 16818-1997； （8） 大坝安全监测自动化技术规范DL/T5211-2005； （9） 工程测量规范GB50026-2007； （10） 中短程光电测距规范 （DL/T16818-1997） ； （11） 水电水利岩土工程施工及岩体测试造孔规程 （DL/T5125-2001） ； （12） 水电水利工程边坡设计规范DL/T5353-2007； 第四章第四章 系统总体设计系统总体设计 4.14.1 TrimbleTrimble 监测系统概述监测系统概述 Trimble 4D Con

25、trol监测系统是世界上监测行业领跑者Trimble在监测行业上多年来的系统总结，通过技术沉淀，推出的跨时代的、具有里程碑作用的一款监测系统软件，该软件能够无缝连接当前世界上最为领先的测量设备， 例如 Trimble S6、 S8 等磁驱伺服全自动测量机器人以及 GNSS 设备，还可以连接岩土物理传感器，例如坎贝尔的测斜仪、压力计等设备，在网络完好的情况下，系统能够自动连接这些设备，并且自动采集数据，自动分析、自动处理、自动报告、自动报警，全程无需人员干涉，真正的全自动无人值守。并且无论是原始数据、处理过程数据、以及最终的结果数据，全程全部进入 MS SQL 数据库，保证用户的调用、分析、二次

26、开发等。 Trimble 4D Control 软件系统能够提供多种的处理方法，确保满足用户的需求，可以实现光学数据的后处理、光学数据的实时测量以及处理、GNSS 的后处理、 GNSS 的实时处理或者同时使用几种处理方法， 同时 Trimble 4D Control 软件系统可以提供不同的处理方法，例如针对 GNSS 数据可以实现 RTK 处理模式、 网络解算模式、 后处理模式、 GGA 处理模式、快速处理模式等，系统还具有多种滤波方式，例如卡尔曼滤波、中值滤波等，可以针对不同的项目实现不同的观测方法、满足不同用户的需求。 主要特点： （1） 基于 MS SQL 数据库设计的高精度监测软件系统

27、； （2） 具有多种解算模式和滤波方法，实现多种精度、多种应用的监测方式； （3） Trimble 4D Control 软件与 Trimble S 系列磁驱伺服全站仪紧密结合，建立无人值守全自动光学监测系统，提供亚毫米级实时数据显示、历史数据汇总、预警报警提示等多项功能； （4） 也能与 GNSS 设备无缝链接； （5） 数据存储模式基于 MS SQL 数据库，能够为用户提供安全的数据保证，并为用户开发专属界面提供强有力的保障； （6） 从 Trimble Survey Controller 或 Trimble Access 设备读取数据，使用户得到精确的移动值，可以大大简化和加速诸如隧道测

28、量和监视测量之类的工程任务。 4.2 光学实时监测光学实时监测 4.2.14.2.1 组成部分组成部分 （1） Trimble S6、S8 全站仪 （2） 监测 25mm 棱镜 （3） 通讯：电台，线缆，串口服务器 （4） 不间断电源、交流电源 （5） 控制中心服务器 （6） 控制中心软件：Trimble 4D Control 软件（Option2 ）实时光学处理与 GNSS 后处理 （7） 其它传感器 软件特性： 依据客户设定限差实时发出报警邮件、声音、动作 远程登录查看并能控制系统 分布式软件架构 自动改正 EDM 距离，不需要考虑温度气压的改正 允许用户显示和报告相对于预期方向的位移变化

29、 新版本支持网页模块进行数据存储及分析 增加岩土工程数据记录器 客户定制化连接，例如摄像头和天气预报 4.4.2.22.2 系统组成：系统组成： 采用线缆直连或串口服务器方式连接， 将监测棱镜均匀安置在被监测物体上， 全站仪放置在观测室（或为控制中心）此外周边至少需要两个控制点，便于全站仪定向，全站仪通过线缆与计算机相连， 通过软件控制全站仪对各监测点进行重复测量， 在这过程中我们可对测量的间隔作相应的设定，软件对测量结果做实时的统计分析，以图表的形式直接显示。 采用电台方式连接，全站仪与控制中心不在一起，方便了全站仪位置的选择，全站仪与中心之间的连接采用电台的方式， 数据通过电台实时回传至中

30、心， 实现对测量数据的实时分析处理，系统可实现远程登录访问，工作人员在办公室即可实现对现场情况的控制。 采用网络的形式进行数据传输， 全站仪的数据通过串口服务器以无线的方式回传至控制中心，控制中心实时接收全站仪的观测数据，实时进行数据处理。 4.34.3 系统系统总体设计：总体设计： 4.3.14.3.1 系统设计系统设计 现有的条件不适于全站仪观测的，首先要做的就是测区内选择合适的全站仪的观测位置，可以通过现有的控制网获得此位置的坐标，后视点可采用现有的观测控制点（考虑通视良好的情况） ，如有需要，可适当考虑新增全站仪后视点的控制坐标， 实时监测系统组成由以下几部分构成： （1） 数据采集部

31、分：全站仪，监测棱镜 （2） 数据处理部分：T4D 光学实时处理软件 （3） 通讯：电台、串口服务器或线缆直连 如图所示：针对于此项目中出现的坝体的监测，对于新坝，在建造过程中，可直接制作预埋件，安放在坝体表面或坝体顶端，对于建造已久的老坝，可直接利用现有的监测点用于自动化监测， 设计为监测棱镜均匀分布于坝体的主体监测点上， 全站仪架设在选取的通视良好的地方，距监测点的距离不超过 2.5KM。周围有至少两个的控制点（可利用现有的控制点或后期的加密点） ，人为设定监测的频率，如一天测两次，通过全站仪观测，数据实时回传至软件，处理软件实时处理分析，给出报告，超过人为规定的限差时，发出警报。 此次系

32、统设计为光学实时监测系统，系统建设流程如下: （1） 收集资料，确定监测点的位置，以及全站仪的观测位置，选取合适的后视点。 （2） 后视点的选取，如没有合适的后视点，可通过 GPS 静态控制网确定所选全站仪观测后视点的坐标，后视点的建造需考虑稳定性，保证监测运行的可靠性，后视点的数量不少于 1 个。 （3） 全站仪观测墩的建立， 条件允许的情况下建立观测室， 不建立观测室的需考虑加装防护装置。 （4） 通讯方式的选取， 依据全站仪的观测与控制中心的位置选取合适的通讯方式， 可选通讯方式为：电台、网络、线缆直连。 （5） 监测点布点施工，可利用现有的坝顶上的监测点实现对大坝的监测。 （6） 监测

33、周期的确定，全站仪对监测点的学习，中心设置数据采集的间隔，实现实时观测及实时处理。 （7） 中心软件的配置，包括安装软件模块，设置报警限差，报给设定等。 各部分工作汇总如下： 坝体表面位移监测工作主要分为基准网建设、 变形监测、 数据分析处理及运行维护四大部分，其中： （1） 基准网建设 基准网为测量机器人工作基点，可利用现有的基准点或通过 GPS 静态加密技术或边角网联测获得。 （2） 变形监测 变形监测采用测量机器人测点（监测棱镜）的方式进行，分别设置相应的观测墩（房） 、供电、通讯、防雷、防盗等设施。变形监测可采用市电、UPS 电源或太阳能蓄电池供电，人工定期巡采或选用高频无线通讯方式采

34、集数据， 按预定的观测计划和频率对坝体实施变形监测。 （3） 数据分析处理 观测数据通过人工采集或高频无线通讯方式保存至数据解算服务器， 由固定的专业人员按照严格的质量控制流程进行数据分析处理， 获取坝体测点的三维位移变化矢量信息。 发现位移量超警戒阈值， 立即上报相应的预警预报信息， 并调整增加相应的监测频率和现场巡查力度。 （4） 运行维护 针对运行期间各类日常故障、突发事件，派驻专人在测区内进行巡查和设备维护，保证各类监测设备、设施能够正常运行。 4.3.24.3.2 TrimbleTrimble 监测监测系统建设优势系统建设优势 Trimble 监测系统优势：传感器类型的选择取决于项目

35、的规模，预期运动的类型以及监测结果的精度要求。Trimble 的检测系统支持两种不同传感器类型：GNSS 和光学全站仪，两者可独立运行，也可做到相互融合。此次选取的为全站仪的实时监测系统。 天宝的监测系统分为几种不同的监测方式，针对于不同的传感器类型有着各自的优缺点，现概述如下： （1） 全站仪工作的优势是精度高， 能够提供毫米级的实时数据， 并且可同时对多个点进行监测，且每个点的监测成本很低，每个点上只需一个棱镜即实现监测的需求。但要求通视情况良好，且测程有限，因此又具有一定的局限性。 （2） 与此相比，GNSS 传感器则不要求通视，可监测的范围更广，能够实现全天候的工作，且能够提供较高的数

36、据更新率，但一台仪器只能进行单点观测，如果与较多的监测点，那么实现我们的监测目的所需的成本较高。 （3） 在 T4D 的 Trimble 4D Control 软件（Option2 ）中，不只是光学数据的实时处理，还有 GNSS 数据的后处理引擎， 两者的融合更利于我们将测工作的进行， 当我们将GNSS 传感器安放在监测区域的顶端，同时在监测区域的外围，稳定区域设立一个参考站（为保险起见，可以是多个参考点） ，我们的全站仪能够对边坡体上的其他目标进行观测。但是，光学控制点的位置很接近变形体，所以，他们有可能随着大坝一起移动。因此，我们可以对这些控制点进行 GNSS 观测并更新它们的坐标，这样就

37、实现了广域与局域的整合，保证我们的监测工作更加顺利的进行。 （4） 为进一步降低成本， 我们也可以考虑用棱镜来代替安装在变形监测区域顶部位置的GNSS 传感器。光学控制点上利用两种传感器的优势来抵消各自的弱点！通过将两种技术相结合能够改进精度和数据可靠性， 同时取长补短， 利于我们的监测项目的进行。 此系统中我们采用 T4D 的光学实时处理，具体为： （1） 在变形监测区域均匀布设监测棱镜，棱镜间距依实际情况已达到检测目的为准， （2） 全站仪架设在稳定的观测点上，确定此区域的后视点，定向完成， （3） 中心观测室，有软件完成全站仪对检测点的观测任务，实时数据处理分析，数据可从数据库中调取，支

38、持第三方软件。 为实现系统的稳定性及功能性的提高，系统后期升级建议采用方案（3）或（4） ，在现有的全站仪实时监测系统中，包含有两个选型，全站仪的实时测量以及 GPS 数据的后处理，据了解， 大坝监测测量组有相应的 GPS 设备， 我们可适当考虑在实时的监测系统中增加 GPS传感器到系统中，已完成对控制点坐标的及时更新，保证系统的正常运行，这是天宝监测独有的方式，整合两种不同的传感器到系统中，无需第三方的软件处理。 4.44.4 系统系统组成各部分简介组成各部分简介 4.4.14.4.1 Trimble S8Trimble S8 全站仪全站仪 测量机器人拟采用美国 Trimble 公司的 S8

39、 测量机器人， S8 是一款具有高精度、 可靠性和有效测程的高端全站仪，其具备多项新型功能，主要技术优势如下： （1） 领先的磁驱技术，能够有效提高仪器的使用寿命，减少摩擦。 （2） 精确锁定功能，能够实现在小角度内识别多个棱镜， （3） 精确定点功能，可增加观测时全站仪的稳定性，减少外界因素的干扰 （4） 有效棱镜自动识别距离达到 3km（通视情况良好） ， （5） 测角精度：0.5 （6） 测距精度：0.8mm+1ppm （7） 内置气压计 （8） 可实现无人情况的自启动 （9） 电池续航能力强 测量机器人投入使用前，均按国家规范要求进行检定并出具检定证书，监测期定期进行设备检查、维护等，

40、以保证测量机器人能正常完成各项监测任务。 4.4.24.4.2 全站仪观测室全站仪观测室 测量机器人观测房对准坝体的位置设置有铝合金有机玻璃窗，尺寸满足观测必需的通视要求，并内设尺寸为 1.0m0.7m1.0m（长宽高）的机柜，采用封闭观测房作为测量机器人观测房，将太阳能电池板及防雷设备安置在观测亭顶部，亭内上层设置观测墩、强制对中盘、测量机器人及相应的控制设备，上部同时设置为可开启的玻璃设备，观测亭下部设置简易楼梯、蓄电池及部分备用材料，观测亭外部设置警示标语及防盗门。 考虑实际需要，如全站仪观测位置不适于建造观测室，可适当增加防护装置，改造成为 简易的观测位置，如阳光直射，雨雪冲刷、防盗等

41、，依据实际的需要对全站仪观测位置进行改装。 4.4.34.4.3 防雷装置防雷装置 测量机器人观测室需按照建筑物电子信息系统防雷技术规范GB50343-2004 和建筑物防雷设计规范GB50057-2000 B 级电子信息系统要求采取必要的防雷避雷措施。 雷击造成危害主要为：直击雷击和感应雷击。 （1） 直击雷防护： 在天线墩相距 3 米处安装一根 5 米的标准避雷针， 将避雷针与地网连接。 （2） 感应雷防护：天线进入接收机时假装 ZGB003R 电涌保护器，并使其接地。 （3） 电源端的防雷： 在机柜电源进线处安装一台电源 SPD 作为基站电源线路的第一级防护，所有的接地端与地网有效连接

42、（4） 等电位接地：根据 GB 503432004建筑物电子信息防雷设计规范要求，电子设备的接地系统宜采用联合接地方式， 接地装置的接地电阻值必须按接入设备中要求的最小值确定。将站上的所有的设备进行等电位连接。 （5） 地网的建设：根据当地的地阻状况建立地网，地网可以就近合并建设，具体的依实际情况确定。 直击雷预防示意图 感应雷预防示意图 4 4. .4 4. .4 4 控制器控制器 Trimble CU 控制器 （SC 版） TrimbleTSC2 控制器（SC/TA） TrimbleTSC3 新一代控制器（TA） 此类控制器可用于监测的基本型，定期安排测量人员进行后周期性的测量，数据采集回

43、来后做相应的后处理， 这种方式也是现有的一些大坝的监测方式， 后期可升级至实时监测系 统。 该类控制器可直接控制全站仪进行半自动化的测量， 利用手簿预装的监测软件就可进行人工监测，同样的，由于采用了高端的全站仪观测，只需按照软件的相关提示，即可进行简单的操作，完成我们的任务，当然，我们可以在完成一次人工测量后，导出我们想要的监测报告。 这种方式操作简单，也只需人工测量一遍监测点，后面的所有测回就可以交给全站仪自己完成，我们可以在手簿软件里面设定我们想要的测回数量，完成预定数量的测量任务后，我们便可输出报表，上交资料了，此种方式为半自动化的监测，监测的时间可随机选择，可做到随到随测， 无需附加的

44、通讯设施， 操作较为简单， 且项目投资较小， 可满足中小型项目。 4 4. .4 4. .5 5 监测棱镜可选型号监测棱镜可选型号 25mm 监测棱镜 与 GNSS 接收机配套棱镜 监测棱镜被安置在被监测体上，位置排列要具有一定的规律性，此项目中我们利用原有的安装在坝体上的监测点实现监测任务， 原有监测点为混凝土墩体结构， 顶部安装预留对中装置，可直接升级改造成为系统的监测点，建议监测点加装防护装置。后期如需添加 GPS传感器到系统中，我们建议选用与 GNSS 接收机配套的监测棱镜，实现系统中全站仪后视点的监测一体化。 4 4. .4 4. .6 6 通讯连接通讯连接 电台 串口转 U 口 串

45、口转九针串口 串口服务器 在实时监测系统中可选的通讯方式如下，电台通讯，线缆直连，具体的通讯方式依实际情况而定，如观测室与控制室在一起，建议采用线缆的方式连接。观测室与控制室的服务器分离，则采用电台或者串口服务器的方式进行。 全站仪观测位置与控制中心不在一个区域，可根据距离远近选择相应的传输方式，如电台或网络。 4.4.4.4.7 7 供电系统供电系统 系统中依据实际的情况， 可利用多种供电方式， 如市电接入、 太阳能电池以及 UPS 电源。如采用市电接入，可直接利用全站仪供电线缆直接给全站仪供电，为保证系统的稳定运行，可在此基础上增加 UPS 作为备用电源，此外我们也可采用太阳能供电的方式为

46、我们的监测系统提供可持续的电源。 采用太阳能供电是需根据我们实际采用的设备多少， 实际功率的大小选择相应的太阳能电池板及电池。 4 4. .4 4. .8 8 数据中心数据中心 数据中心软件界面显示 集成的软件界面，所有信息可在一个界面中全部显示，也可实现定制化显示，操作界面为树形结构，方面管理与添加删除选项。软件主要特性如下： （1） 依据客户设定限差实时发出报警邮件、声音、动作 （2） 系统监测信息以 2D 图像显示，外接大屏幕 （3） 远程登录查看并能控制系统 （4） 软甲界面自定义，可同时显示多个点位在不同处理方式下的信息变化 （5） 数据存入数据库，方便保存、查找、提取 （6） 自动

47、改正 EDM 距离，不需要考虑温度气压的改正（全站仪模式） （7） 允许用户显示和报告相对于预期方向的位移变化（图中蓝色显示线） （8） 新版本支持网页模块进行数据存储及分析， 通过此模块， 用户可直观查所有接入系统的传感器信息，以及各个监测点上的位置矢量变化 （9） 增加岩土工程数据记录器，支持多种工程传感器组合在软件中， 4.54.5 实例分析实例分析 案例一： 桥梁监测。 系统仪器安置， 全站仪安置在山上的基岩， 控制点放在桥上或山上，监测点均匀布设在桥的特征点上，实现对整座大桥拱形的变形量以及桥墩的监测。 对桥梁的变形监测 全站仪观测室 案例 2，尾矿边坡监测，两台带有长距离精细锁定功

48、能的全站仪进行实时监测，数据回传至控制中心，实现远程的监测功能。 大坝监测 案例 3 大坝监测。该大坝的建设过程中，采用了多种传感器，全站仪，GPS 接收机以及各种工程类传感器。 第五章第五章 行业应用行业应用 Trimble 4D Control 监测系统作为一个完整的监测解决方案，系统本身是可扩展的，现已被广泛应用于各行业的监测项目中： 工程施工工程施工 Trimble 系统可监测施工工地对附近建筑物和构造物带来的影响，也可监测地面沉降、挖坡填坡和不完整的构造结构。坚固的 Trimble 仪器可轻松应对施工工地的恶劣环境。 建筑结构建筑结构 Trimble 监测系统可监测水坝、防洪堤、桥梁

49、、建筑物和其它人造建筑。Trimble 提供了这些结构监测所需要的高精度测量。 大坝、 桥梁等建筑物的稳定需要高精度而且是准确的进行监测。 公用设施公用设施 公用设施公司可以用 Trimble 监测系统监测管线、传输结构、生产和仓储设施。Trimble监测系统可提供关于这些设施的位移和变化信息，以改善设施的安全性和可靠性。 采矿和隧道挖掘采矿和隧道挖掘 Trimble 监测系统可用于露天采矿和地下采矿工程，监测未开采的工作面、隧道、堆料和地面沉降状况。借助 Trimble 可靠的无线电数据电台，即使您将仪器放置到不适合地面通 讯的位置，也能保持通讯畅通。 交通运输交通运输 交通运输部门需要监测

50、道路结构、 挖坡填坡和铁路状况， 也需要监测邻近交通走廊的结构位移情况。Trimble 监测系统能够处理这些应用所需要的频繁测量和大量数据。使用 T4D Control 监测系统可以针对地铁、公路、隧道、铁路等危险区域进行监测。 地物地况地物地况 工程师和研究人员可以用 Trimble 方案监测山体滑坡、垃圾堆填埋场、地面沉降和自然结构。Trimble 可靠的通讯连接和灵活的测量控制可帮助您轻而易举地监测大面积区域展开的项目。 尾矿库在线监测尾矿库在线监测 尾矿库的危害不可小觑， 当前世界上由于尾矿库溃坝造成的人员伤害、 财产损失都是比较巨大， 已经成为国际上的一大问题， 对其进行安全监测显得

51、尤为重要， 为了保证生产安全、避免人员、财产伤害，必须对尾矿库进行监测，确保其安全稳定的运营。 第六章第六章 附件：系统组成配置清单：附件：系统组成配置清单： 序号序号 设备名称设备名称 技术说明技术说明 数量数量 备注备注 1 1 外部设备 Trimble S6/S8 全站仪 监测专用 DR HR（Auto Lock 型） 监测棱镜 25mm 2 2 通讯 Trimble 2.4G电台 Y 型线（电台到 PC） 电台供电线缆 1 个电台最多控制 5 台全站仪 USB 数据线 Hirose（六针串口）转USB 线缆(S8 至 PC) 串口转网口 Hirose（六针串口）转九针串口线缆 网线（R

52、J45） （Moxa Nport Device Server） 3 3 电源 UPS 电源 为中心服务器等设备提供备用电源 4 4 全站仪供电线缆 全站仪供电线缆 为全站仪供电 5 5 远程重启线缆 全站仪远程重启线 全站仪断电，恢复供电后自启动 （cable stub (PN # 53094001)） 6 6 机柜 控制中心机柜 放置服务器等设备 7 7 中心机房 中心服务器 8 8 控制中心软件 Trimble 4D Control 软件（Option2 ） 专业监测软件 光学实时GNSS 后处理 9 9 控制器 TCU/TSC2 选配选配 传感器 传感器 气压传感器 测斜传感器 倾斜传感器 其它传感器 其他监测棱镜