地表三维动态监测GNSS
1.1监测原理 本系统采用GNSS自动化监测方式对边坡表面位移进行实时自动化监测，其工作原理为：各GNSS监测点与参考点接收机实时接收GNSS信号，并通过数据通讯网络实时发送到控制中心
1.1监测原理
本系统采用GNSS自动化监测方式对边坡表面位移进行实时自动化监测，其工作原理为：各GNSS监测点与参考点接收机实时接收GNSS信号，并通过数据通讯网络实时发送到控制中心，控制中心服务器GNSS数据处理软件实时差分解算出各监测点三维坐标，数据分析软件获取各监测点实时三维坐标，并与初始坐标进行对比而获得该监测点变化量，同时分析软件根据事先设定的预警值而进行报警。
GNSS表面位移监测的误差水平为±2mm+1ppm，高程方向为±4mm+1ppm。
注：GNSS表面位移点均可以和当地的坐标系进行联测，所有监测点的坐标均可以转换为当地坐标。
GNSS表面位移监测的误差水平为±2mm+1ppm，高程方向为±4mm+1ppm。
注：GNSS表面位移点均可以和当地的坐标系进行联测，所有监测点的坐标均可以转换为当地坐标。
1.2 GNSS自动化监测优势
GNSS作为一种三维的空间定位技术，在变形监测中得到了越来越广泛的应用和推广，与常规变形监测技术相比，其突出的优越性主要体现在以下几个方面：
1) 测站之间无需通视
利用GNSS进行定位时，对测站间的通视情况不作要求，只要测站信号接收良好、点位易于保存即可，因此GNSS监测网在选点时更加灵活、方便，避免了常规测量中观测过渡点和转点的工作量，减轻了劳动强度，提高了观测精度，测绘效益显著。
2) 全天候观测
由于目前GPS、GLONASS、BDS等卫星定位系统的建成，GNSS用户可在一天内在任意时刻、在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星，可全天候连续进行GNSS定位测量，不受气候条件的影响，即使在风雪雨雾的天气中也能进行正常工作，大大提高了监测效率，减少了外业工作强度，尤其对于水电的监测工作，显示出了不可比拟的优越性。
3) 自动化程度高
GNSS接收机能自动跟踪锁定卫星信号，自动实时地接收数据，而且还为用户预留了必要的接口，便于结合计算机技术建立形成无人值守的自动化监测系统，从而实现数据从采集、传输、处理、分析、报警到入库的自动化和实时化，这对于长期连续运行的变形监测系统具有十分重要的意义，缩短了观测周期，大大降低了监测成本，提高监测资料的可靠性以及用户对变形的响应能力。
4) 高精度三维定位
采用传统测量方法进行变形监测时，平面位移和垂直位移需分别处理，且监测的点位和时间也可能不一致，从而增加了工作量，加大了变形分析的难度。而GNSS可同时精确测定测站点的平面位置和大地高，即一次性获得高精度的测站点的三维坐标，实现了监测时域、空域的严格统一，对进一步数据处理和变形分析具有重要作用。
5) 减少系统误差的影响
变形监测主要是根据大量长期变形监测的观测数据，计算出变形监测点在不同周期中坐标数据之间的差值，即形变量，而对于变形监测点的三维坐标不做要求。在监测数据处理与分析过程中，某些共同系统误差可能会直接影响到不同周期变形监测点的坐标值，但对形变量的影响却不大。因此在变形监测中，可以采用一定的方法对系统误差进行消除或削弱，就能保证变形监测的精度，减少各种因素对变形监测结果的影响。
6) 抗干扰性好、保密性强
利用GNSS进行定位监测，实质是一种被动式导航定位，即用户设备不需要发射任何信号，只需单一地接收GNSS卫星信号即可得到定位信息和导航数据。这种定位形式不仅可容纳用户数量多，而且隐蔽性好。此外，伪噪声码技术的应用使得数据的保密性和抗干扰性特别好。
1) 测站之间无需通视
利用GNSS进行定位时，对测站间的通视情况不作要求，只要测站信号接收良好、点位易于保存即可，因此GNSS监测网在选点时更加灵活、方便，避免了常规测量中观测过渡点和转点的工作量，减轻了劳动强度，提高了观测精度，测绘效益显著。
2) 全天候观测
由于目前GPS、GLONASS、BDS等卫星定位系统的建成，GNSS用户可在一天内在任意时刻、在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星，可全天候连续进行GNSS定位测量，不受气候条件的影响，即使在风雪雨雾的天气中也能进行正常工作，大大提高了监测效率，减少了外业工作强度，尤其对于水电的监测工作，显示出了不可比拟的优越性。
3) 自动化程度高
GNSS接收机能自动跟踪锁定卫星信号，自动实时地接收数据，而且还为用户预留了必要的接口，便于结合计算机技术建立形成无人值守的自动化监测系统，从而实现数据从采集、传输、处理、分析、报警到入库的自动化和实时化，这对于长期连续运行的变形监测系统具有十分重要的意义，缩短了观测周期，大大降低了监测成本，提高监测资料的可靠性以及用户对变形的响应能力。
4) 高精度三维定位
采用传统测量方法进行变形监测时，平面位移和垂直位移需分别处理，且监测的点位和时间也可能不一致，从而增加了工作量，加大了变形分析的难度。而GNSS可同时精确测定测站点的平面位置和大地高，即一次性获得高精度的测站点的三维坐标，实现了监测时域、空域的严格统一，对进一步数据处理和变形分析具有重要作用。
5) 减少系统误差的影响
变形监测主要是根据大量长期变形监测的观测数据，计算出变形监测点在不同周期中坐标数据之间的差值，即形变量，而对于变形监测点的三维坐标不做要求。在监测数据处理与分析过程中，某些共同系统误差可能会直接影响到不同周期变形监测点的坐标值，但对形变量的影响却不大。因此在变形监测中，可以采用一定的方法对系统误差进行消除或削弱，就能保证变形监测的精度，减少各种因素对变形监测结果的影响。
6) 抗干扰性好、保密性强
利用GNSS进行定位监测，实质是一种被动式导航定位，即用户设备不需要发射任何信号，只需单一地接收GNSS卫星信号即可得到定位信息和导航数据。这种定位形式不仅可容纳用户数量多，而且隐蔽性好。此外，伪噪声码技术的应用使得数据的保密性和抗干扰性特别好。
1.3 设备选型
根据系统的实际情况及所要达到的技术指标，并参照《全球定位导航系统测量规范》，表面位移监测系统选择专用接收机和配套天线罩。
GNSS接收机
我司GNSS是一款技术先进、简单易用、可靠稳定的监测专业接收机，其强大的技术性能适合在任何情况下长时间连续工作。该接收机与大地测量型天线设备集成在一起，并配合核心解算软件，能够最大限度地满足水库大坝、滑坡体、尾矿坝、沉降等变形监测的需要。
GNSS接收机技术参数如下表：
技术参数
GNSS接收机
我司GNSS是一款技术先进、简单易用、可靠稳定的监测专业接收机，其强大的技术性能适合在任何情况下长时间连续工作。该接收机与大地测量型天线设备集成在一起，并配合核心解算软件，能够最大限度地满足水库大坝、滑坡体、尾矿坝、沉降等变形监测的需要。
GNSS接收机技术参数如下表：
技术参数
| 频段* |
GPS/QZSS L1, L2 BDS B1I, B2I GLONASS G1, G2 |
| 数据输出 | GNSS RTCM3.x原始观测量 |
| 静态相对定位精度 |
水平：±（2.5mm+1ppm）RMS 垂直：±（5mm+1ppm）RMS |
| 定位模式* | BDS/GPS/QZSS/GLONASS多系统联合 |
| 通信模式 | 4G全网通/Wifi/NB-IoT/Lora |
| 通信协议 | 支持TCP/IP,MQTT,Ntrip协议 |
| 升级 | 支持串口，4G远程升级 |
| 尺寸 | 100*95*45（单位：mm） |
| 重量 | 约450g |
| 供电电源 | 9V至36V直流电源 |
| 平均功耗 | ≤1微安 |
| 工作温度 | -40℃ ～+85℃ |
| 存储温度 | -40℃ ～+85℃ |
| 工作湿度 | 95%无凝露 |
| 振动 | GBT-2423 |
| 冲击 | GBT-2423 |
| 防水等级 | IP68 |
| *备注：可选配GPS L1 L5, BDS B1I B2A, GALILEO E1 E5 | |
1.4 施工安装
（1）GNSS 基准站建设
边坡表面位移 GPS 监测系统一般设 1 个 GNSS 参考站作为位移监测的基准框架，以及若干 GNSS 监测点。它长期连续跟踪观测卫星信号，通过数据通讯网络实时传输 GPS 观测数据到控制中心，并实时为各监测站提供高精度的载波相位差分数据及起算坐标，若干个连续运行监测站同样实时的向数据中心传输数据，进行准动态差分。
GPS 参考站主要包括站址选择、基建及设备安装；
参考站站点选择，参考站要求建立在地基稳定的地点，同时 GPS 参考站场地应满足以下要求：
场地稳固，年平均下沉和位移小于 3mm；
视野开阔，视场内障碍物的高度不宜超过 15°；
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；
尽量靠近数据传输网络； 天线墩的高度不低于2米； 观测标志应远离震动源；
站点附近不应有大面积水域或强烈干扰卫星信号接收的物体，以减弱多路径效应的影响。
在满足以上要求的前提下，在边坡附近合适位置建立 1 个基站，观测墩的建设必须满足以下要求：
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；
GPS 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；
GPS 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；
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；
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；
双频天线的保护罩要采用全封闭式，以起到防水、防风等效果，同时天线罩的衰竭率不大于 1；
可利用观测墩基坑，加筑用于存放太阳能蓄电池的水泥槽。
（2）GNSS 监测站建设
边坡表面位移 GPS 监测系统一般设 1 个 GNSS 参考站作为位移监测的基准框架，以及若干 GNSS 监测点。它长期连续跟踪观测卫星信号，通过数据通讯网络实时传输 GPS 观测数据到控制中心，并实时为各监测站提供高精度的载波相位差分数据及起算坐标，若干个连续运行监测站同样实时的向数据中心传输数据，进行准动态差分。
GPS 参考站主要包括站址选择、基建及设备安装；
参考站站点选择，参考站要求建立在地基稳定的地点，同时 GPS 参考站场地应满足以下要求：
场地稳固，年平均下沉和位移小于 3mm；
视野开阔，视场内障碍物的高度不宜超过 15°；
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；
尽量靠近数据传输网络； 天线墩的高度不低于2米； 观测标志应远离震动源；
站点附近不应有大面积水域或强烈干扰卫星信号接收的物体，以减弱多路径效应的影响。
在满足以上要求的前提下，在边坡附近合适位置建立 1 个基站，观测墩的建设必须满足以下要求：
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；
GPS 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；
GPS 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；
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；
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；
双频天线的保护罩要采用全封闭式，以起到防水、防风等效果，同时天线罩的衰竭率不大于 1；
可利用观测墩基坑，加筑用于存放太阳能蓄电池的水泥槽。
（2）GNSS 监测站建设
边坡 GNSS监测站是实时掌握边坡表面变化量的依据，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。
1.监测站站址选择
根据监测区域的实际情况及参照《GPS 测量规范》，各监测站点的位置应尽量避开高大的建筑物、尽可能和内部位移监测点选择在同一个位置上、尽量选择在围堰上等。
2.监测站观测墩基建
根据边坡监测区域的实际情况及监测点所监测的内容，本 GNSS自动化监测系统监测站观测墩可选为混凝土观测墩、预制钢结构观测墩，各观测墩的高度按照人的平均身高计算，建设为 1.8 米以上为宜。
（3）设备安装
基墩的完成后，进行设备的安装，先将太阳能板固定在站杆上，引出电源线并做好标记， 将站杆固定在基墩上，太阳能电池板倾斜面朝正南方，太阳能板及风机电源线经掩埋的管道连 接到 GNSS 站杆上，将蓄电池放入 GNSS 站杆上，注意太阳能板及蓄电池的正负极，不要接 反或者接错，连接所使用的导线截面积不小于 1.5m ㎡，若太阳能板与设备之间距离大于 10 米，建议采用 2.5 m ㎡导线连接。
将 sim 卡装入设备，连接好 GPRS 天线，GNSS 天线及输入电压，整理站杆内部的线， 不要使 GPRS 天线及 GNSS 馈线压在蓄电池下面，以免影响数据接收及传送信号，安装完成后， 罩上天线罩，用防盗螺丝固定，及设备安装完成。
（4）站点信息收集
●装箱单、合格证、附件收集归档；
●采集站点经纬度信息；
●填写安装调试记录(包括站点信息、设备配置、土建、安装调试记录)。