一城一北斗|库区高陡边坡位移监测预警项目

摘要：直岗拉卡水电站库区中段高陡边坡距电站坝址2.5km,边坡顺河长约1200m,高达45m～100m,最高140m左右，坡度70°~80°,岸坡高陡且沿河分布多处孤立的危岩体，人员无法到达，无法用常规边坡监测手段对该部位进行安全监测。为此，本项目拟针对该高陡边坡

申报单位：青海大唐国际直岗拉卡水电开发有限公司

联合申报单位：

主要完成人：杜礼斌、虞小兵、任世德、杨维才

一、案例简介

直岗拉卡水电站库区中段高陡边坡距电站坝址2.5km,边坡顺河长约1200m,高达45m～100m,最高140m左右，坡度70°~80°,岸坡高陡且沿河分布多处孤立的危岩体，人员无法到达，无法用常规边坡监测手段对该部位进行安全监测。为此，本项目拟针对该高陡边坡的区域分布特点，通过在库区高陡边坡上人工配合无人机抛投的方式布设若干监测点，借助现代卫星空间定位技术手段对库区形变体进行实时动态跟踪监测和事后周期性高精度监测，并采用我国自主研制的北斗卫星定位技术对该库区形变体地表变形进行实时动态高精度监测，以厘米至毫米级的精度及时发现库区形变体变形状况，进而掌握库区高陡边坡的变形规律，为库区形变体灾害预警和水电安全生产提供重要基础信息。

二、技术方案

1)测点布设：由于该区域局部部位人员无法到达，计划采用无人投递的方法将监测设备布设到监测点。由于危险区域存在塌方量较大的风险，首先需要采用具备高清摄像头的无人机进行选点，(为了尽可能捕捉到危及库区安全近万方方量的较大型塌方，选点时至少至崖边10米以上)确定点位后，采用重型无人携带监测设备抛撒至监测点，对其进行连续实时监测。

2)设备研制：随着芯片技术的日益发展，小型化接收机板卡需求趋势日益明显。基于此，在已有的 GNSS硬件设备研制工作基础之上，该项目拟研制具有云存储功能的GNSS多模接收机。产品不仅集成无线传输模块、电源控制模块、存储单元、主控单元和高精度GNSS定位板卡，将高精度的定位处理模块移至监测云平台处理系统，使监测终端体积缩小为传统GNSS接收机的1/4,使监测终端功耗大幅降低。利用云平台保障高变形监测精度的同时，为实现GNSS技术在变形监测领域的应用提供专业级硬件支持。根据高陡边坡现场环境，北斗监测终端分为两类：常规型监测装置和抛撒型监测装置。常规型监测装置主要由北斗接收机、监测墩、太阳能电池板、蓄电池4部分构成。抛撒型监测装置主要由无人机、北斗接收机、抛撒遥控装置、太阳能电池板、锂电池4部分构成。抛撒时拟采用视频远程、位置智能识别、远程遥控三种形式；钢钎采用特殊的倒钩式设计，可以使其牢固的附着在形变体上。

3)平台部署：监测云平台部署主要包括：网络云资源服务器的申请、安全策略配置、NTRIP Caster 的安装、高精度监测软件的安装、SQL Server数据库安装、工作目录创建、FTP服务软件安装、辅助产品自动化脚本的安装、数据文件管理自启动程序安装、数据库备份与邮件服务功能开启、网页服务开启和微信小程序部署等内容。本平台拟采用腾讯云网络计算资源，实现主要由数据管理、实时数据处理和应用服务三大子系统组成的变形监测服务云平台，按照功能独立分布于三台服务器上。数据管理系统通过服务的方式，通过专有网络，实现公布于不同区域实时监测数据的实时接收、管理、存储和下发；实时数据处理系统通过从数据管理服务器自动获取实时和事后数据进行实时处理实现多监测网并行监测；应用服务系统通过部署WEB与小程序服务，将数据库中监测结果按用户请求的方式发播给不同用户。

4)系统集成：系统集成主要包括终端、网络、云平台应用系统、微信小程序系统、邮件报表(E-mail) 等形式为用户提供便捷监测应用服务。

三、创新亮点

1)高精度北斗卫星定位：北斗卫星定位技术主要依赖于卫星的良好跟踪。高陡边坡载体由于陡坡的存在会导致卫星可视空间被大打折扣，甚至只存在半边天的情况。针对这一情况，本项目针对高陡边坡位移高精度数据处理、定位算法研究。2)高陡边坡地形模型构建：卫星定位数据处理一般采用各向同性地形模型的假设。然后高陡边坡各个方向的地面高度差异较大，严重影响卫星定位时算法的设计。针对这一情况，本项目进行高陡边坡地形模型构建，用于北斗卫星定位时的算法优化。3)无人抛撒装置：国内外目前针对无人到达地区的高精度定位终端的安装技术研究较少。因此，本项目利用无人机技术进行抛撒型北斗监测装置研究，以解决无法安装区域的设备实施问题。4)云平台在线监测：北斗卫星定位技术较为专业。针对这一情况，本项目设计采用云服务器、网页应用系统、微信小程序系统、邮件报表(E-mail) 等形式为用户提供云服务在线监测，即使非专业人员也可通过便捷获取监测最新动态。