1、概述

中國北斗衛(wèi)星導航系統（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中國自行研制的全球衛(wèi)星導航系統。是繼美國全球定位系統（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導航系統（GLONASS）之后第三個成熟的衛(wèi)星導航系統。

作為一種空間數據獲取方法，衛(wèi)星定位是現代測繪學科的代表技術之一。以GPS為代表的GNSS測量技術出現后，隨即在變形監(jiān)測領域得到了嘗試和應用。

隨著GNSS自動化形變監(jiān)控系統的發(fā)展，以及GNSS系統精度進一步提高。GNSS系統開始逐步從平面監(jiān)測向高程監(jiān)測方向發(fā)展。同時，北斗作為我國自主研發(fā)、自主建設、獨立運營的全球衛(wèi)星導航系統，在變形監(jiān)測領域也發(fā)揮了重要作用。

橋梁、大壩、滑坡等工程災害雖然不像地震、洪水、海嘯那樣一發(fā)生就造成巨大人員傷亡和財產損失，但地震、洪水、海嘯一般都是十幾年，乃至幾十年一遇，而工程災害發(fā)生非常頻繁，幾乎每周一遇。從這個意義上講，工程災害的危害比地震災害、洪水、海嘯災害等有過之而無不及。近年來，國內外水庫大壩潰壩現象時有發(fā)生，水庫大壩的安全尤為重要，及時對大壩的變形進行監(jiān)測，如果壩體變形超過舍得安全允許時，及時報警，在大壩安全性保障方面顯得十分重要。尤其在汛期和抵抗大的洪水的時候，將起到直接決定泄洪與否的決定性作用。因此為了準確預報工程災害，到達減災防災的目的，必須對有可能帶來災害工程進行監(jiān)測和預警。一般的方法是利用外觀資料和引起外觀位移的因變量等各種資料，進行綜合分析，及時掌握其運營狀態(tài)及變化趨勢，在災害未發(fā)生之前進行預警并采取相應的對策，從而保證建筑物的運行安全和保障人民的財產不受損失。

災害監(jiān)測的危害性和實時性，決定了需要一套在辦公室就能自動獲取各種變形監(jiān)測數據，并實時對數據進行分析和預測預報的系統。那么這樣的系統對儀器或監(jiān)測技術提出更高要求，主要概括下面三點：自動化程度高，在天氣惡劣條件下也能監(jiān)測；實時獲取變形，盡量在數據觀測完后，就能夠得到變形量；價格適宜，如果太高，不便于推廣應用。

基于上述需求，同時，北斗變形監(jiān)測系統已經在成本、精度和實時性等方面遠遠優(yōu)于傳統的變形監(jiān)測方法。因此，理論上基于北斗的水庫表面變形北斗監(jiān)測系統可完全滿足需求。本系統采用我國北斗衛(wèi)星導航系統（BDS）和美國全球定位系統（GPS）雙系統聯合解算，具有定位速度快、全天候、自動化、測站之間無需通視、可同時測定點的三位坐標及精度高等特點。通過精密解算獲得的水平位移和垂直位移量可達到毫米級乃至亞毫米級的精度，可對水庫大壩較大變形進行預警，為大壩的穩(wěn)定性、安全性和防洪決策提供了科學依據。

2、技術方案和路線

2.1、設計原則

本系統應用北斗、GPS 實時監(jiān)測技術對大壩變形進行監(jiān)測并作精密解算，從而使水平位移和垂直位移量達到毫米級乃至亞毫米級精度。系統整體設計、關鍵部件研發(fā)、軟件設計和系統整體測試方案均以此目標為核心，并綜合考量系統穩(wěn)定性、可靠性、易用性以及環(huán)境適應性。軟件設計可充分滿足實時數據處理要求，并達到標稱精度。

圖2.1 總體設計

本系統由數據采集、數據傳輸、數據處理與分析3大部分組成。數據采集為自主研發(fā)的北斗、GPS多模多頻GNSS高精度監(jiān)測型接收機（CY-305），數據傳輸采用無線通訊方式，數據處理與分析為自主研發(fā)的高精度實時變形監(jiān)測系統監(jiān)測軟件（QGMOSV1.0）。

監(jiān)測軟件可提供實時解以及準實時解等多種解算模式，每個監(jiān)測點可同時輸出實時解和3 hour、24 hour等準實時解，滿足數據分析中對探測精度和穩(wěn)定性等指標的要求。

（1）系統遵循科學可靠、結構合理、功能完善、經濟適用的原則；

（2）緊密結合GNSS系統有關國家規(guī)范以及各行業(yè)規(guī)范，實現理論研究與工程實踐的統一；

（3）采用目前國際上GNSS算法研究方面較先進的理論成果，提高數據處理方法的效率和精度，并保證監(jiān)測系統精度滿足應用需求；

（4）實現數據采集、處理、分析、輸出、存儲、報警全過程的自動化，可實現長期無人值守連續(xù)自動運行監(jiān)測；

（5）系統通信網絡及接口符合工程設計總體規(guī)劃，便于擴展維護；系統功能豐富，可滿足不同領域用戶需求；

（6）人性化操作設計，保證軟件操作的便捷及穩(wěn)定。