摘要：GNSS系統(tǒng)應(yīng)用于變形監(jiān)測已經(jīng)成熟，在我國全力發(fā)展北斗系統(tǒng)的大背景下，司南導航結(jié)合長期的項目經(jīng)驗，采用BDS和GPS系統(tǒng)組合觀測的方式，對長河壩水電站進行變形監(jiān)測的工作。經(jīng)過謹慎的現(xiàn)場考察、監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)和數(shù)據(jù)分析，確定將BDS和GPS系統(tǒng)組合觀測的方式應(yīng)用于長河壩水電站的可行的。
關(guān)鍵詞：北斗；變形監(jiān)測；數(shù)據(jù)分析
0      引言
長河壩水電站為大渡河干流水電梯級開發(fā)的第10級電站^[1]，臨近丹巴縣城、瀘定縣城、康定縣，有省道S211線通過，并于瓦斯河口與國道318線相接，是一座發(fā)電為主，兼具防洪的特大型水利水電樞紐工程。因其有較多的高差超過百米的高邊坡，滑坡體陡峭，為預防滑坡的危害，故對容易發(fā)生危險的地帶建立了GNSS站點，進行全天候無縫隙的監(jiān)測。
該工程的地理位置特殊，現(xiàn)場施工測量難度大，采用傳統(tǒng)的測量方式，如全站儀等，已經(jīng)難以滿足現(xiàn)實情況的需要。又因滑坡體陡峭，衛(wèi)星信號受遮擋的情況非常嚴重。綜合現(xiàn)場環(huán)境的考察，比較了單GPS系統(tǒng)^[2]、GPS和GLONASS系統(tǒng)組合、BDS和GPS系統(tǒng)組合的觀測效果，確定采用BDS和GPS系統(tǒng)組合觀測的方式效果最好。
1      BDS和GPS系統(tǒng)組合觀測
1.1        北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)
表1 北斗系統(tǒng)已發(fā)射的衛(wèi)星
Tab. 1 Satellites has been launched of Beidou System

衛(wèi)星號	軌道	衛(wèi)星號	軌道
1	MEO	9	IGSO
2	GEO	10	IGSO
3	GEO	11	GEO
4	GEO	12	MEO
5	IGSO	13	MEO
6	GEO	14	MEO
7	IGSO	15	MEO
8	IGSO	16	GEO

注： GEO表示地球靜止軌道，MEO表示中高度圓軌道，IGSO表示傾斜地球同步軌道。
1.2        衛(wèi)星可視情況
在長河壩水電站布設(shè)的GNSS監(jiān)測點中，選取4個穩(wěn)定可靠、受衛(wèi)星信號遮擋較小的站點作為GNSS監(jiān)測點，利用GNSS接收機對監(jiān)測點進行長期的觀測。4個監(jiān)測點的現(xiàn)場環(huán)境，如圖1、圖2、圖3、圖4所示。









采集了三個時段（2013年8月25日上午、8月25下午以及8月26日上午），每個時段持續(xù)2個小時的觀測數(shù)據(jù)。經(jīng)過分析，得到BDS和GPS衛(wèi)星系統(tǒng)的持續(xù)可被跟蹤的衛(wèi)星數(shù)，以及時段內(nèi)的最少可視衛(wèi)星數(shù)，如表2所示。
經(jīng)過查看，可得到北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的持續(xù)可視的衛(wèi)星數(shù)目較GPS衛(wèi)星系統(tǒng)多；而因現(xiàn)場環(huán)境過于惡劣，二號點、三號點、四號點的北斗衛(wèi)星系統(tǒng)可視數(shù)目沒有達到4顆，不能滿足獨立觀測。故采用BDS和GPS系統(tǒng)組合觀測的方式可滿足現(xiàn)場環(huán)境的應(yīng)用。



表2 BDS和GPS系統(tǒng)的可視衛(wèi)星數(shù)
Tab. 2 Number of satellites between BDS and GPS systems

時段	點號	BDS/個	GPS/個	最少衛(wèi)星數(shù)/個
25日上午	一號	5	2	7
	二號	5	2	11
	三號	4	2	8
	四號	4	2	6
25日下午	一號	5	2	8
	二號	4	3	8
	三號	3	2	5
	四號	4	2	6
26日上午	一號	4	2	8
	二號	6	2	11
	三號	4	2	8
	四號	3	3	6

1.3        衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢
采用BDS和GPS系統(tǒng)組合觀測的方式，是充分發(fā)揮了雙系統(tǒng)在地理位置特殊的長河壩水電站應(yīng)用上的優(yōu)勢。
（1）目前已發(fā)射的16顆北斗系統(tǒng)衛(wèi)星中14顆可用，有5顆靜止衛(wèi)星；可選擇一顆信號質(zhì)量好的衛(wèi)星用作參考衛(wèi)星進行持續(xù)的跟蹤。
（2）北斗衛(wèi)星系統(tǒng)主要是為了更好的服務(wù)于我國的國家建設(shè)和發(fā)展，具有明顯的高度角優(yōu)勢，觀測效果良好。
（3）北斗衛(wèi)星系統(tǒng)具有三個頻段^[3]，可通過TCAR等方法，瞬時求得模糊度。
（4）在全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)國際委員會（ICG）和國際電聯(lián)（ITU）框架下，與世界各衛(wèi)星導航系統(tǒng)實現(xiàn)兼容互操作。
2      變形監(jiān)測系統(tǒng)
在長河壩水電站建立的監(jiān)測系統(tǒng)是由GNSS參考站、GNSS監(jiān)測站、通信系統(tǒng)、控制中心及輔助支持系統(tǒng)組成。
（1）參考站和監(jiān)測站的GNSS站點監(jiān)測，采用分體機的方式，將接收天線固定在建立好的觀測墩上，接收機安裝在機柜內(nèi)進行保護，保證持續(xù)有效的衛(wèi)星信號跟蹤、接收、存儲與發(fā)送。
（2）現(xiàn)場環(huán)境惡劣，施工難度大，不便于假設(shè)電纜；采用風能發(fā)電機和太陽能板等硬件設(shè)施，能充分利用自然資源，解決供電的困難。
（3）架設(shè)無線網(wǎng)橋，充分利用該通訊方式的大帶寬、雙向通訊、自由組網(wǎng)、遠程控制等優(yōu)點，將參考站和監(jiān)測站的數(shù)據(jù)，順暢的發(fā)送至控制中心。
（4）在參考站和監(jiān)測站處安裝避雷系統(tǒng)，防止惡劣雷雨天氣等造成損失。
（5）在控制中心，利用安裝完備的服務(wù)器，進行數(shù)據(jù)解算、存儲和分析的工作。
（6）控制中心的服務(wù)器采用的解算軟件是由司南導航獨立研制的，能夠?qū)崟r解算來自接收機傳回的數(shù)據(jù)。
（7）用戶可采用客戶端的方式，訪問控制中心的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，并可整理成報告提交相關(guān)部門。
3      數(shù)據(jù)結(jié)果分析
3.1        解算結(jié)果對比
本文中第2章節(jié)選取的4個監(jiān)測點數(shù)據(jù)（共3個時段數(shù)據(jù)，每個時段觀測2小時），利用司南導航獨立研制的CDMonitor解算軟件進行數(shù)據(jù)結(jié)果的解算，并將監(jiān)測點解算結(jié)果與高精度Leica TM30的測量成果進行對比。
對比結(jié)果見表3、表4、表5、表6。

表3 一號點解算結(jié)果對比
Tab. 3 Results comparison of point one

方向	Lecia TM30測量/m	CDMonitor解算/m	差值/mm
X方向	34795.8135	34795.8140	0.5
		34795.8150	1.5
		34795.8150	1.5
Y方向	518719.4890	518719.4820	7
		518719.4810	8
		518719.4850	4
H方向	1487.4605	1487.4520	8.5
		1487.4593	1.2
		1487.4547	5.8

表4 二號點解算結(jié)果對比
Tab. 4 Results comparison of point two

方向	Lecia TM30測量/m	CDMonitor解算/m	差值/mm
X方向	3349626.5281	3349626.5286	0.5
		3349626.5276	0.5
		3349626.5281	0
Y方向	500899.8460	500899.8447	1.3
		500899.8485	2.5
		500899.8447	1.3
H方向	1388.1532	1388.1490	4.2
		1388.1560	2.8
		1388.1545	1.3

表5 三號點解算結(jié)果對比
Tab. 5 Results comparison of point three

方向	Lecia TM30測量/m	CDMonitor解算/m	差值/mm
X方向	3350577.0814	3350577.0810	0.4
		3350577.0843	2.9
		3350577.0790	2.4
Y方向	500993.9562	500993.9522	4
		500993.9603	4.1
		500993.9561	0.1
H方向	1389.5961	1389.5989	2.8
		1389.5898	6.3
		1389.5995	3.4

表6 四號點解算結(jié)果對比
Tab. 6 Results comparison of point four

方向	Lecia TM30測量/m	CDMonitor解算/m	差值/mm
X方向	3350663.7153	3350663.7187	3.4
		3350663.7119	3.4
Y方向	500912.3925	500912.3903	2.2
		500912.3946	2.1
H方向	1376.3508	1376.3657	14.9
		1376.3358	15

查看表3、表4、表5、表6后，除了四號點外，其他監(jiān)測點的解算結(jié)果與已知坐標的差值均在毫米的范圍內(nèi)。而環(huán)境尤為惡劣的四號點，也僅在H方向，差值達到了厘米。
3.2        長時間監(jiān)測效果
采用司南公司獨立研制的監(jiān)測軟件呈現(xiàn)的長河壩水電站長時間觀測效果圖，如圖5。




圖5所示的曲線圖，是截取了長河壩水電站項目中一個監(jiān)測點的長時間數(shù)據(jù)曲線圖。其觀測時段為2012年12月3日至2013年4月3日。從圖中可知，該監(jiān)測點的X方向和Y方向的走勢有逐漸增大的趨勢，而Z方向的數(shù)據(jù)波動幅度較小。
4      結(jié)論
司南導航公司充分考慮現(xiàn)場自然環(huán)境的實際情況，設(shè)計的監(jiān)測系統(tǒng)，將自然環(huán)境的供電困難點轉(zhuǎn)化為友好應(yīng)用自然條件的優(yōu)勢。在司南導航獨立研制的實時解算軟件CDMonitor的幫助下，為長河壩水電站預防滑坡危害提供實時的數(shù)據(jù)分析，和長時間監(jiān)測結(jié)果，并為將來其他類似的變形監(jiān)測活動提供參照。
綜上所述，采用BDS和GPS衛(wèi)星系統(tǒng)組合觀測的方式，是能夠滿足長河壩水電站變形監(jiān)測的應(yīng)用要求的，并且這種變形監(jiān)測方式是目前能為長河壩水電站提供的最佳方式之一。

[參考文獻]
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