一城一北斗|鴨嘴河布西大壩運(yùn)行安全在線監(jiān)測系統(tǒng) BD研發(fā)及應(yīng)用

申報(bào)單位：四川華潤鴨嘴河水電開發(fā)有限公司

聯(lián)合申報(bào)單位：

主要完成人：董志榮、劉正旭、韓昌根、李立安、姜其彬、柳德均

一、案例簡介

四川華潤鴨嘴河水電開發(fā)有限公司運(yùn)營的梯級水電站位于四川省涼山州木里縣境內(nèi)，是雅礱江右岸一 級支流。布西水電站是梯級水電站第一級電站，即“龍頭”水庫電站，地位舉足輕重。為了實(shí)時(shí)監(jiān)控布西 水庫壩體及其建構(gòu)筑物的運(yùn)行狀況，改變傳統(tǒng)監(jiān)測中人力投入大、誤差率高的現(xiàn)狀，2024年四川華潤鴨嘴 河水電開發(fā)有限公司建成了大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)依托BD導(dǎo)航系統(tǒng)的高精度定位，實(shí)現(xiàn)了對壩體及 建構(gòu)筑物運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)掌握，確保了工程安全運(yùn)行，有效提升了工程管理效率。水庫的安全不但關(guān)系著 企業(yè)的收益，同時(shí)關(guān)系著下游人員、財(cái)產(chǎn)等的安危，為了解大壩運(yùn)行性態(tài)，需要對大壩的環(huán)境量、變形(水 平位移、垂直位移)、滲流(繞壩滲流、滲透壓力、滲流量)、壓力(應(yīng)力)及溫度、地震反應(yīng)監(jiān)測等參數(shù) 進(jìn)行監(jiān)控。布西水庫大壩監(jiān)測采集點(diǎn)位分布廣不集中，地理環(huán)境復(fù)雜，未建設(shè)BD自動監(jiān)測前布西大壩監(jiān) 測主要是由人工來觀測。人工觀測存在缺點(diǎn)：觀測勞動強(qiáng)度大，需要定期到水電站進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測，浪費(fèi)人 力物力；監(jiān)測效率低，監(jiān)測精度人為誤差大，且監(jiān)測過程中存在較大人身安全隱患。特殊時(shí)期加密觀測時(shí)， 人工手段效率低，很難及時(shí)獲取到高頻率的監(jiān)測信息，不利于大壩及建構(gòu)筑物的安全穩(wěn)定性監(jiān)控、預(yù)警及 分析；觀測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性差，無法及時(shí)反應(yīng)水工建筑物變化情況，特別在遇到大壩性態(tài)異常或洪水、地震等 異常情況時(shí)，不能實(shí)施動態(tài)高頻次的監(jiān)測；觀測數(shù)據(jù)需要人為保存歸檔，數(shù)據(jù)量累計(jì)起來后容易產(chǎn)生數(shù)據(jù) 缺失，觀測數(shù)據(jù)需要人為統(tǒng)計(jì)分析、繪制表格，缺少一套直觀的可視化程度高的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)平臺。 本項(xiàng)目具體分為2個(gè)課題：基于BD衛(wèi)星技術(shù)在水電堆石壩的安全監(jiān)測精度的研究；在高海拔、復(fù)雜峽谷 環(huán)境下通過地基增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)高精監(jiān)測的應(yīng)用效果研究。

二、技術(shù)方案

布西大壩外部監(jiān)測自動化改造，需在布西大壩外部監(jiān)測點(diǎn)附近穩(wěn)固基巖現(xiàn)場環(huán)境合適位置建設(shè)2個(gè)BD

GNSS基點(diǎn)；在監(jiān)測墩標(biāo)上安裝31個(gè)BD GNSS測點(diǎn)；購置、安裝BD GNSS設(shè)備及附屬設(shè)施、供電電纜、 通訊光纖等，實(shí)現(xiàn)布西大壩外部監(jiān)測點(diǎn)的平面、垂直位移在線監(jiān)控功能。

項(xiàng)目現(xiàn)場高程落差較大，考慮設(shè)備解算精度能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，基準(zhǔn)站與監(jiān)測站之間的高差盡量不超 過80米，初步按照該距離為基準(zhǔn)站分配監(jiān)測站點(diǎn)，解算弧長不低于8小時(shí)，采用基于單基站的后處理解 算方式獲取高精度監(jiān)測值，使用扼流圈天線改善衛(wèi)星接收信號質(zhì)量。在改造安裝過程中保留原有每個(gè)測點(diǎn) 盤面安裝的單棱鏡、保護(hù)罩，鑒于BD GNSS新技術(shù)在布西大壩安全領(lǐng)域的應(yīng)用，確保BD GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù) 的可靠性、準(zhǔn)確性、連續(xù)性，BD GNSS調(diào)試、運(yùn)行期測讀的成果，與人工測讀成果進(jìn)行比對，進(jìn)行可靠 分析。監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行供電，遵循方便、快捷、穩(wěn)定的供電方式，以市電供電，穩(wěn)定長期 供電為主。GNSS用電根據(jù)就近取電原則取自壩后A1,A2,A3,A4觀測房及布西大壩左右岸B1,B2觀

測房。因考慮該項(xiàng)目地處高海拔地區(qū)溫差大，兩岸邊坡山勢陡峭，巖體破碎，通信運(yùn)行有一定風(fēng)險(xiǎn)，為減 少后期通訊運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，故采用每個(gè)測點(diǎn)單獨(dú)布設(shè)一根光纖。光纜敷設(shè)(含穿管敷設(shè)、光纖熔接),大部分 與供電電纜走線一致，二者需穿管敷設(shè)。

三、創(chuàng)新亮點(diǎn)

1)部署一體化BD監(jiān)測終端，實(shí)現(xiàn)BD衛(wèi)星信號跟蹤、觀測數(shù)據(jù)采集，建設(shè)大壩BD監(jiān)測網(wǎng)，采用基于環(huán)境建模的精密單點(diǎn)定位和實(shí)時(shí)動態(tài)定位(RTK)的聯(lián)合解算策略，從而分析布西大壩形變內(nèi)在關(guān)聯(lián)性。

2)利用水利水電工程復(fù)雜工況場景下的BD高精度形變監(jiān)測解算系統(tǒng)，重點(diǎn)攻克高山峽谷場景化的痛 點(diǎn)和難點(diǎn)。在衛(wèi)星實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測體系、復(fù)雜場景下的衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理方法及理論、山區(qū)復(fù)雜大氣建模、 高精度實(shí)時(shí)網(wǎng)平差理論應(yīng)用、高可用自動化系統(tǒng)架構(gòu)等技術(shù)方向持續(xù)攻堅(jiān)克難，實(shí)現(xiàn)BD高精度變形監(jiān)測 能力在水電行業(yè)的普適應(yīng)用，提升監(jiān)測精度。

3)建立BD監(jiān)測系統(tǒng)的快速響應(yīng)、高靈敏度的監(jiān)測體系，開發(fā)BD系統(tǒng)實(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)測功能，以應(yīng) 對在緊急地災(zāi)工況條件下的監(jiān)測需求，為應(yīng)急工況下的快速監(jiān)測及預(yù)警指標(biāo)體系建設(shè)提供基礎(chǔ)。