水利水電大壩、高邊坡、防洪堤、海堤等是具有高勢能的危險源，在地質環境惡劣和氣候條件複雜的情況下，壩體和邊坡穩定性受到嚴重考驗，急需進行安全監測。

採用GNSS監測技術、感測器技術、北斗通訊技術、供電技術、防雷技術等，可實現在野外惡劣的自然環境下24小時不間斷資料採集和傳輸，以立體多方位的監控方式實時高精度監測整個邊坡或壩體的變化情況，為分析壩體或邊坡的變形趨勢提供資料依據，提供安全監測的及時性、準確性和有效性。

一、GNSS如何保障監測精度

1、什麼是GNSS？

GNSS的全稱是全球導航衛星系統（Global Navigation Satellite System），是一種新型的具有海、陸、空全方位實時三維導航與定位能力的系統，集合了中國的北斗衛星導航系統、美國的GNSS、俄羅斯的GLONASS和歐洲的GALILEO。

其以已發射的地球衛星作為該技術的重要支撐，並透過對地面三維座標的測量來實現導航及定位，在軍事、科學、汽車定位以及人們的生活中應用非常廣泛。

2、什麼是衛星定位？

衛星定位就是用一臺GNSS接收機，接收天空中的北斗衛星或者GPS衛星訊號進行定位的方法，由於衛星訊號在傳播過程中會受到大氣電離層和對流層、衛星鐘差和使用者接收機鐘差等自然因素和一些人為因素的影響（例如之前美國對GPS系統實施的SA政策），其定位精度大約為1。5~25米。

3、什麼是差分定位？

為得到更高的定位精度，通常採用的GNSS差分技術（Differential positioning），差分定位可以簡單的理解為利用兩臺GNSS接收機（其中一臺為基準站）同時觀測衛星訊號，兩組GNSS觀測值進行差分計算，以消除衛星鐘差、接收機鐘差、大氣電離層和對流層折射誤差誤差的影響，從而提高定位精度（根據測量方式不同，可以達到釐米級或毫米級）。

二、GNSS監測解算與測繪RTK解算

以及傳統靜態測量的差異

1、

原理基本相同

原始觀測資料獲取：

解析出載波相位、偽距、信噪比等觀測量；

資料篩選：

對於一些較差的資料予以剔除，包括觀測較低仰角的衛星有時會因為衛星訊號強度太弱、信噪比較低而導致訊號失鎖、訊號在傳輸路徑上受到較大的大氣折射影響而導致整週模糊度搜索失敗。

浮點模糊度計算：

透過雙差載波相位差分模型計算並經過卡爾曼濾波演算法得出浮點模糊度，結合粗差分析和剔除演算法；

整週模糊度計算：

透過殘差驗證搜尋確定整週模糊度，最終得到穩定可靠的固定解三維座標；

解算結果輸出：

在得到可靠的整週模糊度資料後，如果衛星保持連續跟蹤，即可實現高精度結果的實時動態連續輸出。

三、影響GNSS監測精度的因素

1、與衛星系統相關

衛星星曆誤差

衛星鐘差

衛星天線相位中心偏差

2、與傳播路徑相關

電離層延遲

對流層延遲

多路徑效應

3、與接收終端相關

接收機鐘差

接收機天線相位中心偏差

接收機裝置硬體延遲。

四、產品：GNSS多點一體監測終端

GNSS多點一體監測終端包括北斗/GNSS多點監測站和GNSS天線，搭配一臺北斗/GNSS基站，透過北斗或GNSS高精度衛星定位技術同時對八個監測體位移進行毫米級監測。

採用一臺北斗/GNSS多點監測站互不干擾地接收到多個GNSS天線傳輸來的訊號，實現用一個天線代替一臺高精度GNSS監測站。

GNSS多點一體監測終端較傳統裝置而言，具備良好的自動化和整合化效能，更能節省成本。

工作模式

以GNSS一機多天線為核心建立的變形監測系統，由三部分組成：

1、資料採集：

由GNSS天線分別採集各個監測體變形資料；

2、資料傳輸：

透過光纜或GPRS將採集資料傳送給GNSS多點一體監測站；

3、控制中心：

擔任多天線狀態的監控、資料的傳輸控制以及成果的分析和資料管理等，並將資訊透過平臺展示出來。

五、水利安全監測應用場景

1、水庫大壩安全監測

水庫大壩安全監測主要透過北斗/GNSS監測站、壓力式精力水準監測儀、深部位移監測儀、裂縫預警伸縮儀、滲壓計、影片監控等裝置實時採集大壩的各種環境、水文、結構、應力、滲流等資訊；計算分析大壩的整體穩定性，並及時準確地預警；長期掌握大壩的安全狀況，為安全管理提供科學的資料支撐。

2、堤壩安全監測

適用於河堤、江堤及海堤等各種堤防安全監測。通常使用北斗/GNSS監測站、流速流向儀、滲壓計、液位計、雨量計等裝置進行監測，採用通訊、供電一體化站的方式，部署方便，可大大節省施工的成本和時間。

3、水庫邊坡安全監測

根據邊坡監測專案的特徵和多年的專案實施經驗，建立水庫邊坡雲端一體化方案，整體採用太陽能供電，雲端傳輸、低功耗設計，簡便化安裝的方式，對邊坡進行立體全天候的監測。主要用到的裝置有：GNSS監測站、拉線式位移計、測斜儀、雨量計、傾角計、錨索計、土壓力計、滲壓計等。

4、河道水位水流監測

河道水位水流監測主要用於遠端監測河流、水庫、人工河道、景觀河道、航道等的實時水雨情狀況，通常使用超聲波六合一氣象站、土壤含水率監測儀、水位計等裝置進行監測。

系統包括使用者管理、水文基礎資訊管理、監測站管理、GIS、水文自動測報、水文資料查詢與管理、資料管理分析，預報預警等多個水文資訊化基礎模組，管理部門可透過該系統及時掌握河流的降水、斷面水位等流域水文狀況，從而及時作出管理決策。

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撰稿：中科川信市場發展部

部分圖片版權歸中科川信所有

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“北斗智慧雲監測平臺”是由中科川信科技有限公司聯合中國科學院研製開發的綜合性科學研究和產品服務平臺。基於大資料、雲端儲存、雲計算、雲服務搭建，以公司自行研發的北斗/GNSS高精度監測技術和北斗短報文通訊技術為核心，結合多元監測手段，實現對監測體進行全自動實時線上高精度多元化監測和分析預警，成功應用於國土、交通、水利、住建、市政、礦山等行業及一帶一路地區。該平臺通過了科技成果評價，總體達到了國內領先水平，其中北斗/GNSS遠端高精度（實時毫米級）資料處理技術達到國際先進水平，是目前國內唯一高整合度實時監測綜合平臺。