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科技研发

水工程安全监测专家工作站是一个致力于推动水工程安全监测技术进步和创新水务、智慧水务建设的产学研合作平台,它以北斗/GNSS高精度定位、合成孔径雷达(InSAR)监测、遥感大数据分析为支撑技术,开展水工程安全监测领域的应用研究和技术咨询服务工作。

水工程安全监测专家工作站是一个致力于推动水工程安全监测技术进步和创新水务、智慧水务建设的产学研合作平台,它以北斗/GNSS高精度定位、合成孔径雷达(InSAR)监测、遥感大数据分析为支撑技术,开展水工程安全监测领域的应用研究和技术咨询服务工作。

工作站由(母公司)深圳市水务规划设计院有限公司、武汉大学卫星导航定位技术研究中心和德国波茨坦地学研究中心联合成立,以刘经南院士作为首席专家,知名教授、研究员、教授级高工为核心力量,一大批高水平研究人员和博硕士研究生为骨干力量,组建了技术水平一流的工作团队。

工作站主要业务领域包括:水工程自动化安全监测的技术咨询、方案设计、建设集成、运行维护;InSAR大范围面状监测服务和软件开发;基于北斗/GNSS实时精准定位和GIS技术的土地管理、管网巡检、水源保护等信息系统开发;基于卫星和无人机遥感的水务地理信息快速采集与更新、三维建模、动态监测、水资源监控和水质监测。

工作站前期自主开发的北斗自动化变形监测系统、InSAR变形监测产品,已在茜坑、西丽、公明、长岭皮等水库和西海堤、深圳湾海堤形成了示范应用,未来将立足深圳面向全国,开展全方位的水工程安全监测技术服务。

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北斗自动化变形监测系统    


北斗自动化变形监测系统采用以北斗、GPS为代表的的全球卫星导航定位系统(GNSS)变形监测技术,具有全天候、高精度、实时、自动化变形监测和实时预警的能力。可应用于土石坝变形监测、拱坝变形监测、重力坝变形监测、库岸边坡监测。






系统构成

系统由基准站和监测站、数据通信网络、控制中心以及配套的供电、防雷设施组成。北斗设备是基准站和监测站的核心组成,数据通信可采用有线、无线等多种数据传输方式,控制中心服务器搭载北斗信息采集与处理软件,实现自动化数据采集、处理、分析和维护管理。系统可集成北斗和其他类型传感器,形成全方位的安全监测解决方案。


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监测系统结构图


系统特点

三维监测:同步获取三维变形。

实时预警:24小时实时在线监测,出现异常状况可实时预警。

全天候监测:台风暴雨期间正常运行。

自动化监测:全过程无人值守。

高精度:水平监测精度优于2mm,高程监测精度优于3mm。

可扩展:系统平台以北斗监测为核心,可集成深层位移监测、渗流压力及渗流量监测、应力应变监测、水雨情监测等其他类型的传感器,形成全方位的安全监测解决方案。


系统应用

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茜坑水库


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西丽水库


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炳坑水库




InSAR变形监测

InSAR是一种以合成孔径雷达卫星影像为信息源,获取地表变形信息的技术。雷达卫星通过对地观测,获取地表同一地物的雷达影像并记录相位信息。将重复观测的雷达影像进行InSAR干涉处理生成干涉条纹图,然后基于电磁波干涉原理和卫星轨道等相关参数,精确计算目标地物的三维位置和变形信息。


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技术特点:

7.jpg 毫米级精度:监测产品包括变形速率和变形序列,变形速率精度可达1mm/year

8.jpg大范围监测:一景雷达影像覆盖范围为40km*40km,适用于大区域和大型线状目标监测。

9.jpg高密度监测点:高分辨率雷达卫星监测结果中每平方公里的监测点密度最高可达到100,000个。

10.jpg历史变形分析:利用存档雷达影像对研究目标的历史变形进行分析,最早存档影像的拍摄时间为2008年。

11.jpg高频率观测:雷达卫星的观测间隔最短可达到1天,用于高价值目标的应急监测。


软件研发

经过多年探索,团队研发出一套具有一定规模和数据处理能力的快速SAR影像处理软件(RapidSAR)。RapidSAR软件是一套功能全面性能可靠、高效率操作的InSAR数据处理软件,具备差分干涉处理、SAR影像时序分析、三维变形分析等功能模块。软件专注于水务设施(大坝、边坡、海堤等)相关的变形分析,融合了公司多年的水务工程监测经验,同时适用于基坑、桥梁、道路、铁塔等高价值目标的快速监测。

l  支持各种星载雷达影像数据,包括TerraSAR-XCOMO-SkyMedSentinel-1A/BRadarsat-1/2ALOS PALSAR-1/2ENVISAT ASAR等。

l  可根据监测对象选择策略进行自动化数据处理,支持并行运算实现高效处理。

l  使用自适应Delaunay三角形构网和稳健估计来提高相位解缠和参数估计的可靠性。

l  支持多轨道InSAR数据计算实现特定目标的三维变形。



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软件主界面


应用领域:


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应用案例:


水库大坝:InSAR技术可以提取土石坝体表面在水库初蓄期的面状变形场,相比较传统测量方式可以获取更加全面的监测结果。

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海堤及填海区: InSAR技术获取的深圳西海堤及填海区变形监测结果,用户可根据监测结果来及时了解海堤的运行状态。

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建筑设施: InSAR技术获取的文博大厦基坑周边建筑物监测结果。大型基坑开挖会造成地下水的局部流动,影响周边建筑物的安全。

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遥感水务地理信息采集


采用高分辨率遥感卫星、测绘专用无人机,实现正射影像图、数字高程模型、数字线划地形图、三维立体模型、土地利用分类等基础地理资料的快速采集,服务于水务工程建设、运行管理、应急抢险和动态监控。




技术特点:

大范围快速测量;

成果样式丰富:影像图、三维模型、地形图;

应用领域:基础地理资料获取、库区动态监测。

技术成果:

数字正射影像图制作;

数字高程模型制作;

数字线划地形图制作;

三维立体模型制作;

土地利用等专题数据制作。

应用案例:

公明水库(4D产品)

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铁岗石岩水库(遥感影像解译):

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北斗实时精准导航定位信息系统

北斗实时精准定位导航信息系统主要服务于室外信息化办公,可实现厘米级精度实时定位,并在野外向用户提供一站式数据管理和可视化信息服务,如工程地图浏览、资料查询、信息采集、坐标采集、轨迹监控等,可广泛应用于水源保护、管线巡检、河道巡查、应急抢险、三防指挥。

系统构成

系统由北斗定位增强系统、便携式北斗定位接收机、移动手机或平板终端、移动信息系统APP软件组成。

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系统特点

精准定位:实时三维定位,精度可达厘米级,便携式双频接收机尺寸13cm*9cm*3cm;

一站式数据管理:集成工程布置、工程特性、管理界线、土地权属、地表附着、数字地形、遥感影像等多维度数据,进行统一高效管理维护;

可视化:以图形交互界面提供信息服务;

可定制:基于用户需求定制移动信息服务APP。


系统应用

西丽水库水源保护信息系统

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北部水源管线工程北斗定位信息系统

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