重大水利工程是強(qiáng)化水旱災(zāi)害防治、優(yōu)化水資源配置、改善水生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)流域區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的重要手段，在保障國家水安全中具有不可替代的基礎(chǔ)性作用。由于重大水利工程常建于高山峽谷中，以致于受降雨、地殼活動或水位反復(fù)升降等因素影響，重大水利工程的高邊坡極易產(chǎn)生垮塌，這將危及水利工程安全運(yùn)行及廠房安全。因此，利用科技手段監(jiān)測高邊坡，對保證重大水利工程運(yùn)行安全，減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失具有重要意義。

項(xiàng)目背景

位于新疆巴音郭楞蒙古自治州境內(nèi)的車爾臣河上的大石門水利樞紐工程是國家172項(xiàng)重大水利工程之一，承擔(dān)著車爾臣河流域防洪、發(fā)電和灌溉等任務(wù)。大石門水利樞紐工程于2015年開建，2021年下閘蓄水，總庫容1.27億立方米，壩高128.8米。自水利大壩建成以來，下游左岸的陡峭懸崖經(jīng)常有落石。一旦左岸的高邊坡滑坡垮塌，將直接危及人員、大壩、下游發(fā)電廠房的安全。為此，大石門水利樞紐工程急需對左岸的高邊坡進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)時監(jiān)測高邊坡位移情況。

痛點(diǎn)分析

由于左岸高邊坡為高差約80米的垂直立面，常規(guī)的全站儀、水準(zhǔn)儀、GNSS等監(jiān)測手段無法在垂直立面動土施工。而擁有非接觸式、高精度、高效率、大范圍等優(yōu)勢的地基InSAR技術(shù)能夠?qū)吰逻M(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。

實(shí)施方案

憑借出色的產(chǎn)品性能和技術(shù)服務(wù)，中海達(dá)成為大石門水利樞紐工程左岸高邊坡監(jiān)測預(yù)警項(xiàng)目的合作伙伴。項(xiàng)目采用的中海達(dá)地基邊坡雷達(dá)HD-SAR300（下稱HD-SAR300）基于合成孔徑雷達(dá)和干涉雷達(dá)的原理，可對監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行全天時、全天候、非接觸、高精度、大范圍的實(shí)時自動化監(jiān)測，監(jiān)測精度可達(dá)0.1毫米，且監(jiān)測結(jié)果以三維模型方式在用戶端進(jìn)行顯示，并根據(jù)用戶需求自動生成報(bào)告，配合聲光報(bào)警、短信報(bào)警、平臺端報(bào)警等方式，實(shí)時監(jiān)測被測區(qū)域的安全狀況。

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▲中海達(dá)地基邊坡雷達(dá)HD-SAR300

作業(yè)過程

確定安裝位置

通過現(xiàn)場勘察，雷達(dá)監(jiān)測點(diǎn)的位置選擇在被測區(qū)域?qū)γ嬉惶幍刭|(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定、視線開闊、滿足不小于4km雷達(dá)成像要求的區(qū)域。

安裝雷達(dá)主機(jī)

在搭建的觀測房內(nèi)安裝雷達(dá)主機(jī)。由于雷達(dá)主機(jī)采用一體化設(shè)計(jì)，可以快速完成設(shè)備安裝。

▲觀測房

▲雷達(dá)主機(jī)安裝

建立三維模型

通過無人機(jī)對監(jiān)測面進(jìn)行航拍，以建立三維模型。通過把三維模型與雷達(dá)形變圖相匹配，大石門水利樞紐工程有關(guān)部門可以直接查看監(jiān)測面的位移變化情況，便于其識別安全隱患，從而及時做出預(yù)防措施。

▲無人機(jī)航拍

設(shè)置軟件參數(shù)

設(shè)置HD-SAR300軟件平臺各項(xiàng)參數(shù)，確保HD-SAR300根據(jù)用戶需求進(jìn)行監(jiān)測，以生成監(jiān)測區(qū)域三維模型報(bào)告。

成果展示

通過HD-SAR300生成的監(jiān)測區(qū)域三維模型，大石門水利樞紐工程有關(guān)部門可以實(shí)時、直觀了解左岸高邊坡的微小變形情況。一旦監(jiān)測結(jié)果達(dá)到報(bào)警閾值時，聲光報(bào)警、短信報(bào)警、平臺端報(bào)警會被及時觸發(fā)，提醒左岸高邊坡下方的作業(yè)人員立即撤離。同時，HD-SAR300還能生成形變、速度、加速度曲線報(bào)告，幫助大石門水利樞紐工程有關(guān)部門準(zhǔn)確預(yù)測邊坡位移的未來走勢，實(shí)現(xiàn)邊坡垮塌早發(fā)現(xiàn)早防治。

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▲HD-SAR300對左岸高邊坡進(jìn)行監(jiān)測

▲展示監(jiān)測區(qū)域三維模型、形變曲線、速度曲線、加速度曲線的軟件界面

項(xiàng)目總結(jié)

與全站儀、水準(zhǔn)儀、GNSS等監(jiān)測手段相比，HD-SAR300擁有以下優(yōu)勢：

1.監(jiān)測精度高

HD-SAR300通過電子掃描最快每60秒獲取180°形變圖像，且每幅形變圖像可獲取百萬量級監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)，監(jiān)測精度可達(dá)0.1毫米，能夠高效精準(zhǔn)地提取微小形變位移信息。

2.非接觸監(jiān)測

HD-SAR300采用非接觸式監(jiān)測，在被測區(qū)域的對面架設(shè)雷達(dá)主機(jī)進(jìn)行大范圍遠(yuǎn)程掃描，無需在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域施工，最大程度保障了人員安全。

3.全天候監(jiān)測
HD-SAR300采用的雷達(dá)技術(shù)不受白天黑夜及天氣影響，能保證其在各類氣候條件下實(shí)現(xiàn)24小時連續(xù)監(jiān)測。

4.一體化集成
HD-SAR300采用一體化集成設(shè)計(jì)，不僅集成了GNSS功能，而且集成了用于場景監(jiān)測的攝像頭，使得設(shè)備可通過雷達(dá)系統(tǒng)控制界面就能抓拍場景圖像。

當(dāng)前，安全第一是最廣泛的社會共識。性能突出的HD-SAR300還應(yīng)用于內(nèi)蒙古隆昌煤礦和廣匯煤炭，以及紫金礦業(yè)-俄羅斯紫金龍興項(xiàng)目等礦山邊坡監(jiān)測項(xiàng)目中，為礦山安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。未來，中海達(dá)還將深入探索行業(yè)需求，把地基InSAR技術(shù)推廣到更多的領(lǐng)域，為筑牢行業(yè)安全屏障貢獻(xiàn)科技力量。

審核編輯 黃宇