呂達昕

【摘 要】人工島在完成填島后，尤其是島上大規(guī)模工程建設后，島嶼的穩(wěn)定性備受管理者和居民的關注。文章對北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)及其高精度定位終端在人工島安全監(jiān)測上的應用進行探討。通過監(jiān)測島嶼變形的連續(xù)變化，掌握島嶼結構變化的情況?；诖罅康谋O(jiān)測數(shù)據(jù)記錄和分析，為人工島的工程建設、城市管理與維護及其他地區(qū)的人工島建設提供決策依據(jù)。

【關鍵詞】人工島;安全監(jiān)測;北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)

【中圖分類號】TN96.1;P228【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）05-0113-02

雙魚島位于漳州開發(fā)區(qū)，是全國首例離岸式人工島。人工島的穩(wěn)定性主要受以下因素的綜合影響：區(qū)域地殼穩(wěn)定性（地質構造特征、地震、板塊地面沉降）、地基穩(wěn)定性（持力層性質、工程軟弱層）、海洋環(huán)境穩(wěn)定性（風暴潮、海流、波高、水深）。本文對基于北斗高精度位置服務平臺在雙魚島護岸的安全監(jiān)測進行討論。項目選取對雙魚島安全性影響最大的島上綜合地下管廊和護岸進行安全監(jiān)測。監(jiān)測其變形的連續(xù)變化情況，提供預警分析、降低由位移沉降引起的災害所造成的損害。同時，基于大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄和分析，為人工島上的工程建設、城市管理與維護及其他地區(qū)的人工島建設提供決策依據(jù)。

1 系統(tǒng)設計原則

安全監(jiān)測系統(tǒng)應能全面、準確地反映監(jiān)測對象在施工期和運行期的實際工作性態(tài)。根據(jù)地質條件、結構特點，以及在相同類型對象的代表性等因素，確定重點監(jiān)測對象和一般監(jiān)測對象。測點布置需突出重點。監(jiān)測項目應統(tǒng)籌安排，配合布置。重要監(jiān)測斷面或部位的某些重要測點，可綜合采用幾種監(jiān)測手段，并針對關鍵部位的重要物理量的監(jiān)測設備備份儀器。應結合影響工程安全的主要因素，有針對性地設置監(jiān)測項目和布置監(jiān)測儀器。應選擇性能穩(wěn)定可靠且適宜于在惡劣環(huán)境中長期工作的監(jiān)測儀器和設備。儀器的量程和精度應滿足監(jiān)測要求。需要長期觀測的重要監(jiān)測項目，其儀器設備應便于更換。

2 雙魚島安全監(jiān)測方案

2.1 雙魚島地下管廊監(jiān)測方案

雙魚島地下管廊是雙魚島的生命線，是島上資源傳輸?shù)闹饕ǖ?，也是雙魚島獲取能源的重要渠道。作為人工填島，地處較復雜的海洋環(huán)境中，可能發(fā)生不規(guī)則沉降、滲水等問題，對地下綜合管廊構成威脅。此外，地下綜合管廊在投入使用后，將處于高頻、高負荷的工作狀態(tài)。由此引發(fā)的老化、結構損傷等問題也將成為雙魚島地下管線及雙魚島地面的安全隱患。

鑒于此，對雙魚島地下綜合管廊的監(jiān)測應包括以下內容（見表1）。

2.2 雙魚島護岸安全監(jiān)測

由于護岸對于人工島基礎安全的重要性，以及其本身受自然環(huán)境影響的不確定性，因此雙魚島護岸的安全和穩(wěn)定性對填島工程非常關鍵。護岸是整島抵御海洋災害的重要屏障，因此了解其運行狀態(tài)非常關鍵，有必要進行安全監(jiān)測。沉降及位移監(jiān)測，為護岸的安全使用提供依據(jù)。監(jiān)測內容主要包括表面位移監(jiān)測和深部位移監(jiān)測。從人工島大小考慮，該監(jiān)測對象的監(jiān)測網(wǎng)點設計為60個表面位移點、20個內部（深部）位移點，網(wǎng)點設計采用沿護岸輪廓組網(wǎng)。

3 軟件系統(tǒng)設計

安全監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)測數(shù)據(jù)的接收、轉換、存儲、分析與展示。大數(shù)據(jù)的功能應用決定了系統(tǒng)的架構要具有靈活性、可維護性、可擴展性、可靠性、安全性等最根本特性。因此，系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)接入層、后臺服務層、數(shù)據(jù)層、服務接口層、應用層組成，以及信息標準規(guī)范體系、信息安全保障體系、項目統(tǒng)一規(guī)劃的基礎設施及信息運行保障體系構成。采用多層體系結構模型能更好地對監(jiān)測服務平臺進行擴展。

3.1 軟件系統(tǒng)架構

安全監(jiān)測軟件系統(tǒng)由核心處理分析引擎、安全監(jiān)測服務系統(tǒng)、緊急指揮系統(tǒng)3個子系統(tǒng)組成，并需要系列接口支持。

3.2 核心處理分析引擎

核心處理分析引擎是整個安全監(jiān)測數(shù)據(jù)處理分析的核心引擎，驅動其他所有業(yè)務系統(tǒng)有效運行。核心處理分析引擎需要達成以下目標：？譹？訛系統(tǒng)可以連續(xù)、自動、實時地完成監(jiān)測對象外部變形數(shù)據(jù)的采集及處理。？譺？訛根據(jù)引擎處理的數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)分析、過程線圖形繪制、判斷、預測、報表打印和WEB發(fā)布等多種功能。？譻？訛數(shù)據(jù)可通過互聯(lián)網(wǎng)或者無線通信網(wǎng)絡轉發(fā)至其他系統(tǒng)。？譼？訛參考相關標準規(guī)范及經(jīng)驗數(shù)據(jù)，為變形體設置預警值，實現(xiàn)超限報警功能。？譽？訛支持邊坡、自然斜坡、水庫、建筑、護岸、管廊等多種場景的變形監(jiān)測引擎。

系統(tǒng)軟件功能結構如圖1所示。

3.3 安全監(jiān)測服務系統(tǒng)

安全監(jiān)測服務系統(tǒng)可通過網(wǎng)絡訪問核心處理分析引擎的監(jiān)測站數(shù)據(jù)，針對各測點數(shù)據(jù)進行實時展示和查詢，主要包含以下功能模塊。

數(shù)據(jù)采集及處理：該功能包括前端數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理。前端由北斗衛(wèi)星接收機、應力應變、風力、濕度等各類傳感器實時采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡傳輸并進行數(shù)據(jù)處理，核心處理分析引擎對數(shù)據(jù)進行分析，實時監(jiān)測變形體的位移情況。

數(shù)據(jù)查詢：按時間、時間段、空間、項目、設備類型、設備狀態(tài)、數(shù)據(jù)狀態(tài)查詢。

數(shù)據(jù)通道：實現(xiàn)數(shù)據(jù)導入、數(shù)據(jù)導出、報表生成、報表導出、報表定時導出、報表展示（趨勢圖、比重圖、對比圖、地圖展示等）等功能。

預警告知：實現(xiàn)信息發(fā)送、發(fā)送群組管理、發(fā)送頻率、信息屏蔽、信息優(yōu)先級、信息內容編輯、個性化設置、費用查詢、到期查詢等功能。

數(shù)據(jù)展示：以項目、設備為單位，顯示位移、沉降、內部位移、含水率、內部水位、側部測斜、應力、應變、震動、風力風速、加速度、拉力、溫度、濕度、突變、報警、離線等指標及綜合分析結果，可以對上述數(shù)據(jù)進行時間維度和空間維度的類比、同比、速度對比、速率對比，輸出各類報表，其目的是快速發(fā)現(xiàn)險情，分析險情原因，排除險情誤報，預知風險趨勢。

安全業(yè)務服務：包括護岸安全管理服務、地下管廊安全管理服務，其目的是根據(jù)開發(fā)區(qū)組織結構及業(yè)務需要，均衡分配管理任務，方便各業(yè)務部門組織安全管理工作。每個系統(tǒng)均包含快速預覽頁面，以快速直觀的方式將最關注的突變、告警、離線、正常等設備信息和項目信息呈現(xiàn)出來。

4 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在雙魚島安全監(jiān)測中的應用實現(xiàn)

本項目所記錄的關鍵數(shù)據(jù)為雙魚島整體及各監(jiān)測點所在局部的位移和沉降，因篇幅所限，現(xiàn)就護岸的數(shù)據(jù)的記錄做簡要說明。

4.1 表面位移和沉降

通過北斗高精度定位終端，監(jiān)測和記錄系統(tǒng)上線以來雙魚島的位移和沉降數(shù)據(jù)。系統(tǒng)記錄并顯示了其中一個或多個監(jiān)測點位在可選定的時間段內的位移信息，并在監(jiān)測總述中對異常點位進行提醒（同時管理員將收到短信）。

4.2 深部位移

島嶼的深部位移主要通過測斜儀實現(xiàn)。系統(tǒng)記錄并顯示了其中一個或多個監(jiān)測點位在可選定的時間段內的深部位移量。

5 結語

作為全國首例離岸式人工島，其填島后尤其在島上開始大規(guī)模建設后，島嶼的安全是管理者也是居民最關心的問題。本項目在島上尚未大規(guī)模動工前，對整個人工島的沉降、位移等進行了監(jiān)測，從而掌握了島嶼的結構變化。大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)積累和分析，為人工島的工程建設、城市管理與維護及其他地區(qū)的人工島建設提供決策依據(jù)。同時，本項目是國內首個將北斗用于城市級的綜合安全監(jiān)測的案例，實現(xiàn)北斗高精度變形監(jiān)測系統(tǒng)的產業(yè)化示范效應。

參 考 文 獻

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