華測(cè)風(fēng)塔GPS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)書

1 華測(cè)風(fēng)塔 動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)書 1 風(fēng)塔沉降 測(cè)的總體設(shè)計(jì) 統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù) 華測(cè) 形監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 是一個(gè)集結(jié)構(gòu)分析計(jì)算、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)等高新技術(shù)于一體的綜合系統(tǒng)工程。 本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的作用是 成為一個(gè)功能強(qiáng)大并能真正長期用于結(jié)構(gòu)損傷和狀態(tài)評(píng)估，滿足 固體建筑物 管理和運(yùn)營的需要，同時(shí)又具經(jīng)濟(jì)效益的結(jié)構(gòu)健康 安全 監(jiān)控系統(tǒng)，遵循如下設(shè)計(jì)原則： 1) 遵循簡潔、實(shí)用、性能可靠、經(jīng)濟(jì)合理的指導(dǎo)思想； 2) 系統(tǒng)設(shè)置立足實(shí)用性原則第一，兼顧考慮科學(xué)試驗(yàn)和設(shè)計(jì)驗(yàn)證等方面因素 ； 3) 各傳感器的布置、安裝要合理， 力求用最 少的傳感器和最小的數(shù)據(jù)量完成工作 ； 4) 系統(tǒng)應(yīng)具有可擴(kuò)展性。 測(cè)系統(tǒng) 的技術(shù)設(shè)計(jì)及工程建造依據(jù)相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，本設(shè)計(jì)書中所引用的部分技術(shù)規(guī)范參見表 1。 表 1 名稱 編號(hào) 批準(zhǔn)單位 年份 全球定位系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范 家測(cè)繪局 精密工程測(cè)量規(guī)范 15314家技術(shù)監(jiān)督局 1994球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程 3國建設(shè)部 1997 準(zhǔn)站建立規(guī)范 國際 織 準(zhǔn)站 建立規(guī)范 國際 員會(huì) 2 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 0 89 建設(shè)部 統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件由 四 大部分組成： 1) 傳感器子系統(tǒng) ： 由布置 監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的 各類 成，主要傳感器采用后安裝方式； 2) 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng) ： 線到 機(jī)由同軸電纜通訊； 機(jī)及其它傳感器與控制中心通訊采用有線或無線的通訊方式 ； 3) 數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng) ： 由布置在監(jiān)控中心的小型機(jī)系統(tǒng)、服務(wù)器系統(tǒng) 、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)處理與 布； 4) 輔助支持系統(tǒng)：包括外場(chǎng)機(jī)柜、配電及 雷和遠(yuǎn)程電源監(jiān) 控。 3 2 風(fēng)塔沉降 動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系 統(tǒng)概況 風(fēng)塔沉降形變監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 于形變監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)的區(qū)域一般不是很大，但變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)比較密集。當(dāng) 往是對(duì)一定范圍內(nèi)具有代表性的區(qū)域建立變形觀測(cè)點(diǎn)，在遠(yuǎn) 離監(jiān)測(cè)點(diǎn)合適的位置（如穩(wěn)固的基巖上）建立基準(zhǔn)點(diǎn)。在基準(zhǔn)點(diǎn)架設(shè) 收機(jī)，根據(jù)其高精度的已知的三維坐標(biāo)，經(jīng)過 定期連續(xù) 觀測(cè)從而得到變形點(diǎn)坐標(biāo)（或者基線）的變化量。根據(jù)觀測(cè)點(diǎn)的形變量，建立安全監(jiān)測(cè)模型，從而分析風(fēng)塔沉降的變形規(guī)律并實(shí)現(xiàn)及時(shí)的反饋。事實(shí)上，為了建立一個(gè)更接近實(shí)際情況的安全監(jiān)測(cè)模型，合理的密集分布監(jiān)測(cè)點(diǎn)是需要的。 與普通的工程測(cè)量不同，風(fēng)塔沉降及形變監(jiān)測(cè)需要實(shí)時(shí)傳送數(shù)據(jù)，并不斷更新，達(dá)到監(jiān)控的目的。普通的全站儀 或其它監(jiān)測(cè)手段不僅 需要更多的人力完成觀測(cè)操作 ，而且由于其內(nèi)部的電器、光學(xué)特性使得它不能工作在雨雪天氣，夜里也無法完成測(cè)量作業(yè)，術(shù)由于其全天候作業(yè)的特點(diǎn)不但可以取代傳統(tǒng)的測(cè)量作業(yè)方式，而且可以將 現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)化傳輸、管理和分析處理。 于變形監(jiān)測(cè)雖具有突出的優(yōu)點(diǎn)， 所以 術(shù)在 安全監(jiān)測(cè)方面一定會(huì)有 廣闊的應(yīng)用前景。 球衛(wèi)星 定位系統(tǒng)）自八十年代中期投入民用后，已廣泛地在導(dǎo)航、定位等各領(lǐng)域應(yīng)用，尤其在測(cè)量界的控制測(cè)量中起了劃時(shí)代的作用。正因?yàn)槭撬谙鄬?duì)定位中的高精度、高效益、全天候、不需通視等優(yōu)點(diǎn)，使人們普遍采用其來代替常規(guī)的三角、三邊、邊角等方法，并在理論、實(shí)踐中取得了可喜的成果。在精密工程變形監(jiān)測(cè)中也逐步得到廣泛的應(yīng)用。 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，為了更有效保障國家財(cái)產(chǎn)及人生安全，利用傳統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)手段越來越不能滿足變形監(jiān)測(cè)要求，這就迫切需要性能更可靠的設(shè)備來監(jiān)測(cè)大橋的形變。目前，隨著 術(shù)的不斷成熟， 動(dòng) 化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)在橋梁、 4 風(fēng)塔沉降、建筑、地震、等行業(yè)中應(yīng)用并取得很好的效益。 動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)儀器以其卓越的性能受到專家的好評(píng)。 從國內(nèi)外的有關(guān)研究和應(yīng)用可以看出 一個(gè)非常有效的 測(cè)技術(shù)， 其它傳感器結(jié)合用于風(fēng)塔沉降監(jiān)測(cè)已形成了趨勢(shì)。目前 風(fēng)塔沉降中的最高精度在毫米級(jí)。而華測(cè) 測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)做到數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸、自動(dòng)解算處理、準(zhǔn)實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果和測(cè)量結(jié)果圖形演示，自動(dòng)預(yù)警報(bào)警。 動(dòng)化監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn) 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)允許以任意間隔采樣 時(shí)或者按天。測(cè)試精度得以提高 ，數(shù)據(jù)可以遠(yuǎn)程處理，從而向項(xiàng)目組提供有用信息。當(dāng)然，還有其它益處包括： 1) 避免人工讀數(shù)和記錄引起的人為誤差。 2) 可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程以及惡劣天氣條件下采集數(shù)據(jù)。 3) 每天可進(jìn)行 24 小時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)。 4) 連續(xù)監(jiān)測(cè)能快速檢測(cè)到臨界變化，能在事態(tài)惡化之前采取處理措施。 5) 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以按程序步驟監(jiān)測(cè)限定閥值、變化速率，從而能在超出預(yù)定極限值時(shí)自動(dòng)報(bào)警。 很多工程師認(rèn)為自動(dòng)化監(jiān)測(cè)是 “ 黑箱 ” ，可見的查驗(yàn)以及寶貴的經(jīng)驗(yàn)都被冷冰冰的電路板和繼電器將所存在的問題通過警報(bào)而取代了。事實(shí)上，自動(dòng)化連續(xù)監(jiān)測(cè)所獲得的數(shù)據(jù)能向工程師提供被監(jiān) 測(cè)結(jié)構(gòu)很多肉眼不易察覺的新的特征信息。它們拓展了工程師的視野， 對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)有深入的理解。不僅如此，應(yīng)用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合先進(jìn)分析工具，工程師能享受到這些廉價(jià)的新技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而不用犧牲風(fēng)塔沉降的安全。 塔沉降 風(fēng)塔沉降 動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，主要應(yīng)用現(xiàn)代化的傳感技術(shù)、 術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通訊通信技術(shù)對(duì)在不同的天氣或環(huán)境下準(zhǔn)實(shí)時(shí)反映風(fēng)塔沉降區(qū)域變形情況，根據(jù)對(duì)實(shí)時(shí)位移數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析，對(duì) 分析后 適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)、分類、提取、統(tǒng)計(jì)等處理，為中心站日常管理提供各類報(bào)表、圖形， 為風(fēng)塔沉降預(yù)警分析提供決策依據(jù)和參考 以達(dá)到在最短的時(shí)間 通過短消息、 者聲響 預(yù)警、報(bào)警的功效，如下面示意 5 圖： 系統(tǒng)功能示意圖 另外，本系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn) 預(yù)警站點(diǎn)分布圖、預(yù)警站點(diǎn)基本情況的計(jì)算機(jī)的初級(jí)顯示 等功能。 塔沉降 本系統(tǒng)采用成熟的 術(shù) 、華測(cè)高精度 動(dòng)態(tài)算法及 機(jī)一天線等技術(shù)。 變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè) 收機(jī)都同時(shí)輸出 原始數(shù)據(jù)格式 含了 算的所有必要的載波相位數(shù)據(jù)、星歷等數(shù)據(jù)。通過無線網(wǎng)橋 1或者 制中心根據(jù)每臺(tái) 收機(jī)對(duì)應(yīng)的 址和端口號(hào)，獲得每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的原始實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流 ;或者，軟件通過遠(yuǎn)程的端口映射，直接從監(jiān)測(cè)單元的端口獲得 原始數(shù)據(jù)流。在控制中心服務(wù)器上， 測(cè)軟件準(zhǔn)實(shí)時(shí)解算出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。本套系統(tǒng)采用的是光纖傳輸。 6 塔沉降 數(shù)據(jù)處理 中心建設(shè)在控制中心 ， 辦公室有 總控計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)處理工作站、打印機(jī)等硬件設(shè)備， 而在總控計(jì)算機(jī)上安裝華測(cè) 件 2。 控制中心配備一臺(tái)高性能服務(wù)器，用于數(shù)據(jù)分析和 圖形處理，以及終端服務(wù)。結(jié)合件和其他專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件，實(shí)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)分析和圖形處理。 如下圖，為該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D。 7 A 3 0 0 天 線監(jiān) 測(cè) 站 1A 3 0 0 天 線機(jī)柜參 考 站數(shù) 據(jù) 處 理控 制 中 心無線網(wǎng)橋數(shù) 據(jù) 處 理數(shù) 據(jù) 庫客 戶 端短 信 報(bào) 警避雷系統(tǒng)數(shù)據(jù)控制中心組網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)X 6 0 機(jī)電 源 適 配器串 口 服 務(wù)器A 3 0 0 天 線監(jiān) 測(cè) 站 2 0避雷系統(tǒng)機(jī)柜X 6 0 機(jī)串 口 服 務(wù)器電 源 適 配器避雷系統(tǒng)A 共 有 五 個(gè) 這種 觀 測(cè) 方 式X 6 0 機(jī)串 口 服 務(wù)器電 源 適 配器A 0個(gè) 監(jiān)測(cè) 點(diǎn)風(fēng)塔沉降區(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D 數(shù)據(jù)傳輸方式采用光纖傳輸，能使用市電的情況全部使用市電，在不方便使用市電的地方使用太陽能和蓄電池聯(lián)合供電方式。 塔沉降 1） 收機(jī)及其配套設(shè)備，要求包括從數(shù)據(jù)采集、集中傳輸、解算處理、顯示和記錄及避雷和防盜等安全保護(hù)設(shè)施的全部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心并顯示； 2） 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無人值守，有人照看、自動(dòng)運(yùn)行，年運(yùn)行可靠率 99%以上， 系統(tǒng)可滿足 724 小時(shí)長時(shí)間可靠運(yùn)行 ，連續(xù)無故障運(yùn)行時(shí)間超過 10 萬小時(shí) 。 在沒有太陽的情況下，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備可依靠備用電源連續(xù)工作 7 天以上； 3） 件具有良好的物理性能和工作性能，適合長時(shí)間連續(xù)工作， 收機(jī)天線為大地測(cè)量型天線； 4） 本系統(tǒng)可采用光纖通訊，數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行臏?zhǔn)實(shí)時(shí)處理； 5） 準(zhǔn)實(shí)時(shí)顯示和分析形變量，可間斷性評(píng)估的健康狀況； 6） 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出給分析軟件； 7） 控制中心軟件自動(dòng)解算，最短反應(yīng)時(shí)間可為幾分鐘到幾小時(shí)，并實(shí)時(shí)進(jìn)行網(wǎng)平 8 差，自動(dòng)評(píng)估監(jiān)測(cè)結(jié)果，而且各參數(shù)完全由用戶根據(jù)不同監(jiān)測(cè)需求自行設(shè)置 。 8） 設(shè)定日常信道報(bào)警系統(tǒng)， 布以及可通過短消息或 式報(bào)警，無論您在何時(shí)何地都可以掌握風(fēng)塔沉降體的動(dòng)態(tài)； 9） 通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)塔沉降點(diǎn)的空間位移，確定風(fēng)塔沉降區(qū)的變形狀況、幾何線形等； 10） 提供高質(zhì)量的雙頻 量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)獲得毫米級(jí)精度的位置數(shù)據(jù)，靜態(tài)精度為水平：小于 3垂直：小于 6塔風(fēng)載震動(dòng)中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)精度：小于 10垂直：小于 201） 自動(dòng)生成報(bào)表，形成報(bào)表的周期用戶可自行設(shè)計(jì)，比如一周、一天等，一些必要的輸出信息用戶也可以自動(dòng)添加或刪除，同時(shí)根據(jù)需要可自動(dòng)生成各點(diǎn)的周變化曲線、月變化曲線等。 3 風(fēng)塔沉降 動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)方案實(shí)施 1) 本 動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施主要包括以下幾個(gè)方面： 2) 參考站及監(jiān)測(cè)站選址 3) 參考站及監(jiān)測(cè)站觀測(cè)墩的建設(shè) 4) 設(shè)備的供電 5) 設(shè)備避雷 6) 數(shù)據(jù)通訊 7) 控制中心的建設(shè) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù) 風(fēng)塔沉降 設(shè)計(jì)書中所引用的部分技術(shù)規(guī)范參下表： 名稱 編號(hào) 批準(zhǔn)單位 年份 全球定位系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范 家測(cè)繪局 精密工程測(cè)量規(guī)范 15314家技術(shù)監(jiān)督局 19949 全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程 3國建設(shè)部 1997 準(zhǔn)站建立規(guī)范 國際 織 準(zhǔn)站建立規(guī)范 國際 員會(huì) 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 0 89 建設(shè)部 塔沉降區(qū) 風(fēng)塔沉降區(qū) 動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)單元包括參考站和監(jiān)測(cè)站，各站點(diǎn)的具體布置方式根據(jù)以下要求： 考站 準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)應(yīng)根據(jù)風(fēng)塔沉降體的情況而定 。 點(diǎn)位宜分 布在風(fēng)塔沉降體周圍 (與監(jiān)測(cè)點(diǎn)的距離最好在 3 公里以內(nèi) )地質(zhì)條件良好 、 穩(wěn)定 、視野相對(duì)比較開闊 且易于長期保存的地方 ，而這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)必須定時(shí) 應(yīng)與就近的 級(jí)控制網(wǎng) 或國家 進(jìn)行 聯(lián)測(cè) ,以利于分析基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)的可靠性及變形情況 。 基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)基線向量的中誤差 1 D，當(dāng)基線長度 。避雷針基座為 50050060筋混凝土，由地網(wǎng)引兩根 404鍍鋅扁鋼與基座連接，接地電阻小于 2。 避雷針與天線的距離選擇大于 3 米，是以中等強(qiáng)度的雷電流通過避雷針接地泄流時(shí)所產(chǎn)生的感應(yīng)電磁場(chǎng)到達(dá)天線時(shí)其強(qiáng)度可衰減到安全值的范圍之內(nèi)。 預(yù)防直接雷示意圖 測(cè)設(shè)備防盜措施 因?yàn)楸鞠到y(tǒng)具有自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)報(bào)警的功能，所以本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)防盜措施主要通過以下 3 個(gè)方面： 1) 觀測(cè)蹲周圍設(shè)置防護(hù)柵欄（如太陽能電池板供電示意圖），在柵欄上貼上電力警示標(biāo)志； 2) 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)做到無人照管有人照看。 3) 每 個(gè)機(jī)柜都配有鎖和鑰匙。 4 系統(tǒng)控制解算中心 系統(tǒng)控制中心是整個(gè)系統(tǒng)的核心單元。由機(jī)房、中心網(wǎng)絡(luò)和軟件系統(tǒng)組成，具有數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)控制和網(wǎng)絡(luò)管理的功能。 17 儲(chǔ)及處理系統(tǒng) 微機(jī)應(yīng)有以下性能： 1) 高的散熱技術(shù)，更好的穩(wěn)定性（ 0,000 小時(shí)），并能支持高達(dá) 2頻的G 內(nèi)存 ,P 操作系統(tǒng) 2) 數(shù)據(jù)庫平臺(tái) 3) 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)：具有固定 址，帶寬至少為 2M； 4) 小巧簡約的外形設(shè)計(jì)，節(jié)省辦公空間，可以隨意擺放和移動(dòng)位置。 件控制系統(tǒng) 件界面圖 18 標(biāo)準(zhǔn)特性 T 32構(gòu) ; 多線程，多任務(wù)設(shè)計(jì) ; 先進(jìn)的 據(jù)算法，具有 算，卡爾曼濾波，三差解算等 ; 圖形用戶界面，實(shí)時(shí)顯示基準(zhǔn)站、監(jiān)測(cè)站的工作狀態(tài) ; 具有防死機(jī)功能，一旦某個(gè)監(jiān)測(cè)站出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，軟件馬上會(huì)通過數(shù)據(jù)信號(hào)觸發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)接收機(jī)自動(dòng)重啟 ; 軟件上有各個(gè) 收機(jī)的模擬串口，可以向 收機(jī)發(fā)送用戶更改參數(shù)的命令（如采樣間隔、高度截止角、時(shí)段長度等） ; 軟件記錄原始數(shù)據(jù)后，可以任意截取其中部分?jǐn)?shù)據(jù) ; 可以調(diào)整各個(gè)監(jiān)測(cè)站的位置更新率 ; 可以輸出多種差分后的數(shù)據(jù)格式，如 ; 可以提供源代碼，支持用戶二次開發(fā)。 19 5 控制中心解算軟件 介 用背景 由上海華測(cè)導(dǎo)航技術(shù)有限公司研發(fā)的基于網(wǎng)絡(luò)利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（ 行的實(shí)時(shí)三維變形量分析系統(tǒng)軟件。這套軟件對(duì)于人工建筑變形分析比如大型橋梁，水壩，大型人工建筑以及油田沉陷，礦山采空區(qū)沉陷，城市地下水漏斗沉陷，火山監(jiān)測(cè)，山體風(fēng)塔沉降監(jiān)測(cè)等等具有非常大的現(xiàn)實(shí)意義。 球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）自八十年代中期投入民用后，已廣泛地在導(dǎo)航、定位等各領(lǐng)域應(yīng)用，尤其在測(cè)量界的控制測(cè)量中起了劃時(shí)代的作用。正因?yàn)?是它在靜態(tài)相對(duì)定位中的高精度、高效益、全天候、不需通視等優(yōu)點(diǎn)，使人們普遍采用其來代替常規(guī)的三角、三邊、邊角等方法，并在理論、實(shí)踐中取得了可喜的成果。在精密工程變形監(jiān)測(cè)中也逐步得到廣泛的應(yīng)用。 從國內(nèi)外的有關(guān)研究和應(yīng)用可以看出 動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)在橋梁、大型建筑、地震、等行業(yè)中應(yīng)用并取得較好的效益。目前，采用 術(shù)用于橋梁等工程變形監(jiān) 測(cè)的手段已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于世界各地。例如：英國 的 測(cè)系統(tǒng)、日本明石海峽大橋的 測(cè)系統(tǒng)、虎門大橋 測(cè)系統(tǒng)、青馬大橋、汲水門大橋和汀九大橋的 測(cè)系統(tǒng)。 上海曾經(jīng)是中國緩變性地面沉降較為嚴(yán)重的城市，自 1921 年發(fā)現(xiàn)地面沉降至今已有80 余年，開展地面沉降專項(xiàng)勘查與研究至今已有 40 年。特別是近十余年來，采用 理信息系統(tǒng)）和 球定位系統(tǒng)）技術(shù)，對(duì)全市監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了全面更新與調(diào)整，并正在建設(shè)完善全市地面沉降自動(dòng)化預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)工程。 三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警工程是國家在三峽庫區(qū)實(shí)施的一項(xiàng)重大減災(zāi)工程，國土資源部將實(shí)施這一工程。三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警工程于 2002 年 3 月正式啟動(dòng)后，三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作指揮部在全庫區(qū)建成包括 測(cè)網(wǎng)、綜合立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)和遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的專業(yè)監(jiān)測(cè)工程，建立各類監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn) 1447 個(gè)，配備 收機(jī) 46 臺(tái)（套），并在重慶市和湖北省的 18 個(gè)區(qū)、縣的 129 處風(fēng)塔沉降和庫岸監(jiān)測(cè)運(yùn)行。完成了包括地表位移監(jiān)測(cè)、深部變形監(jiān)測(cè)、風(fēng)塔沉降推力監(jiān)測(cè)、風(fēng)塔沉降地下水監(jiān)測(cè)和宏觀巡查監(jiān)測(cè)在內(nèi)的 18 個(gè)區(qū)、縣的 125 處崩塌風(fēng)塔沉降庫岸綜合立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)。 20 由 始數(shù)據(jù)包含了 算所有必要的偽距和載波相位數(shù)據(jù)等，星歷指 數(shù)據(jù)通過廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)絡(luò)、串口、無線設(shè)備等傳到控制中心，控制中心的 件根據(jù)每臺(tái) 收機(jī)對(duì)應(yīng)的 址和端口號(hào)，獲得每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的原始實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流， 件對(duì)這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)差分解算，得到各個(gè)監(jiān)測(cè)站的坐標(biāo)，并存入數(shù)據(jù)庫或發(fā)送給客戶端。 利用 件能進(jìn)行 7 24 小時(shí)不間斷觀測(cè)。而且，與傳統(tǒng)的 式相比，有精度更高，實(shí)時(shí)性更強(qiáng)的特點(diǎn)。 持各種主流品牌的單雙頻 用了 C/S 架構(gòu)，用戶可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān) 控。 具體的， 時(shí)差分變形監(jiān)測(cè)軟件的工作流程可用下圖表示： 基站 A 基站 B 監(jiān)測(cè) 站 1 監(jiān)測(cè) 站 2 監(jiān)測(cè) 站 N 載波相位 差分計(jì)算 載波相位 差分計(jì)算 實(shí)時(shí)網(wǎng)平差 和 數(shù)據(jù)融合 圖形顯示 記錄 報(bào)警 輸出 客戶端 系統(tǒng)誤差 改正模型 遠(yuǎn)程服務(wù) 如圖所示， 形監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)了各個(gè)監(jiān)控站的實(shí)時(shí)差分定位，并具有圖形顯示、接收機(jī)設(shè)置、監(jiān)控站參數(shù)設(shè)置、觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄、報(bào)警等功能。 采用 C/S 架構(gòu)的 件方便用戶在辦公室、監(jiān)控中心、家中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的健康狀況。 時(shí)差分變形監(jiān)控軟件支持英文和中文。 開發(fā)工具為 21 功能 模塊： 這里用框圖來表示 主要功能模塊。 串口通訊 訊 ： 對(duì) 始數(shù)據(jù)進(jìn)行 7 24 小時(shí) 實(shí)時(shí)差分處理，進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，永不間斷； 根據(jù)接收機(jī)的原始數(shù)據(jù)輸出率，數(shù)據(jù)更新率最高可達(dá) 20 可根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，對(duì)不同的監(jiān)測(cè)站的實(shí)時(shí)差分結(jié)果進(jìn)行 波，達(dá)到不同的動(dòng)態(tài)要求和精度要求； 可同時(shí)處理多達(dá)多個(gè)基站和 32 個(gè)監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)； 根據(jù)多天運(yùn)行的結(jié)果，建立近期的 大氣延遲（對(duì)流層、電離層）模型，提高定位精度和可靠性； 22 多基站支持，多基站不但提高了系統(tǒng)的可靠性，而且，根據(jù)多基站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，可以建立電離層模型，提高長距離監(jiān)測(cè)的精度；根據(jù)多基站的處理結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)網(wǎng)平差功能，提高點(diǎn)位精度和可靠性； 原始數(shù)據(jù)后處理功能； 輸入接口協(xié)議： P； 輸出接口（遠(yuǎn)程服務(wù)）協(xié)議： P； 實(shí)時(shí)顯示接收機(jī)的信號(hào)跟蹤狀況，如星空?qǐng)D、信噪比、鐘差等； 實(shí)時(shí)顯示基線的變化情況，點(diǎn)位的移動(dòng)情況等； 原始數(shù)據(jù)、解算結(jié)果的自動(dòng)保存功能，可根據(jù)用戶需求進(jìn)行設(shè)置； 對(duì)監(jiān)測(cè)站、基站接收機(jī)的遠(yuǎn)程設(shè)置功能，軟件上有各個(gè) 收機(jī)的獨(dú)立監(jiān)控模塊，可以向 收機(jī)發(fā)送用戶更改參數(shù)的命令（如采樣間隔、高度截止角等）； 系統(tǒng)完備性監(jiān)測(cè)功能，可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的健康狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)； 每個(gè)監(jiān)控站的監(jiān)控范圍可根據(jù)用戶設(shè)置，可從 5 厘米到 5 米，相對(duì)的，精度可從 2 1面），高程 4 2 環(huán)境參數(shù)輸入功能。比如，輸入監(jiān)測(cè)站周圍障礙物的分布情況，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，能剔除常規(guī)方法不能自動(dòng)剔出的壞數(shù)據(jù)，提高定位精度。 具有防死機(jī)功能，一旦某個(gè)監(jiān)測(cè)站出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，軟件馬上會(huì)通過數(shù)據(jù)信號(hào)觸發(fā) 的方式實(shí)現(xiàn)接收機(jī)自動(dòng)重啟； 可以調(diào)整各個(gè)監(jiān)測(cè)站的位置更新率； 支持網(wǎng)絡(luò)分布式計(jì)算； 軟件實(shí)現(xiàn) C/S 架構(gòu)，客戶端可以運(yùn)行在遠(yuǎn)程； 提供第三方軟件接口，如用 件的方式實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查詢、管理、報(bào)警； 23 另外， 件可用于橋梁、礦區(qū)等的監(jiān)測(cè)，可針對(duì)不同的工作環(huán)境對(duì)用戶圖形界面進(jìn)行定制。如針對(duì)橋梁監(jiān)測(cè)， 客戶端能提供如下功能： 數(shù)據(jù)庫功能，長期觀測(cè)的數(shù)據(jù)能保存在數(shù)據(jù)庫中； 三維動(dòng)畫； 整體變形示意圖； 歷史數(shù)據(jù)分析； 趨勢(shì)圖； 報(bào)警功能，報(bào)警項(xiàng)可根據(jù)用戶要求設(shè)定，可通過短信、電 子郵件等方式進(jìn)行報(bào)警。 權(quán)限管理：一般用戶只能瀏覽數(shù)據(jù)，系統(tǒng)管理員才可能對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 數(shù)據(jù)分析，即對(duì)監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行頻域和時(shí)域分析。 據(jù)記錄 連接數(shù)據(jù)庫， 夠記錄用戶需要保留的各項(xiàng)信息，根據(jù)用戶的選擇，記錄的內(nèi)容如下 ： 位數(shù)據(jù) 坐標(biāo)； 精度（水平和垂直）； ； 使用衛(wèi)星顆數(shù)； 解類型。 衛(wèi)星數(shù)據(jù) 衛(wèi)星顆數(shù)； 每顆衛(wèi)星的坐標(biāo)； 每顆衛(wèi)星的信噪比； 每顆衛(wèi)星的仰角； 基線解信息 基線向量； 基線誤差（中誤差和相對(duì)誤差）； 比率值； 24 協(xié)方差陣。 系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù) 軟件本身的 工作狀態(tài)； 各個(gè)機(jī)站的工作狀態(tài)是否正常； 網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)。 集成了 能的 件，除了也能采用 法之外，采用其自身與靜態(tài)后處理不同的算法； 1) 算法 相比 法而言， 算法具有如下特點(diǎn)： 用采用同時(shí)刻（在 1 微秒之內(nèi)）的 始觀測(cè)值進(jìn)行差分解算；而 法不需要差分改正數(shù)和流動(dòng)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)保持同步，一般的參考站接收機(jī)差分改正數(shù)廣播更新率為 1此，一般情況下差分改正數(shù)會(huì)延遲 秒不等，在特別情況下，流動(dòng)站能允許 1 分鐘之前的差分改正數(shù)參與解算； 以采用擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)非線性 波算法進(jìn)行差分解算。 算法對(duì)系統(tǒng)的硬件要求較高，通常在高性能計(jì)算機(jī)，而 算法總是有 收機(jī)生產(chǎn)廠商提供，固化在 收機(jī)內(nèi)部；靜態(tài)解算需人工干預(yù)，一般采用雙差固定解得方式。 2) 精度 接應(yīng)用 收機(jī)的原始數(shù)據(jù)，參考站和流動(dòng)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)保持嚴(yán)格的同步，所以，大氣層延遲造成的公共誤差被最大程度地抵消， 采用濾波方法消 除 輸出的定位結(jié)果更符合真實(shí)的情況，所以 據(jù)采用的 收機(jī)和 線的不同，可以保證毫米級(jí)的定位精度，而通常的 收機(jī)動(dòng)態(tài)定位精度為厘米級(jí)。 事例一：在一個(gè)靜止點(diǎn)上，采用雙頻 收機(jī)和普通雙頻天線進(jìn)行實(shí)時(shí) 算，解算結(jié)果如下圖所示： 25 時(shí)解算結(jié)果 可見 定位精度平面在 2 個(gè)厘米之內(nèi)，高程在 4 個(gè)厘米之內(nèi)。 事例二：在一個(gè)靜止點(diǎn)上，采用雙頻 收機(jī)和普通雙頻天線，然后采用件對(duì)其連續(xù)解算 24 個(gè)小時(shí)，具體解算結(jié) 果如下圖： 時(shí) 算結(jié)果 相對(duì) 算結(jié)果其精度有顯著的提高。上圖中，平面精度在 10右，高程精度在 15右。如采用高精度雙頻 線，能更進(jìn)一步提高其精度。 事例三：采用同樣的 收機(jī)，在一個(gè)靜止的點(diǎn)上，分 20 分鐘一個(gè)時(shí)段對(duì)其 26 連續(xù)觀測(cè) 5 個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)，用某進(jìn)口后處理軟件對(duì)其進(jìn)行處理，得到結(jié)果如下圖所示： 平面后處理結(jié)果 高程后處理結(jié)果 相對(duì) 時(shí) 算結(jié)果精度有所提高。上圖中，平面精度在 8右，高程精度在 12右。如采 用高精度雙頻 線，能更進(jìn)一步提高其精度。 事例四：采用同樣的 收機(jī)，在一個(gè)靜止的點(diǎn)上，分 10 分鐘一個(gè)時(shí)段對(duì)其連續(xù)觀測(cè) 5 個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)，用華測(cè) 動(dòng)態(tài) 法對(duì)其進(jìn)行處理，得到結(jié)果如下圖所示： 法平面解算結(jié)果 法高程解算結(jié)果 27 相對(duì)后處理解算結(jié)果精度又有所提高。上圖中，平面精度在 5右，高程精度在 8右。如采用高精度雙頻 線，能更進(jìn)一步提高其精度。 注：采用 件是完全自動(dòng)解算，而靜態(tài)后處理需要人工干預(yù)。 正常情況下， 在服務(wù)器端進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算的，用戶不需要去瀏覽這些窗口。但在系統(tǒng)安裝階段或者系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，這些窗口提供的信息能幫助我們迅速地解決問題。 據(jù)監(jiān)控窗口 通過接收機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)控窗口可以觀察串口和網(wǎng)絡(luò)來的數(shù)據(jù)的格式、數(shù)據(jù)的更新率、數(shù)據(jù)包的大小等，管理員通過這些信息可以快速地判斷系統(tǒng)的通訊是否正常。 收機(jī)監(jiān)控窗口 通過每秒更新一次的接收機(jī)監(jiān)控窗口，管理員能知道接收機(jī)跟蹤的衛(wèi)星數(shù)量、接收機(jī)的鐘差、衛(wèi)星的載噪比等接收機(jī)的關(guān)鍵信息，以確定接收機(jī)的工作狀況、信號(hào)質(zhì)量等 。 28 測(cè)站變形曲線窗口 下面是某懸索橋 3/4 跨的變形曲線。 以精確地反映橋梁的變形情況。 29 線窗口 通過基線窗口，管理員能夠快速地知道軟件的解算狀態(tài) 。 志 夠自動(dòng)記錄數(shù)天來的系統(tǒng)工作狀況，供管理員進(jìn)行分析處理。 30 統(tǒng)結(jié)構(gòu) 典型的 測(cè)系統(tǒng)由三部分組成：監(jiān)測(cè)單元、數(shù)據(jù)傳輸和控制單元、數(shù)據(jù)處理分析及管理單元。這三部分形成一個(gè)有機(jī)的整體，監(jiān)測(cè)單元跟蹤 星并實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸至控制中心，控制中心相關(guān)的 件對(duì)數(shù)據(jù)處理并分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁的形變。 監(jiān)測(cè)單元一個(gè)參考站（ 和五個(gè)監(jiān)測(cè)站 (2, ,成。其中參考站根據(jù)實(shí)際情況，確定其具體位置；五個(gè)監(jiān)測(cè)站根據(jù)實(shí)際情況，確定其具體位置。 數(shù)據(jù)傳輸采用先進(jìn)的光纖數(shù)據(jù)傳輸方式，一方面提高了系統(tǒng)通訊可靠性，另一方面提高了數(shù)據(jù)傳輸速度。 控制中心配備一臺(tái)高性能服務(wù)器，用于數(shù)據(jù)分析和圖形處理，以及終端服務(wù)。結(jié)合件，實(shí)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)分析和圖形處理。 持的 收機(jī) 收機(jī) ; 頻 收機(jī)； 頻 收機(jī)； 60/300 單雙頻 收機(jī)； 頻 收機(jī) 。 務(wù)器和操作系統(tǒng) 運(yùn)算量 P 可以通過下面的公式計(jì)算： 22 N H 式中， M 為基站的數(shù)量， N 為監(jiān)測(cè)站的數(shù)量， H 為更新率，如系統(tǒng)采用了雙頻 計(jì)算量將翻倍。以某個(gè) 1 個(gè)基站和 8 個(gè)監(jiān)測(cè)站的系統(tǒng)為例，服務(wù)器采用了如 31 下配置： 硬件平臺(tái)：至強(qiáng)服務(wù)器 1 頻 3G， 2G 內(nèi)存 軟件平臺(tái) ：正版 P 這樣的配置將占服務(wù)器 0%的計(jì)算時(shí)間， 0。 32 統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò) 件支持多種通訊方法，而針對(duì)本項(xiàng)目我們采用現(xiàn)在最流行的 線網(wǎng)路的方式。但通常情況下， 收機(jī)由串口輸出原始數(shù)據(jù)，再采用 絡(luò)將數(shù)據(jù)通過無線傳輸?shù)姆绞絺魉椭翑?shù)據(jù)處理服務(wù)器 3。下圖為控制中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如下所示： 上圖所示為某個(gè)已經(jīng)實(shí)施的風(fēng)塔沉降監(jiān)測(cè)的通訊網(wǎng)絡(luò)示意圖。參考站和監(jiān)測(cè)站通過移動(dòng)的 式傳送 始 數(shù)據(jù)到控制中心。數(shù)據(jù)流程是：每個(gè)監(jiān)測(cè)站 (包括參考站 )收機(jī)的原始數(shù)據(jù)和星歷均由串口 塊 控制中心服務(wù)器，僅僅在啟動(dòng)計(jì)算時(shí)，數(shù)據(jù)才需要反向傳輸，即將控制命令由控制中心服務(wù)器發(fā)送給各個(gè) 收機(jī)，通常情況下，在接收機(jī)設(shè)置好后，這個(gè)過程也可以省略。 注：本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)區(qū)域和控制中心是可以完全分離的，監(jiān)測(cè)區(qū)域就是需要進(jìn)行風(fēng)塔沉降監(jiān)測(cè)的風(fēng)塔沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，而控制中心可以在當(dāng)?shù)?，也可以在幾公里到幾十公里、幾百公里以外的辦公室，監(jiān)測(cè)人員只要在辦公室打開電腦就可以看到風(fēng)塔沉降的實(shí)際變形量。 33 6 產(chǎn)品選型 測(cè) 雙頻 華測(cè)雙頻 收機(jī) 華測(cè) 收機(jī)采用世界最先進(jìn)的 板，濃縮國內(nèi)外 業(yè)的先進(jìn)技術(shù)。是國產(chǎn) 領(lǐng)跑著。 華測(cè) 收機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)， 收機(jī)和無線電、電源系統(tǒng)內(nèi)置為一體，接收機(jī)和天線分離，具有作業(yè)距離