設(shè)計(jì)參考范本

1、Central SoutiversityUndergraduate Thesis ProjectTitle: Software Design for Remote Dollecting in LandSlide Monitoring Using Multi-SensorsName:YuWenKunSupervisor:Prof.DaiWuJiaoSchool:Info-physics and Geomatics EngineeringMajor:Map & Surveying EngineeringTime:June 2010目錄摘要IAbstractII第一章 緒論11.11.2研究背景及意

2、義1滑坡監(jiān)測(cè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析2監(jiān)測(cè)自動(dòng)化5多傳感器化5數(shù)據(jù)傳輸無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化61.2.4 監(jiān)測(cè)主要工作及集成化6結(jié)構(gòu)安排71.31.4 小結(jié)8第二章 系統(tǒng)分析9滑坡監(jiān)測(cè)傳感器9GPS9測(cè)斜儀112.2功能需求分析13GPRS 無(wú)線通訊技術(shù)14GPRS14動(dòng)態(tài) IP15GPRS 模塊162.4 小結(jié)17第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.4系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)18系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖19主要類關(guān)系及結(jié)構(gòu)20數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)233.4.1 項(xiàng)目信息文件233.4.2 測(cè)斜儀數(shù)據(jù)文件233.5主要功能流程圖23i3.5.1 通訊連接233.5.2 實(shí)時(shí)與繪圖243.6 小結(jié)26第四章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)274.1 開發(fā)環(huán)境2

3、7主要技術(shù)及關(guān)鍵代碼27連接的實(shí)現(xiàn)2.34.1.4樹形結(jié)構(gòu)組織28事件驅(qū)分時(shí)段制的類構(gòu)建29304.2 界面304.3作主要步驟31坐標(biāo)圖32文件輸出334.6 小結(jié)34第五章 總結(jié)35系統(tǒng)特點(diǎn)、難點(diǎn)及措施35下一步的工作36致謝37參考文獻(xiàn)38附錄：圖單40附錄：表單41附錄：縮略詞中英文對(duì)照表42附錄：主要程序代碼43ii摘要滑坡被公認(rèn)為是危害僅次于的地質(zhì)，每年都給國(guó)家造成很大的損失。但由于機(jī)理的復(fù)雜性，對(duì)其準(zhǔn)確、及時(shí)的預(yù)報(bào)至今仍是一個(gè)世界性的難題。隨著電子、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等學(xué)科的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代變形監(jiān)測(cè)涌現(xiàn)了以 GPS(Globalitioning System，全球)為代

4、表的許多新的理論和監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)設(shè)備智能化、多傳感器優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸已成為監(jiān)測(cè)的發(fā)展方向，這同時(shí)也對(duì)監(jiān)測(cè)本身提出了自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化等更高的要求。本文基于GPRS（General Packet Radio Service，通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)）無(wú)線通信技術(shù)，以湖南懷化某建設(shè)中高速公路一滑坡段為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，在詳細(xì)了解無(wú)線通信原理、滑坡監(jiān)測(cè)理論與技術(shù)和國(guó)內(nèi)外滑坡監(jiān)測(cè)發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，結(jié)合 GPS、測(cè)斜儀等多種傳感器的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，利用面象語(yǔ)言 VC+，設(shè)計(jì)并開發(fā)了，實(shí)現(xiàn)該滑坡監(jiān)測(cè)中、實(shí)時(shí)的和項(xiàng)目管理。另外，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)繪圖，和測(cè)斜儀文本數(shù)據(jù)向Excel、GPS 二進(jìn)制數(shù)據(jù)向RINEX(Receiver

5、 Independent Exchange Format，與無(wú)關(guān)的交換格式)等文件格式的轉(zhuǎn)換等功能，為后續(xù)數(shù)據(jù)處理、變形分析等工作奠定基礎(chǔ)。：滑坡監(jiān)測(cè)；GPRS；多傳感器；GPS；測(cè)斜儀IAbstractGenerally recognized as the most damaging geologic hazard in the world except for theearthquake, the landslide cause greosses every year in our country. But It is still a worldwideproblem to predict

6、 them because of the complex mechanisms. With the radevelopment ofsubjectch as、puter and network,he modern deformation monitoring, thereare a number of new theories and tools, of which GPS as a represenive. And its trends whichincludeselligentization of devi、cooperation of sensors in different types

7、、remote datatransfers based on wireleetwork, lead to the higher requirements for the collecting of data at thesame time, like automation、being web-based、andegration.Afteryzing the theories、tools and the new development of landslide monitoring bothome and abroad, trend of technology of landslide moni

8、toring and theories of wirelesscommunication espelly GPRS, this pr describes the design of the software by usingVC+.The software realizes projects managing and remote、real-time collecting of dahatcomes from a landslide, which is in a certain highwayt in construction and locate at Huaihuaan. It also

9、completed the translating of Inclinometers text to Excel and GPSs binary daoRINEX file,t makes a preparation for data prosing andyzing in further work.Key Words: Landside Monitoring; GPRS; Multi-Sensors; Dollecting; GPS; InclinometerII第一章 緒論1.1 研究背景及意義滑坡又稱山崩、山泥傾瀉、走山，俗名地滑、土溜，是指在重力的影響下巖石和土壤沿著一段山坡下滑的現(xiàn)象

10、。滑坡最主要的原因是山坡上的巖石或土壤吸收了大量的水（比如由于暴雨或者融雪），導(dǎo)致巖石或土壤的摩擦力降低，土壤或巖石喪失其穩(wěn)固性下滑。高速公路建設(shè)中，人為挖通地質(zhì)、地貌條件較差的坡段，若加上暴雨，受此內(nèi)外力和人為作用的影響，最易發(fā)生滑坡，沿線交通造成巨大損失1。生命安全，給我國(guó)是一個(gè)地質(zhì)頻發(fā)的國(guó)家，每年都會(huì)發(fā)生數(shù)以萬(wàn)計(jì)的地質(zhì)，其中滑坡占相當(dāng)比例，以 2009 年為例，10840 起，其中滑坡 6657 起、共發(fā)生地質(zhì)崩塌 2309 起、泥石流 1426 起、地面塌陷 316 起、地裂縫 115 起、地面沉降億元2。起。共導(dǎo)致羅斯、英國(guó)、人、人、受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失 17.65俄、意大利、等許多國(guó)

11、家亦飽受滑坡之苦，如俄羅斯的高加索加州與新澤西及德克薩斯州、法國(guó)南部及黑海沿岸、英國(guó)的南威爾士、斯、意大利中部等等，均為滑坡多發(fā)地區(qū)或發(fā)生過(guò)大型滑坡。如今滑坡已公認(rèn)為僅次于的地質(zhì)，世界各國(guó)對(duì)滑坡的治理研究都投入大量的人力物力,許多國(guó)際組織(如國(guó)際礦山測(cè)量學(xué)會(huì)、國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)、國(guó)際大地測(cè)量學(xué)學(xué)會(huì))也都會(huì)定期召開學(xué)術(shù)性會(huì)議交流探討滑坡監(jiān)測(cè)和治理的新對(duì)策7。圖 1-1 2009 年地質(zhì)類型結(jié)構(gòu)1滑坡之所以能造成嚴(yán)重?fù)p害，主要是因?yàn)殡y以事先準(zhǔn)確預(yù)報(bào)其發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)和強(qiáng)度10。由于滑坡自身的復(fù)雜性，基礎(chǔ)理論不完善，預(yù)報(bào)到現(xiàn)今仍是世界性的難題。傳統(tǒng)的預(yù)報(bào)主要是基于滑體幾何位移，雖也不乏預(yù)報(bào)成功的案例,

12、如長(zhǎng)峽新灘滑坡、臥龍寺新滑坡、寶成鐵路須家河滑坡等，但國(guó)內(nèi)一些其為表象監(jiān)測(cè)而非本質(zhì)監(jiān)測(cè)，他們認(rèn)為目前所謂的成功預(yù)報(bào)，大多只是根據(jù)臨滑現(xiàn)象所做出的經(jīng)驗(yàn)判斷，采用定量預(yù)報(bào)幾乎無(wú)一例外地都是事后檢驗(yàn)，即到目前為止，還沒有一個(gè)真正依靠定量預(yù)報(bào)成功的滑坡實(shí)例4。USGS(United Ses Geological Survey，地質(zhì)勘探局)也制定了滑坡究滑坡過(guò)程及誘發(fā)機(jī)制3。計(jì)劃（LHP，Landslide Hazards Program）旨在研滑坡監(jiān)測(cè)是對(duì)有滑坡傾向的滑坡體進(jìn)行的監(jiān)視檢測(cè)，服務(wù)于預(yù)報(bào)工作。滑坡監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括滑坡形變監(jiān)測(cè)、滑坡變形的相關(guān)（如物理與化學(xué)場(chǎng)）監(jiān)測(cè)及環(huán)境誘發(fā)監(jiān)測(cè)。其中，分別有幾何

13、量（如三維位移、傾斜、裂縫、繞度等）、物理量（應(yīng)、降雨、氣溫、水等）4-6。監(jiān)測(cè)手力應(yīng)變、地聲變化等）和環(huán)境（如段是根據(jù)監(jiān)測(cè)內(nèi)容采取的觀測(cè)方法，可按發(fā)展情況直接概括為傳統(tǒng)技術(shù)和新技術(shù)。準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)必須基于科學(xué)的滑坡機(jī)理研究，需要將幾何模型、物理模型和其他滑坡誘導(dǎo)綜合起來(lái)分析，而綜合分析意味著需要發(fā)展科技，探索、揭示的參數(shù)，即需不同傳感器來(lái)獲取“感的”滑坡狀態(tài)數(shù)據(jù)。通過(guò)這些量的反演可以掌握滑坡體的整體狀態(tài)和演變過(guò)程，及時(shí)捕捉的特息，為準(zhǔn)確分析、評(píng)價(jià)滑坡以及滑坡、預(yù)報(bào)等提供可靠資料和科學(xué)依據(jù)。數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)潜O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的信道或載體，按通訊介質(zhì)的不同可分為有線和無(wú)線兩種。高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)亲冃螖?shù)據(jù)參與預(yù)報(bào)分析

14、的保證。是中心端的數(shù)據(jù)服務(wù)器，起著承上啟下的中間層作用，向下通過(guò)通訊鏈路連接終端設(shè)備，并對(duì)其實(shí)施管理控制，往上服務(wù)于預(yù)報(bào)分析等高級(jí)模塊，作為分析預(yù)報(bào)的數(shù)據(jù)源提供者。發(fā)生前 10 到 20 分鐘時(shí)可以挽救許多人的生命，這就需要及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。綜上可知，多源、及時(shí)、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)獲取，簡(jiǎn)捷、高效的通訊控制和工程管理，準(zhǔn)確、直觀的數(shù)據(jù)提供是監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行并成功預(yù)報(bào)的重要保證。1.2 滑坡監(jiān)測(cè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析國(guó)內(nèi)外滑坡監(jiān)測(cè)的研究在傳感器、數(shù)據(jù)傳輸、系統(tǒng)等領(lǐng)域均開展了大量的2工作，目前處在一個(gè)較為成水平。隨著電子、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)、技術(shù)的發(fā)展，變形監(jiān)測(cè)已發(fā)生了十分巨大的變化。當(dāng)前較新的監(jiān)測(cè)與技術(shù)主要有

15、GPS 、InSAR (erferormetricSyntheticrture Radar,孔徑測(cè)量) 、LIDAR(Light Detection andRanging, 激光掃 描測(cè)距 )、 BOTDR(Brillouin Optical biber TimeReflectometry，布里淵散射光時(shí)域反射測(cè)量)、TDR(TimeReflectometry，時(shí)域反射測(cè)量) 、分布式光纖應(yīng)力傳感器、巖石聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、遙感、近景攝影測(cè)量等。其中以 GPS 技術(shù)的應(yīng)用為代表的現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)大大提高了監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化程度，開辟了變形監(jiān)測(cè)的新局面。無(wú)人職守、成為滑坡監(jiān)測(cè)的研究和應(yīng)用熱點(diǎn)5?；?、多傳感器互

16、補(bǔ)觀測(cè)、網(wǎng)絡(luò)化已表 1-1 列舉了目前一些主要的監(jiān)測(cè)技術(shù)。表 1-2 對(duì)這些技術(shù)的原理及特點(diǎn)作一些簡(jiǎn)單介紹。表 1-1 滑坡監(jiān)測(cè)技術(shù)4-63類型監(jiān)測(cè)內(nèi)容監(jiān)測(cè)技術(shù)常規(guī)技術(shù)新技術(shù)幾 何監(jiān)測(cè)地表位移相對(duì)位移：巡查、測(cè)縫計(jì)、位移計(jì)、自動(dòng)伸縮計(jì)等；絕對(duì)位移：水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、測(cè)距儀、全站儀、測(cè)量機(jī)器人等GPS、InSAR 、LIDAR、BOTDR等深部位移各種傾斜儀、鉆孔多點(diǎn)位移計(jì)、滑動(dòng)測(cè)微計(jì)等TDR、光纖巖層滑動(dòng)傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)等物 理監(jiān)測(cè)應(yīng)力鋼筋計(jì)、錨索計(jì)、土壓力計(jì)等分布式光纖應(yīng)力傳感器地聲某些動(dòng)物的異常反應(yīng)巖石聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)溫度地溫計(jì)等誘 發(fā)監(jiān)測(cè)氣象從氣象部門直接獲取氣象數(shù)據(jù)；用翻斗式雨量計(jì)等監(jiān)測(cè)區(qū)實(shí)際

17、降雨量水水位監(jiān)測(cè)儀、測(cè)滲計(jì)、水壓測(cè)量計(jì)等核磁人類活動(dòng)巡查遙感、近景攝影測(cè)量等表 1-2 主要監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理及特點(diǎn)4-114測(cè)量方法原理優(yōu)勢(shì)缺點(diǎn)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法主要是直接測(cè)量技術(shù)成熟工作量大；周期長(zhǎng)；自動(dòng)化程度相對(duì)較低GPS距離交會(huì)定位可獲得三維絕對(duì)坐標(biāo)、高精度、實(shí)時(shí)、全天候、站間無(wú)需通視山區(qū)信號(hào)易被遮擋，多路徑效應(yīng)嚴(yán)重；儀器費(fèi)用高InSAR測(cè)量可獲得大面積高分辨率圖像；全天候；差分 技術(shù) DInSAR 能夠檢測(cè)出毫米級(jí)的地形變化，又發(fā)展出的 散射體 測(cè)量技術(shù) (PSInSAR)可彌補(bǔ)大氣對(duì)相干性的影響難以實(shí)時(shí)獲取滑坡信息；成本較高；不適宜做局部高精度監(jiān)測(cè)；DInSAR容易產(chǎn)生不相關(guān)問(wèn)題且易受大氣影

18、響LIDAR三維掃描測(cè)距直接獲得激光點(diǎn)所接觸物體表面的空間位置等信息；獲取地表信息的能力是目前其他監(jiān)測(cè) 難以替代的掃描距離和范圍有限；掃描有盲區(qū)；坐標(biāo)系統(tǒng)校正方法不夠成熟；激光光斑隨距離的增加而變大；數(shù)據(jù)處理較難；設(shè)備價(jià)格較高TDR測(cè)試脈沖信號(hào)在電纜的阻抗特性發(fā)生變化處發(fā)生反射，通過(guò)測(cè)量反射信號(hào)的到達(dá)時(shí)間與振幅幅度，可分析同軸電纜變形位置及程度價(jià)格相對(duì)低廉、監(jiān)測(cè)時(shí)間短、可遙測(cè)、安全性高、數(shù)據(jù)提供快捷測(cè)量值與位移量不呈嚴(yán)格線性關(guān)系；不能進(jìn)行傾斜監(jiān)測(cè)，能確定剪切面，但無(wú)法確定位移方向；靈敏性不高巖石聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)巖石或巖體受力作用時(shí)會(huì)不斷地發(fā)生破壞，其的部分能量以應(yīng)力波的形式出來(lái)，產(chǎn)生聲發(fā)射，據(jù)此

19、可推斷巖石的形態(tài)變化全天候、自動(dòng)化；可以實(shí)現(xiàn)破壞源點(diǎn)的檢測(cè)；能監(jiān)測(cè)整體狀態(tài)對(duì)材料甚為敏感；易受到噪聲的干擾近景攝影測(cè)量像對(duì)成像適用于變形速率較大的滑坡水平位移及危巖陡壁裂縫變化監(jiān)測(cè)，操作方便 、可同時(shí)測(cè)量大面積變形絕對(duì)精度低；受氣候條件影響較大光纖傳感技術(shù) ( 如 OTDR)利用光傳輸過(guò)程中光波參數(shù)變化與待測(cè)量相關(guān)多路復(fù)用分布式、長(zhǎng)距離、實(shí)時(shí)性、精度高、長(zhǎng)期耐久往往同時(shí)對(duì)多種信號(hào)敏感；其中最難處理的是溫度與其待測(cè)量分量的準(zhǔn)確分離；優(yōu)化布置方法還有待進(jìn)一步研究；費(fèi)用較高從滑坡的監(jiān)測(cè)內(nèi)容來(lái)看，滑坡監(jiān)測(cè)應(yīng)該是由多種監(jiān)測(cè)方法相結(jié)合的。它既要監(jiān)測(cè)地面、變形，同時(shí)也要監(jiān)測(cè)誘發(fā)和相關(guān)。對(duì)于不同的監(jiān)測(cè)目的、不

20、同的滑坡發(fā)育階段及不同的滑坡類型所選擇的滑坡監(jiān)測(cè)方法也不同；縱向來(lái)講，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)的主要缺點(diǎn)是工作量大、周期長(zhǎng)、監(jiān)測(cè)不能實(shí)時(shí)、必須到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，連續(xù)觀測(cè)能力差。現(xiàn)代的新段可實(shí)時(shí)全天候，大范圍、自動(dòng)無(wú)人化監(jiān)測(cè)，安全性、效率大大提高，但有較多的條件限制。所以新技術(shù)并不能完全取代傳統(tǒng)技術(shù)，優(yōu)缺互補(bǔ)，相互配合，使監(jiān)測(cè)效果最優(yōu)。在測(cè)區(qū)布置好監(jiān)測(cè)網(wǎng)之后，需要設(shè)計(jì)配套的系統(tǒng)?，F(xiàn)代監(jiān)測(cè)所涉及的滑坡參數(shù)的增多，使使用到的傳感器種類增加，而不同傳感器的數(shù)據(jù)格式和接口各具標(biāo)準(zhǔn)。一般的系統(tǒng)都只針對(duì)性地適用單一種類的傳感器，且一旦增加種類就需要另外編寫程序，或者一個(gè)系統(tǒng)只多種或多個(gè)或兩者兼有的一個(gè)傳感器，造成在一個(gè)項(xiàng)目中同時(shí)需

21、要管理的局面，給應(yīng)用帶來(lái)很大的局限。而且，傳統(tǒng)的主要靠人工或儀器后人工轉(zhuǎn)移，任務(wù)量大、周期長(zhǎng)、自動(dòng)化程度不高；加之測(cè)區(qū)常比較偏僻，且往往在可能發(fā)生滑坡的地區(qū)，人員安全得不到保障，給監(jiān)測(cè)工作帶來(lái)很大的?；卤O(jiān)測(cè)的發(fā)展和趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1.2.1 監(jiān)測(cè)自動(dòng)化單片機(jī)技術(shù)和系統(tǒng)使現(xiàn)代測(cè)量?jī)x器不斷智能化，使人從繁重枯燥的工作中解脫出來(lái)，同時(shí)也避免了人為觀測(cè)的誤差，提高觀測(cè)精度。如國(guó)內(nèi)外已大量使用自動(dòng)監(jiān)測(cè)機(jī)器人進(jìn)行大壩、邊坡的監(jiān)測(cè)12。一般，通過(guò)能電板解決野外供電，傳感器電路已事先編制好觀測(cè)程序，用戶只需設(shè)置好相應(yīng)參數(shù)便可進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)。只需改變參數(shù)或定期到現(xiàn)場(chǎng)檢修儀器即可改變的正常運(yùn)行。的狀態(tài)

22、，保證系統(tǒng)1.2.2 多傳感器化滑坡是一種綜合了諸多影響的復(fù)雜過(guò)程，難以用單一類型傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬分析，也不能簡(jiǎn)單用局部數(shù)據(jù)對(duì)整體滑坡的狀態(tài)做判斷，需要對(duì)不同類型數(shù)據(jù)和相同類型不同點(diǎn)位的傳感器數(shù)據(jù)的進(jìn)行整合。多傳感器可使綜合判別能力加強(qiáng)，促進(jìn)地質(zhì)評(píng)價(jià)、能力的提高。多傳感器優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)進(jìn)行監(jiān)測(cè)是必然的趨勢(shì)，如目前對(duì) GPS 和 InSAR 的應(yīng)用有較多研究24。數(shù)據(jù)融合是當(dāng)前多傳感器應(yīng)用的難點(diǎn)，5國(guó)內(nèi)、彭繼兵等人利用計(jì)算機(jī)科學(xué)里數(shù)據(jù)融合的對(duì)此作了一些研究，但其只是基于單一種類的多個(gè)傳感器來(lái)整合局部信息來(lái)了解整體狀態(tài)20，對(duì)于不同類型傳感器數(shù)據(jù)組合共同分析滑坡趨勢(shì)少有文章進(jìn)行介紹，主要是不同參數(shù)間

23、的相關(guān)性分析需要涉及不同學(xué)科的知識(shí)，且難以定權(quán)。另外、隨著傳感器的增多，如何進(jìn)行組織便成了問(wèn)題。OGC（Open GeospatialConsortium，開放地理信息SensorWeb 是未來(lái)傳感器應(yīng)用的發(fā)）等組織展方向，其類似于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，強(qiáng)調(diào)智能化系統(tǒng)的嵌入、傳感器之間的通訊和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)化，使變形監(jiān)測(cè)傳感器網(wǎng)絡(luò)更加抗破壞，傳感器像組件一樣可以隨時(shí)添加刪除，或者部分傳感器失效時(shí)，將最低可能影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行21-23。但不同類型傳感器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、通訊接口都有所不同，所以需要建立的接口和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，目前使用定義語(yǔ)言 SensorML(Sensor M描述23。Language,傳感器模

24、型語(yǔ)言)進(jìn)行1.2.3 數(shù)據(jù)傳輸無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)實(shí)際中滑坡監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)地理位置一般比較偏僻，而且當(dāng)氣候和其它一些條件比較惡劣時(shí)，隨時(shí)可能有滑坡的。另外，隨著傳感器數(shù)量及種類的增多，傳感器分布更加分散，有線方式布線復(fù)雜，消耗大，且不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的與距離無(wú)關(guān)的而，已不能滿足現(xiàn)代變形監(jiān)測(cè)的要求，現(xiàn)場(chǎng)傳輸無(wú)線化成為必然的趨勢(shì)。中心一般較為固定，其網(wǎng)絡(luò)可以依具體情況選擇無(wú)線或有線。國(guó)外滑坡監(jiān)測(cè)的研究近年來(lái)最主要的進(jìn)展在數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)方面。地質(zhì)局 (USGS)為監(jiān)測(cè)連接內(nèi)華達(dá)州與加利福尼亞州的50 公路兩側(cè)的多處滑坡設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了滑坡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)2；的 Maso YAMADA 等人基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行各種模式的監(jiān)測(cè)

25、13；國(guó)內(nèi)近年對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的無(wú)線化也做了大量的研究，有很多應(yīng)用實(shí)例，如電力14、農(nóng)業(yè)灌溉15、水情遙測(cè)16等等?；聼o(wú)線研究，其主要基于自動(dòng)化程度較高的 GPS17-19。監(jiān)測(cè)也有很多1.2.4 監(jiān)測(cè)集成化基于多傳感器和數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)化的趨勢(shì)，中心的系統(tǒng)勢(shì)必采取集成多傳感器的方式進(jìn)行基于網(wǎng)絡(luò)的通訊。目前，國(guó)內(nèi)外研制了較多旨在不同應(yīng)用的自動(dòng)監(jiān)的 GeoMoS、測(cè)集成式系統(tǒng)并已實(shí)現(xiàn)商業(yè)學(xué)的 Geo_ADMOS、，如針對(duì)測(cè)量機(jī)器人的有大信息工程大學(xué)的 ADMS(自動(dòng)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng))、張學(xué)莊等6人研究的邊坡穩(wěn)定性自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)新布倫瑞克大學(xué)的 DIMONS 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和AGI 公司的 Slope-Sentry 等

26、，這些系統(tǒng)很容易配置成多種傳感器122526。系統(tǒng)1.3 主要工作及結(jié)構(gòu)安排圖 1-2 高速公路沿線滑坡狀況圖 1-3 滑坡段狀況本文涉及的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目屬湖南省懷化某一正在建設(shè)的高速公路，該處屬山區(qū)，高差起伏較大，氣候潮濕多雨，地質(zhì)條件較差，有較大降雨時(shí)沿人為開挖路線兩邊常出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象。監(jiān)測(cè)區(qū)滑坡山勢(shì)呈東西，所監(jiān)測(cè)滑于山的南坡面，坡勢(shì)較陡，山腳部分正打算作為涵洞出口，且出口處需架橋，已建好多處橋墩。該路段地質(zhì)條件較差，為保障施工過(guò)程安全及竣工后不對(duì)高速公路交通造成影響，項(xiàng)目對(duì)該坡進(jìn)行了以 GPS 和測(cè)斜儀為主要傳感器的滑坡監(jiān)測(cè)，其中 GPS 參考站建于離變形區(qū)約 500 米外的穩(wěn)定區(qū)域，在變形坡段

27、均勻分布了 4 個(gè) GPS 點(diǎn)，各測(cè)站輔助以測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)深部位移。由于該滑坡段所處地理位置偏僻，且降雨時(shí)多有滑坡發(fā)生，不宜，該區(qū)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，所以采用無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)，配有無(wú)線傳輸單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和控制命令的接收。中心位于長(zhǎng)沙市，通過(guò)ernet 和移動(dòng) GPRS 網(wǎng)絡(luò)對(duì)測(cè)區(qū)實(shí)施?，F(xiàn)代滑坡監(jiān)測(cè)中，多傳感器數(shù)據(jù)綜合化和數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)化是必然的發(fā)展方向，而監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)性、穩(wěn)定性、可靠性對(duì)系統(tǒng)也提出了更高的的要求。為此，本文以上述高速公路滑坡段為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，在分析 GPRS 無(wú)線通信技術(shù)用于滑坡監(jiān)測(cè)的可行性、GPS 和測(cè)斜儀等多傳感器監(jiān)測(cè)原理及數(shù)據(jù)格式特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)

28、。該系統(tǒng)已經(jīng)在懷化高速公路的滑坡段監(jiān)測(cè)中心安裝調(diào)試，并且運(yùn)行情況良好。7本文各章內(nèi)容安排如下：第一章論述了本文研究的背景、意義和項(xiàng)目簡(jiǎn)介，分析了現(xiàn)代滑坡監(jiān)測(cè)的技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)在現(xiàn)代滑坡監(jiān)測(cè)對(duì)綜合的傳感器數(shù)據(jù)和高效數(shù)據(jù)鏈需求之下，基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的集成化的的開發(fā)意義。第二章介紹了 GPRS 無(wú)線通訊原理及技術(shù)特點(diǎn)，分析了其在滑坡監(jiān)測(cè)的適用性。同時(shí)，介紹了 GPS 和測(cè)斜儀兩種監(jiān)測(cè)儀器，特別是詳細(xì)描述了其數(shù)據(jù)格式的特點(diǎn)。最后，基于多傳感器、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，分析并列舉了的需求，為多傳感器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。第三章在第二章詳細(xì)需求分析的前提下，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的整體架構(gòu)、數(shù)據(jù)流圖和各子功能模塊的程序

29、流程圖，使用偽代碼設(shè)計(jì)了系統(tǒng)主要的類、類關(guān)系和類結(jié)構(gòu)，整個(gè)過(guò)程基于模塊化、面第四章介紹利用 VC+象的，為下一步開發(fā)實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。開發(fā)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程及結(jié)果，重點(diǎn)分析了幾個(gè)，并且介紹了實(shí)現(xiàn)的結(jié)果。第五章對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)，著重及解決措施，并且對(duì)系統(tǒng)的特點(diǎn)和整個(gè)工程的實(shí)施過(guò)程中遇到系統(tǒng)的下一步工作做了展望。1.4 小結(jié)滑坡預(yù)報(bào)是世界性難題，現(xiàn)代滑坡預(yù)報(bào)對(duì)監(jiān)測(cè)的及時(shí)性、穩(wěn)定性、可靠性等提出了更高的要求，隨著電子、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)科學(xué)的迅猛發(fā)展，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正趨向于自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、多傳感器化，是監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)，基于此背景，本文以某滑坡為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，設(shè)計(jì)并開發(fā) GPS、測(cè)斜儀等多傳感器集成的，旨在對(duì)該滑坡實(shí)現(xiàn)多傳感器數(shù)

30、據(jù)的實(shí)時(shí)。8第二章 系統(tǒng)分析2.1 滑坡監(jiān)測(cè)傳感器課題使用 GPS 監(jiān)測(cè)滑體表面位移，利用測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)深部位移。以下主要對(duì)其監(jiān)測(cè)原理和數(shù)據(jù)格式進(jìn)行說(shuō)明。2.1.1 GPS圖 2-1 Ashtech AC12原理35GPS 以其全天候、自動(dòng)化、選點(diǎn)靈活、可同時(shí)測(cè)定點(diǎn)的三維位置與速率等優(yōu)點(diǎn)1)成為最先進(jìn)的監(jiān)測(cè)之一，己廣泛用于各類形變監(jiān)測(cè)，使人們從繁重的重復(fù)性人工測(cè)量中解脫出來(lái)，大大地推進(jìn)了監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展。GPS 主要用來(lái)監(jiān)測(cè)滑坡體水平方向位移，按定位方式可分為單點(diǎn)絕對(duì)定位和多點(diǎn)相對(duì)定位，為獲得高精度位移數(shù)據(jù)，一般采用如圖 2-2 所示的相對(duì)，在測(cè)區(qū)不遠(yuǎn)相對(duì)穩(wěn)定處建立參考，與監(jiān)測(cè)站同步進(jìn)行觀測(cè)，再進(jìn)行

31、實(shí)時(shí)或事后數(shù)據(jù)處理（監(jiān)測(cè)中有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)定位，后者可較充分消除誤差?；略诒O(jiān)測(cè)時(shí)期一般移動(dòng)緩慢，多采用靜態(tài)相位差分定位），通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與的組合觀測(cè)值消除大氣延遲、軌道誤差等相關(guān)性誤差，若有多點(diǎn)，基線解算后還可進(jìn)行網(wǎng)平差獲得更高精度，最后得該監(jiān)測(cè)點(diǎn)在各方向上的變形時(shí)間序列以供后續(xù)變形分析35。9圖 2-2 GPS 相對(duì)定位原理數(shù)據(jù)格式32由于滑坡監(jiān)測(cè)一般需要對(duì)多個(gè)點(diǎn)安置 GPS 進(jìn)行監(jiān)測(cè)，2)地要涉及多種品牌和型號(hào)的，而不同廠家的數(shù)據(jù)格式一般不同，這給監(jiān)測(cè)工作和數(shù)據(jù)處理都帶來(lái)一定的不便，通常需要將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的 RINEX 格式文件。RINEX 是一種在 GPS 測(cè)量應(yīng)用中普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格

32、式，為純 ASCII碼文本文件，與的制造廠商和具體型號(hào)無(wú)關(guān)。大部分的商業(yè)都支持RINEX 標(biāo)準(zhǔn)。其主要包括觀測(cè)、導(dǎo)航電文和氣象三種文件，分別星歷和氣象信息。觀測(cè)值、實(shí)驗(yàn)選用 Ashtech，型號(hào)為 AC12。命令一般格式為：命令頭，命令類型，參數(shù)，A/B，ON/OFF，回復(fù)時(shí)間間隔如：$PASHS,NME,GGA,A,ON 命令頭分為設(shè)置命令“$PASHS”和查詢命令“$PASHQ”兩種?；貜?fù)消息一般格式為：消息頭，消息類型，數(shù)據(jù)*如：$GPGSV,2,1,08,16,23,293,50.3,19,63,050,52.1,28,11,038,51.5,29,14,145,50.9*78消息頭有

33、 AC12 自定義的$PASHR 和標(biāo)準(zhǔn) NMEA 回復(fù)消息頭（如$GPGGA）。命令、消息的類型命令類型和消息類型按功能劃分，可分為 3 類設(shè)置部分、NMEA(National)部分和差分部分。NMEAMarine Electronics Assotion，美海洋電子部分又分為 NMEA 字符串格式數(shù)據(jù)和原始二進(jìn)制數(shù)據(jù)。其中 NMEA 數(shù)據(jù)是在10的程序利用原始信號(hào)生成的站點(diǎn)信息，一般用在導(dǎo)航和簡(jiǎn)單可視化界面。而二進(jìn)制原始數(shù)據(jù)則主要用來(lái)科研或開發(fā)。包括 MCA、PBN 和 SNV，MCA 是偽距與相位等與觀測(cè)值有關(guān)的量，PBN 包含時(shí)間和計(jì)算的位置信息，SNV 是星歷信息。本滑坡監(jiān)測(cè)中 GP

34、S 技術(shù)采用相對(duì)定位，利用對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行差分處理，獲得基線量時(shí)間序列。所以需要原始數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的 RINEX 格式，而系統(tǒng)簡(jiǎn)單繪圖則直接可利用 NMEA 的數(shù)據(jù)，但如果考慮降低數(shù)據(jù)流量則必須從原始數(shù)據(jù)中解譯相應(yīng)信息。2.1.2 測(cè)斜儀圖 2-3 測(cè)斜儀1)原理測(cè)斜儀是一種能有效且精確地測(cè)量土體水平位移或變形的監(jiān)測(cè)儀器，分為固定式和滑動(dòng)式兩種。固定式是將測(cè)頭固定埋設(shè)在結(jié)構(gòu)物的固定點(diǎn)上；滑動(dòng)式測(cè)斜儀主要由測(cè)頭、測(cè)讀儀、電纜和測(cè)斜管 4 部分組成。應(yīng)用時(shí)先在土體中預(yù)埋測(cè)斜管，土體發(fā)生變形后，整個(gè)測(cè)斜管隨之產(chǎn)生相應(yīng)變形，通過(guò)測(cè)斜儀逐段測(cè)量?jī)A斜角度，就到測(cè)斜管每段的水平位移增量36。測(cè)斜儀工作原理見圖

35、 2-4。11圖 2-4 測(cè)斜儀原理圖2) 數(shù)據(jù)格式實(shí)驗(yàn)使用固定式測(cè)斜儀，有埋設(shè)由淺到深的 1-8 號(hào)探頭，返回各天線 X,Y 方向上的坐標(biāo)值。數(shù)據(jù)以 ASCII 格式分兩次發(fā)送，每次 60 個(gè)字節(jié)，前 57 字節(jié)為有效字節(jié)，后三位為孔隙水參數(shù)，目前未加以利用。兩次傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)格式如下表：表 2-1 測(cè)斜儀數(shù)據(jù)字節(jié)格式（：字節(jié)）實(shí)例：Z1 Z2的數(shù)據(jù)值是虛值，必須轉(zhuǎn)換為 mmH1120.5 H1110.2，公式為：x=x*8。例如：0654 數(shù)據(jù)，其結(jié)果為 0654*8=52.32 mm12Z11#x1#y2#x2#y3#x3#y4#x4#y孔隙水參數(shù) 12666666667Z25#x5#y

36、6#x6#y7#x7#y8#x8#y孔隙水參數(shù) 226666666672.2功能需求分析滑坡監(jiān)測(cè)管理應(yīng)用實(shí)際是：?jiǎn)蝹€(gè)滑坡項(xiàng)目包含若干測(cè)站，每個(gè)測(cè)站包含若干種類的傳感器。而且，單個(gè)使用者可能同時(shí)需要管理若干個(gè)區(qū)域的滑坡項(xiàng)目。這要求潔的界面，且對(duì)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)集成、簡(jiǎn)便的管理。組織符合應(yīng)用實(shí)際，有簡(jiǎn)項(xiàng)目信息能夠長(zhǎng)期保存以便下次直接使用而不必再次組織。中心需要完成每個(gè)傳感器的獨(dú)立數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)和繪圖。的文件以各自不同格式和路徑有序放置。數(shù)據(jù)是在以字節(jié)流的形式的，而使用者需要直觀地了解到并不須特別精確的數(shù)據(jù)質(zhì)量，從而粗略判斷監(jiān)測(cè)對(duì)象的狀態(tài)，采取相應(yīng)措施，所以實(shí)時(shí)簡(jiǎn)易繪圖。必須進(jìn)行由于大部分時(shí)間要在無(wú)人管理下自動(dòng)運(yùn)

37、行，所以要對(duì)系統(tǒng)發(fā)生的事件進(jìn)行記錄，以便定期檢查運(yùn)行狀況，在故障發(fā)生后，判斷發(fā)生故障的可能原因。根據(jù)上述應(yīng)用實(shí)際要求，結(jié)合本章前幾節(jié)介紹的原理，1、項(xiàng)目管理需要實(shí)現(xiàn)以下功能：a.項(xiàng)目中各實(shí)體的抽象及其關(guān)系的組織。主要實(shí)體包括項(xiàng)目、測(cè)站、傳感器。傳感器類的抽象尤為重要，其需要不同類型傳感器和不同通訊接口(COM 串口和無(wú)線 GPRS 網(wǎng)絡(luò)端口)。此處對(duì)接口的從無(wú)線傳輸系統(tǒng)的角度上講是不必要的，但是實(shí)際應(yīng)用時(shí)可能需要直接用串口數(shù)據(jù)線對(duì)傳感器進(jìn)行檢測(cè)，而成了各種傳感器的控制模塊，大大方便此項(xiàng)工作。中心集b.設(shè)計(jì)本地化項(xiàng)目文件組織格式。實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息從內(nèi)存到本地文件的保存，再次打開時(shí)還原到項(xiàng)目。c.界面

38、需有事件模塊。事件系統(tǒng)運(yùn)行期間發(fā)生的事件，以便管理判斷問(wèn)題發(fā)生的時(shí)間和類型。如失去終端的連接，終端登錄了卻沒數(shù)據(jù)等。2、包括通信和兩大模塊。a.其中利用中心控件編制通訊模塊，實(shí)現(xiàn)與 DTU 終端的連接通信。編寫簡(jiǎn)單的控制模塊對(duì) GPS 進(jìn)行控制。理論上各種傳感器都需要相應(yīng)的控制模塊，但是實(shí)際上有些傳感器只是簡(jiǎn)單的自動(dòng)回傳數(shù)據(jù)，并沒有接收控制單元，如本實(shí)驗(yàn)所的測(cè)斜儀暫時(shí)就沒有受控功能。而實(shí)驗(yàn)中采用的 GPS 則需要設(shè)置如13采樣間隔，站點(diǎn)信息設(shè)置，參數(shù)設(shè)置，回復(fù)設(shè)置等較多參數(shù)。b.由于項(xiàng)目傳感器多種類多數(shù)量，感器獨(dú)立完成。同時(shí)，觀測(cè)數(shù)據(jù)須分時(shí)段3、實(shí)時(shí)繪圖管理比較復(fù)雜，所以數(shù)據(jù)。須由各傳根據(jù)不同

39、傳感器特點(diǎn)，繪制時(shí)間序列圖。如測(cè)斜儀、GPS 的位移時(shí)間序列圖和GPS 的天空?qǐng)D。繪圖使變形信息可視化，使滑坡狀態(tài)更加直觀。4、格式轉(zhuǎn)換包括測(cè)斜儀文本文件轉(zhuǎn)Excel 格式輸出和GPS 二進(jìn)制原始文件轉(zhuǎn)RINEX 標(biāo)準(zhǔn)文件輸出的實(shí)現(xiàn)，為后續(xù) GPS 差分定位求基線變化等應(yīng)用提供數(shù)據(jù)文件。2.3 GPRS 無(wú)線通訊技術(shù)2.3.1 GPRSGPRS 是在 GSM（Global System for Mobile Communications，全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)）基礎(chǔ)上增加 SGSN（Serving GPRpport Node，服務(wù) GPRS 支持節(jié)點(diǎn)）、GGSN（Gateway GPRpport N

40、ode ，網(wǎng)關(guān) GPRS 支持節(jié)點(diǎn)）等功能實(shí)體建立的一種封包式移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)28。GPRS 使用分組交換技術(shù)，支持 IP 和 X.25 協(xié)議，且由于 GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣,使得 GPRS 能夠提供ernet 和其它分組網(wǎng)絡(luò)的全球性無(wú)線接入。它有十倍于 GSM 的高速數(shù)據(jù)傳輸（ 平均 56.7kbps，理論上可達(dá) 115kbps，最高171.2kbps）、接入時(shí)間短、和僅按數(shù)據(jù)流量?jī)?yōu)點(diǎn)，提供了一種高效、低成本的無(wú)線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸27。相比與傳統(tǒng) 2G 的 GSM 和現(xiàn)代剛起步的 3G(3rd-Generation，第三代移

41、動(dòng)通信技術(shù))，目前 2.5G 的 GPRS 網(wǎng)絡(luò)是基于多址技術(shù)的移動(dòng)通信體制中最成熟、覆蓋面最廣、功能最強(qiáng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，利用 GPRS實(shí)現(xiàn)可靠性高、覆蓋面積廣，并且可以節(jié)省建網(wǎng)初期的投入，運(yùn)營(yíng)期間也無(wú)需網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)行費(fèi)用低廉。所以 GPRS 是目前的選擇。另外，GPRS 接入方式人為劃分成 CMNET（China Mobile Net，中國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)）和 CMWAP（China Mobile Wireless Application Protocol，中國(guó)移動(dòng)無(wú)線應(yīng)用協(xié)系統(tǒng)通信鏈最合適議）兩種，CMNET 可連接互聯(lián)網(wǎng)，而 CMWAP 是只能WAP 網(wǎng)。它們?cè)趯?shí)現(xiàn)方式上并沒有任何差別，但因?yàn)槎ㄎ?/p>

42、不同，所以和 CMNET 相比，CMWAP 便有了14部分限制，資費(fèi)上也存在差別。由于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)褂昧嘶ヂ?lián)網(wǎng)所以在SIM（Subscriber IdentityCMNET。Module，用戶識(shí)別模塊）卡入網(wǎng)時(shí)必須把接入點(diǎn)設(shè)置成圖 2-5 基于 GPRS 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成2.3.2 動(dòng)態(tài) IP數(shù)據(jù)通訊的前提是建立連接，IP 技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)地址的唯一確定?；ヂ?lián)網(wǎng)接入方式分專線接入方式和撥號(hào)接入方式即 PPP（Poto PoProtocol，點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議），其分別有多種接入技術(shù)。相對(duì)廉價(jià)的撥號(hào)方式每次聯(lián)網(wǎng)獲得的是動(dòng)態(tài)的 IP。GPRS終端每次撥號(hào)獲得的是虛網(wǎng) IP，通過(guò) GGSN 與ernet 互聯(lián)，而數(shù)據(jù)

43、中心 IP 位于公網(wǎng)，若數(shù)據(jù)中心的 IP 地址不能確定，終端就沒有辦法數(shù)據(jù)中心，系統(tǒng)也就不能技術(shù)29。工作了。對(duì)此，有兩種解決方案：動(dòng)態(tài)1、動(dòng)態(tài)技術(shù)和端口到動(dòng)態(tài) IP 的技術(shù)。通過(guò)所謂動(dòng)態(tài)就是利用固定繞過(guò)查詢到 IP 的轉(zhuǎn)換）對(duì)應(yīng) IP 的操作（由 DNS （從而實(shí)現(xiàn)到終端的連接。工作原理：為接入Name Server,服務(wù)器）執(zhí)行ernet 的主機(jī)申請(qǐng)一個(gè)動(dòng)態(tài)，然后在主機(jī)上安裝相應(yīng)服務(wù)器，把當(dāng)前 IP 地，隨時(shí)檢測(cè)主機(jī)的 IP 變化情況，一旦有變化就址更新到ernet 的2、端口端口服務(wù)器相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)的表單中，這樣對(duì)方只要根據(jù)這個(gè)服務(wù)器上查找就可知當(dāng)前對(duì)應(yīng)主機(jī)的 IP。到分布在技術(shù)可以從拓?fù)浣?/p>

44、度可以簡(jiǎn)單來(lái)理解為是父結(jié)點(diǎn)層的其它節(jié)點(diǎn)子15結(jié)點(diǎn)的技術(shù)。其利用公網(wǎng) IP 和局域網(wǎng)端口這兩種的結(jié)合，為有固定 IP 的是用 NAT(Network Address網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的成員增加識(shí)別碼以便外部。端口Translation，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。NAT 是一種將一個(gè) IP 地址域到另一個(gè)IP 地址域技術(shù)，從而為終端主機(jī)提供透明路由。NAT 常用于私有地址域與公用地址域的轉(zhuǎn)換以解決 IP 地址匱乏問(wèn)題。當(dāng)選擇固定 IP 接入公網(wǎng)而主機(jī)又處于某一局域網(wǎng)內(nèi)時(shí)需要與局域網(wǎng)內(nèi)其他主機(jī)區(qū)分開時(shí)，需要利用端口 來(lái)實(shí)現(xiàn)與 GPRS 終端的連接2.3.3 GPRS 模塊圖 2-6 GPRS 模塊GPRS 模塊

45、由 DTU 和（1）DTU30組成。實(shí)驗(yàn)選用眾山科技生產(chǎn)的 ZSD31XX 系列的 DTU（Data Transfer現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)線通訊模塊。支持 PPP、TCP(TransferUnit，數(shù)據(jù)傳輸單元）作為滑坡Control Protocol，傳輸控制協(xié)議)、UDP(User Datagrrotocol，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)、ICMP(ernet Control Messages Protocol，網(wǎng)間控制報(bào)文協(xié)議)等眾多復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，提供全透明數(shù)據(jù)傳輸和用戶控制傳輸兩種模式。所謂透明傳輸，是指不對(duì)數(shù)據(jù)加工而進(jìn)行的純數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)送方和接收方數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度和內(nèi)容完全一致，相當(dāng)于一條無(wú)形的傳輸線。該傳輸模塊

46、同時(shí)支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、設(shè)備間、設(shè)備與中心間等各種不同的通訊模式。用戶不用關(guān)心復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使用 RS232 接口連接傳感器，就可以進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)，讓設(shè)備能夠隨時(shí)隨地接入ernet。其是基于中心以確C/S 的 SOCKET 標(biāo)準(zhǔn)的程序?qū)崿F(xiàn)與數(shù)據(jù)中心的雙向通訊，并且有定時(shí)16保（心跳）、自動(dòng)登陸等功能。該產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于電力、數(shù)據(jù)采集、抄表等領(lǐng)域。使用 DTU 時(shí)，必須由用戶設(shè)置以下參數(shù)：1、DTU 的 ID，即識(shí)別碼；2、登陸，為 6 位字符3、4、中心的公網(wǎng) IP 或利用動(dòng)態(tài)技術(shù)綁定的中心的端，該端與端口技術(shù)的端從原理上是一個(gè)概念，即在局部區(qū)域的資源的識(shí)別號(hào)，以便外部對(duì)象。計(jì)算機(jī)端口資

47、源中，0到 1023 有特殊用處，如 FTP（File Transfrotocol，文件傳輸協(xié)議）、HTTP（HypertextTransfrotocol，超文本傳輸協(xié)議）、SMTP（Simple Message Transfrotocol，簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議）等，所以默認(rèn)把65000。（2）SIM中心的端設(shè)置成大于 1023 的號(hào)碼，如實(shí)際上是一張內(nèi)含大規(guī)模集成電路的智能卡，用來(lái)登記用戶識(shí)別數(shù)據(jù)和信息。 該卡包含了國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào)、）、鑒權(quán)密鑰及加密算法、臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)（如區(qū)域識(shí)別碼、移動(dòng)用戶暫時(shí)識(shí)別碼等）、相關(guān)的業(yè)務(wù)代碼（如個(gè)人識(shí)別碼、碼、計(jì)費(fèi)費(fèi)率等）、簿等數(shù)據(jù)33。在時(shí)，需要開通 CMNE

48、T 功能以便接入互聯(lián)網(wǎng)，并且要定制適合的數(shù)據(jù)流量業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)資費(fèi)因當(dāng)?shù)胤?wù)商而異，如長(zhǎng)沙每月 500M 費(fèi)用是 50 元，2G 則為 100 元。2.4 小結(jié)本節(jié)介紹了 GPRS 通信基本原理，分析了實(shí)現(xiàn)中心到 DTU 終端建立連接所要利用到的動(dòng)態(tài) IP 技術(shù)。在了解 GPS、測(cè)斜儀數(shù)據(jù)格式之后，列舉件所需要完成的各項(xiàng)功能。軟17第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)成樹型框架旨在實(shí)現(xiàn)便捷的項(xiàng)目管理，主要構(gòu)造了項(xiàng)目、測(cè)站、傳感器等實(shí)體類，在掌握數(shù)據(jù)流細(xì)節(jié)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)管理、通信、和格式轉(zhuǎn)換、繪圖功能，實(shí)現(xiàn)功能的實(shí)體分別為主程序、中心控件、傳感器類、和繪圖類。系統(tǒng)管理主要為項(xiàng)目實(shí)體的增刪、參數(shù)設(shè)置和項(xiàng)目信

49、息文件加載與保存的操作；與終端的通信在傳感器到接口中心后由中心管理；由傳感器獨(dú)立完成，并且利用時(shí)間控件實(shí)現(xiàn)分時(shí)段，Office 對(duì)象將測(cè)斜儀文本文件轉(zhuǎn)換為 EXCEL 文件，利用二進(jìn)制轉(zhuǎn) RINEX 文件的程序模塊實(shí)現(xiàn)格式轉(zhuǎn)換以供相對(duì)定位等后續(xù)工作使用；繪圖類在傳感器數(shù)據(jù)格式 （Record 結(jié)構(gòu)體的時(shí)間序列）的前提下，接收用戶選中的樹節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)傳感器的數(shù)據(jù)，通過(guò)擁有的多種傳感器圖接口繪制相應(yīng)坐標(biāo)圖。3.1系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)繪圖格式轉(zhuǎn)換項(xiàng)目通信存儲(chǔ)管理(a)項(xiàng)目 1中心控件數(shù)據(jù)項(xiàng)目 2測(cè)站 1傳感器 1中心繪圖類數(shù)據(jù)流001100控件測(cè)站 2傳感器 2(b)圖 3-1系統(tǒng)（a）功能架構(gòu)與（b

50、）邏輯架構(gòu)18如圖 3-1（a），系統(tǒng)須實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理、（包括通信和）、繪圖和格式轉(zhuǎn)換四大功能模塊，圖 3-1（b）為系統(tǒng)各實(shí)體的邏輯關(guān)系架構(gòu)，每個(gè)項(xiàng)目設(shè)置一個(gè)中心控件，對(duì)其測(cè)站的傳感器進(jìn)行句柄交給中心控件，相當(dāng)于在項(xiàng)目中監(jiān)測(cè)，各個(gè)傳感器需要將自己的處理程序，然后中心控件在收到數(shù)據(jù)后即可根據(jù)與DTU 終端一致的傳感器接口 ID 號(hào)將數(shù)據(jù)傳給指定傳感器，再而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的相應(yīng)處理和繪圖。3.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖格式Rinex 文件GPS 原始數(shù)據(jù)文件*.gpsGPS 原始二進(jìn)制流NMEA 字符串流轉(zhuǎn)換測(cè)斜儀字符串流讀數(shù)格式Excel 文件據(jù)測(cè)斜儀數(shù)據(jù)文件取轉(zhuǎn)換*.slp中轉(zhuǎn)心換控制命令字符串流圖 3-2 數(shù)

51、據(jù)流圖系統(tǒng)從數(shù)據(jù)中心接收到的數(shù)據(jù)按DTU 的ID 號(hào)分發(fā)給相應(yīng)傳感器處理，成原始文件再進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換；在傳感器數(shù)據(jù)處理中，利用格式特點(diǎn)匹配更新實(shí)時(shí)繪圖所需變量；同樣，數(shù)據(jù)中心依據(jù) DTU 的 ID 反方向發(fā)送控制命令調(diào)整監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器狀態(tài)。19實(shí)時(shí)繪圖所需變量3.3 主要類關(guān)系及結(jié)構(gòu)SensorDataPortInclinometer測(cè)斜儀StressGauge應(yīng)力計(jì)GPSGPS_DataStrg_DataInc_Data圖 3-3 主要類關(guān)系傳感器基類派生出各種類型傳感器，利用不同和繪圖等公共接口、成員統(tǒng)一傳感器，其中 Sensor 類主定義如下，其采用虛函數(shù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)格式處理的；Dat

52、aport 類實(shí)現(xiàn)傳感器接口的對(duì)外。20Info;enum SensorType;/Record;/傳感器基本信息結(jié)構(gòu)體/傳感器類型枚舉/結(jié)構(gòu)體DataPort m_DataPort;/通訊接口/Queue m_Records;/m_Data; m_Writer; m_Readerm_Converter;/當(dāng)前的一組隊(duì)列/數(shù)據(jù)/文件寫入器/事后文件器/文件格式轉(zhuǎn)換器Timer m_tmrLog;Timer m_tmrSpand;/采樣間隔管理器/時(shí)段間隔管理器blnWritable;blnRealTimeDisp;/開關(guān)/繪圖開關(guān)Event LogOutEvenEvent LogInEvenn

53、dler LogOut;ndler LogIn;/注銷OnData(DataPort:ReceivedEventArgs e);/Record ReadRecord(Byte);/數(shù)據(jù)處理程序/從字節(jié)流獲取信息Virtual RealTimeLog(DataPort:ReceivedEventArgs); /實(shí)時(shí)Virtual RealTimePlot(String);/實(shí)時(shí)繪圖圖 3-4 Sensor 類結(jié)構(gòu)傳感器中傳感器數(shù)據(jù) m_Data、Record結(jié)構(gòu)體及與有關(guān)的實(shí)時(shí)隊(duì)列、返回的函數(shù)等由具體傳感器子類定義，Converter 類實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制向RINEX、文本向 EXCEL 等文件格式的轉(zhuǎn)

54、換，通訊接口、分時(shí)段基本成員的定義皆由基類完成。和實(shí)時(shí)繪圖等21enum PortType; m_DataportType;struct ReceivedEventArgs;接口類型枚舉/GPRS/接口類型/接收數(shù)據(jù)事件參數(shù)m_SerialPort;/串口m_AxDenterX;/中心控件，實(shí)現(xiàn) GPRS 通信m_DTUID;m_PassWords;Name; Setting;/DTUID/登陸/串/串口參數(shù)bool blnIsConnected;/端口狀態(tài)event DataRecievedEven event ConnectedEvenevent DisConnectedEvenndler

55、 DataRecieved;/收到數(shù)據(jù)事件/連接事件/斷開連接事件/注銷事件ndler Connected;ndler DisConnected;event DeletedEvenndler Deleted;event AddedEvenndler Added;/事件Open(DTUID,PassWords,AxDenterX Center);/方式 1到中心/方式 2到中心/斷開接口/注銷賬號(hào)/發(fā)送數(shù)據(jù)到終端Open(String PortName,String Setting); Close();Delete();SendData(String );m();OnDTUData();OnDT

56、ULogout(); OnDTULogin();/串口收到數(shù)據(jù)/GPRS 收到數(shù)據(jù)/DTU 終端注銷/DTU 終端圖 3-5 DataPort 類結(jié)構(gòu)DataPort 類設(shè)有串口和 GPRS 兩種數(shù)據(jù)來(lái)源通訊端口，在類中構(gòu)建端口打開、關(guān)閉、連接和收到數(shù)據(jù)公共事件，對(duì)外接口，使串口和 GPRS 兩種接口DataPort 數(shù)據(jù)端口，簡(jiǎn)化操作。為223.4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.4.1 項(xiàng)目信息文件項(xiàng)目信息（包括來(lái)源、事件、所有者等）測(cè)站 1 信息測(cè)站 1 中各傳感器信息測(cè)站 2 信息測(cè)站 2 中各傳感器信息3.4.2 測(cè)斜儀數(shù)據(jù)文件考慮到數(shù)據(jù)庫(kù)的開銷過(guò)大，并且數(shù)據(jù)獨(dú)立性的要求，本文采用自定義文件格式間為

57、準(zhǔn)。測(cè)斜儀數(shù)據(jù)。由于測(cè)斜儀并未返回時(shí)間信息，所以，以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)#YYYY/MM/DD/hh/mm/ss3.5 主要功能流程圖3.5.1 通訊連接開始N是否 GPRS?Y將 DTU到數(shù)據(jù)中心并觸發(fā)事件結(jié)束圖 3-6 數(shù)據(jù)中心與 DTU 連接流程圖23更新當(dāng)前端口信息設(shè)置串口參數(shù)，打開串口將數(shù)據(jù)接收句柄掛到數(shù)據(jù)中心通訊以建立連接為前提設(shè)計(jì)將一個(gè)項(xiàng)目中的所有傳感器交予項(xiàng)目類管理，項(xiàng)目類建有端口中心（串口中心和 DTU 中心），實(shí)現(xiàn)通訊的集中管理，在一次連接的過(guò)程中，傳感器根據(jù)所持的端口類型，使用重載的 Open 方法傳入相應(yīng)參數(shù)打開端口。其中，當(dāng)其為 GPRS 通信時(shí)只需把傳感器 DataPort

58、 的 DTU ID到 DTU 中心，將接口收到數(shù)據(jù)句柄掛接到中心，即中心收到數(shù)據(jù)再向所有傳感器廣播，傳感器只需判斷是否為自己的數(shù)據(jù)然后進(jìn)行相應(yīng)處理即可。3.5.2 實(shí)時(shí)與繪圖開始緩沖區(qū)有?NY抽取更新變形序列變量NN開關(guān)繪圖開關(guān)YY寫文件繪圖結(jié)束圖 3-7 實(shí)時(shí)與繪圖流程圖實(shí)時(shí)匹配并是為了向供繪圖等實(shí)時(shí)的操作提供變量，實(shí)時(shí)則是直接將字節(jié)數(shù)組保存到文件，再由事后解譯。事后與實(shí)時(shí)除實(shí)施讀取額外涉及緩沖區(qū)操作和不同的文件組織外并無(wú)差別。24將收到的數(shù)據(jù)添加到緩沖區(qū)開始根據(jù)$PASHR,NME,MCA,將字符串副本炸開成分段串根據(jù)段首末索引到字節(jié)緩沖區(qū)提取字節(jié)數(shù)組 bytes()依 MCA 的格式完成

59、字節(jié)數(shù)組到的轉(zhuǎn)換，并用 Flag 標(biāo)記轉(zhuǎn)換成功與否N最后一個(gè)段？YNFlag=true?Y結(jié)束圖 3-8 GPS 數(shù)據(jù)中 MCA流程圖數(shù)據(jù)中心收到對(duì)應(yīng)有傳感器接口 ID 的字節(jié)流數(shù)據(jù)分發(fā)給數(shù)據(jù)所有者后，傳感器使用緩沖區(qū)數(shù)據(jù)并實(shí)施提?。ㄓ勺止?jié)數(shù)組匹配對(duì)應(yīng)格式再到有固定$PASHR”結(jié)構(gòu)體中）操作，通過(guò)、繪圖開關(guān)決定是否和繪圖。其中因?yàn)楦袷狡ヅ漭^容易實(shí)現(xiàn)，一般是根據(jù) ASCII 格式的字頭如“Z1”，“即可。圖 3-8 是變量等將流分段，則每段至多有一個(gè)完整的，再逐段匹配單個(gè)GPS 的 MCA實(shí)時(shí)提取流程圖，該操作到 MCA 內(nèi)存25緩沖區(qū)=bytes()清空緩沖區(qū)建立緩沖區(qū)字符串副本從臨時(shí)文件的

60、文件頭開開始N是 MCA？YN緩沖區(qū)為空或與前條MCA 同時(shí)刻？寫入緩沖區(qū)N檢校位正確？YY是否到臨時(shí)文件的文件尾？YY源文件尾？N結(jié)束圖 3-9 GPS 原始文件向 RINEX 格式轉(zhuǎn)換流程圖廠家對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了壓縮，如 PBN 含絕對(duì)時(shí)間（為了節(jié)約成本，秒，用 4 個(gè)字節(jié)用 2 個(gè)字節(jié)），而緊接的多條 MCA 只有相對(duì)時(shí)間（以 30 分鐘為模的毫秒數(shù)，），造成回復(fù)之間的依賴關(guān)系，給數(shù)據(jù)提取帶來(lái)一定不便。如圖 3-9，該模塊設(shè)計(jì)利用臨時(shí)文件周等常數(shù)，然后更新相應(yīng)量再逐，先找出相對(duì)時(shí)間和絕對(duì)時(shí)間的寫入文件，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。關(guān)系、3.6 小結(jié)本節(jié)基于第二章詳細(xì)的需求分析，在掌握數(shù)據(jù)流的同時(shí)，設(shè)計(jì)了體架構(gòu)、