自動化監(jiān)測技術(shù)與監(jiān)測資料的整編

上次課主要內(nèi)容概述周期性重復(fù)觀測固定式連續(xù)觀測GPS一機(jī)多天線監(jiān)測技術(shù)多傳感器組合變形測量系統(tǒng)第6、7章自動化監(jiān)監(jiān)測技術(shù)術(shù)與監(jiān)測資料料的整編編測量工程程與裝備備系本次課主主要內(nèi)容容自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計監(jiān)測自動動化系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計示示例監(jiān)測資料料的整編編監(jiān)測數(shù)據(jù)據(jù)的預(yù)處處理1.自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計計概述：自動化監(jiān)監(jiān)測技術(shù)術(shù)是從20世紀(jì)60年代起，，隨著計計算機(jī)技技術(shù)、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊訊技術(shù)的的發(fā)展而而發(fā)展起起來的。。自動化監(jiān)監(jiān)測的三三種形式式：第一一種是數(shù)數(shù)據(jù)處理理自動化化，俗稱稱“后自自動化””；第二二種是實實現(xiàn)數(shù)據(jù)據(jù)采集自自動化，，俗稱““前自動動化”；；第三種種是實現(xiàn)現(xiàn)在線自自動采集集數(shù)據(jù)，，離線資資料分析析，俗稱稱“全自自動化””。自動化監(jiān)監(jiān)測主要要包括數(shù)數(shù)據(jù)采集集的自動動化、數(shù)數(shù)據(jù)傳輸輸?shù)淖詣觿踊?、?shù)數(shù)據(jù)管理理的自動動化和數(shù)數(shù)據(jù)分析析的自動動化等內(nèi)內(nèi)容。自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)的功能能：（1）數(shù)據(jù)采采集功能能。1.自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計計能自動采采集各類類傳感器器的輸出出信號，，并把模模擬量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為數(shù)數(shù)字量；；數(shù)據(jù)采采集能適適應(yīng)應(yīng)答答式和自自報式兩兩種方式式，能按按設(shè)計的的方式自自動進(jìn)行行定時測測量，能能接收命命令進(jìn)行行選點、、巡回檢檢測和定定時檢測測?，F(xiàn)場的數(shù)數(shù)據(jù)采集集裝置應(yīng)應(yīng)有儲存存器和掉掉電保護(hù)護(hù)模塊，，能暫暫存已經(jīng)經(jīng)采集的的數(shù)據(jù)，，并在掉掉電情況況下不丟丟失數(shù)據(jù)據(jù)。系統(tǒng)統(tǒng)應(yīng)設(shè)有有備用電電源，在在斷電情情況下，，系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)能自動動切換，，并繼續(xù)續(xù)工作一一段時間間，具體體持續(xù)工工作時間間應(yīng)根據(jù)據(jù)工程的的具體要要求確定定，一般般應(yīng)在3天以上。。（2）掉電保保護(hù)功能能。自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)的功能能：1.自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計計即對儀器器自身的的工作性性態(tài)進(jìn)行行檢查，，對發(fā)生生故障的的儀器應(yīng)應(yīng)自動報報警。現(xiàn)場數(shù)據(jù)據(jù)通訊一一般采用用電纜、、光纖和和無線傳傳輸?shù)刃涡问剑瑢τ谶h(yuǎn)程程通訊一一般采用用因特網(wǎng)網(wǎng)和微波波方式。。（3）自檢、、自診斷斷功能。。（4）現(xiàn)場網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)據(jù)通訊和和遠(yuǎn)程通通訊功能能。（5）防雷和和抗干擾擾功能。。為保證系系統(tǒng)的安安全和正正常運行行，防止止遭受雷雷擊和外外界因素素的干擾擾，系統(tǒng)統(tǒng)應(yīng)具備備本功能能。系統(tǒng)統(tǒng)的防雷雷一般應(yīng)應(yīng)進(jìn)行專專門的設(shè)設(shè)計。（6）數(shù)據(jù)管管理功能能。自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)的功能能：1.自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計計對監(jiān)測數(shù)數(shù)據(jù)應(yīng)采采用數(shù)據(jù)據(jù)庫技術(shù)術(shù)進(jìn)行有有效的管管理，并并編制相相應(yīng)的管管理系統(tǒng)統(tǒng)軟件，，對監(jiān)測測數(shù)據(jù)實實行查詢詢、修改改、統(tǒng)計計等操作作，對數(shù)數(shù)據(jù)異常常及故障障能進(jìn)行行顯示和和報警。。另外，，為保證證數(shù)據(jù)的的安全，，系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)具有數(shù)數(shù)據(jù)備份份功能。。（7）數(shù)據(jù)分分析功能能。對監(jiān)測數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行行及時的的分析處處理是自自動化監(jiān)監(jiān)測的一一個重要要特征，，是及時時發(fā)現(xiàn)工工程隱患患的重要要手段。。一般的的數(shù)據(jù)分分析主要要是判斷斷數(shù)據(jù)的的正?；蚧虍惓Ｌ靥卣?，并并根據(jù)其其異常特特性作進(jìn)進(jìn)一步的的分析。。設(shè)計原則則：（1）適應(yīng)性性1.自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計計根據(jù)建筑筑物所處處的環(huán)境境條件、、建筑結(jié)結(jié)構(gòu)和運運行工況況的不同同，在設(shè)設(shè)計監(jiān)測測自動化化系統(tǒng)時時應(yīng)有較較強(qiáng)的針針對性。。對于重重點監(jiān)測測項目和和重要測測點應(yīng)優(yōu)優(yōu)先納入入自動化化監(jiān)測系系統(tǒng)中，，技術(shù)成成熟的項項目優(yōu)先先實現(xiàn)自自動化。。（2）經(jīng)濟(jì)性性系統(tǒng)建設(shè)設(shè)的造價價應(yīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)、合理理，采用用性價比比高的儀儀器設(shè)備備；同時時，應(yīng)盡盡可能考考慮整套套系統(tǒng)采采用同一一廠家的的產(chǎn)品，，以提高高系統(tǒng)的的兼容性性、完整整性，便便于管理理、維護(hù)護(hù)和節(jié)約約經(jīng)費。。設(shè)計原則則：（3）準(zhǔn)確性性1.自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計計系統(tǒng)的測測量數(shù)據(jù)據(jù)應(yīng)準(zhǔn)確確，精度度滿足相相關(guān)規(guī)范范的要求求，在更更換零部部件時不不影響數(shù)數(shù)據(jù)的連連續(xù)性。。（4）可靠性性監(jiān)測設(shè)備備選型應(yīng)應(yīng)優(yōu)先考考慮選用用技術(shù)先先進(jìn)、成成熟、通通過多個個現(xiàn)場環(huán)環(huán)境長期期考核、、質(zhì)量合合格的產(chǎn)產(chǎn)品，設(shè)設(shè)備的故故障率低低，具有有在雷電電、高溫溫、高濕濕等惡劣劣環(huán)境下下正常工工作的長長期可靠靠性，有有良好的的防雷、、防濕、、耐高溫溫等抗干干擾能力力。發(fā)生生故障時時能及時時判斷、、報警，，并迅速速排除。。為保證證數(shù)據(jù)的的連續(xù)可可靠，系系統(tǒng)應(yīng)具具有備用用的人工工觀測手手段。（5）開放性性和通用用性設(shè)計原則則：1.自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計計系統(tǒng)應(yīng)具具有良好好的開放放性和兼兼容性。。開放性性是針對對用戶開開放系統(tǒng)統(tǒng)總線標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)、系系統(tǒng)數(shù)據(jù)據(jù)采集單單元的程程控命令令和數(shù)據(jù)據(jù)格式，，以及接接入的任任何種類類標(biāo)準(zhǔn)信信號傳感感器。系系統(tǒng)應(yīng)易易于操作作，人機(jī)機(jī)界面友友好。（6）統(tǒng)一性性數(shù)據(jù)采集集系統(tǒng)和和信息管管理系統(tǒng)統(tǒng)應(yīng)相互互兼容，，即使采采用不同同的數(shù)據(jù)據(jù)采集子子系統(tǒng)，，也應(yīng)能能實現(xiàn)監(jiān)監(jiān)測信息息的統(tǒng)一一管理。。自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)的布置置形式：：1.自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計計集中式監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)分布式監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)混合式監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)集中式監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)：1.自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計計集中式系系統(tǒng)是將將傳感器器通過集集線箱或或直接連連接到采采集器的的一端進(jìn)進(jìn)行集中中觀測。。采集器集中式監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)：1.自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計計不同類型型的傳感感器要用用不同的的采集器器控制測測量，由由一條總總線連接接，形成成一個獨獨立的子子系統(tǒng)。。系統(tǒng)中中有幾種種傳感器器，就有有幾個子子系統(tǒng)和和幾條總總線。采集器集中式監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)：1.自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計計采集器集中式監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)的高技技術(shù)部件件均集中中在機(jī)房房，工作作環(huán)境好好，便于于管理，，系統(tǒng)重重復(fù)部件件少，相相對投資資也較少少，但系系統(tǒng)傳輸輸?shù)氖悄ＤM量，，易受外外界干擾擾，系統(tǒng)統(tǒng)風(fēng)險集集中，可可靠性不不高，技技術(shù)復(fù)雜雜，電纜纜用量大大，維護(hù)護(hù)不便。。根據(jù)不同同監(jiān)測任任務(wù)需要要而埋設(shè)設(shè)的各類類傳感器器通過一一定的通通信介質(zhì)質(zhì)（一般般為屏蔽蔽電纜））接入布布置其附附近的測測控單元元；由測控單單元按照照采集程程序的控控制將監(jiān)監(jiān)測數(shù)據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)換、、存儲并并通過數(shù)數(shù)據(jù)通信信網(wǎng)絡(luò)發(fā)發(fā)送至遠(yuǎn)遠(yuǎn)方的監(jiān)監(jiān)測計算算機(jī)做深深入分析析和處理理。分布式監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)：1.自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計計分布式數(shù)數(shù)據(jù)采集集系統(tǒng)通通常由監(jiān)監(jiān)測計算算機(jī)、測測控單元元和傳感感器組成成分布式系系統(tǒng)是把把數(shù)據(jù)采采集工作作分散到到靠近較較多傳感感器的采采集站(測控單元元)來完成，，然后將將所測數(shù)數(shù)據(jù)傳送送到主機(jī)機(jī)。這種種系統(tǒng)要要求每個個觀測現(xiàn)現(xiàn)場的測測控單元元應(yīng)是多多功能智智能型儀儀器，能能對各種種類型的的傳感器器進(jìn)行控控制測量量。分布式監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)：1.自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計計分布式監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)傳輸?shù)牡氖菙?shù)字字量，傳傳輸距離離長，精精度高，，風(fēng)險分分散，可可靠性高高，技術(shù)術(shù)簡單，，電纜用用量小，，布置靈靈活，觀觀測速度度快，但但系統(tǒng)重重復(fù)部件件多，投投資相對對較大。。網(wǎng)絡(luò)集成成式結(jié)構(gòu)構(gòu)是對分分布式結(jié)結(jié)構(gòu)在開開放性和和標(biāo)準(zhǔn)化化的方向向上做出出本質(zhì)改改變的系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)，突破破了分布布式結(jié)構(gòu)構(gòu)中因?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)絡(luò)的封閉閉造成的的缺陷，，改變了了分布式式結(jié)構(gòu)系系統(tǒng)中模模擬、數(shù)數(shù)字信號號混合分布式監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)：1.自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計計雅安滑坡坡監(jiān)測示示范工程程2.自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)示例第一古滑體第二古滑體GPS點蠕變體雅安峽口口滑坡位位于四川川雅安北北隴西鄉(xiāng)鄉(xiāng)境內(nèi)，，隴西河河中游峽峽谷東岸岸?；w體物質(zhì)為為古崩塌塌堆積物物。該地地區(qū)是古古滑坡區(qū)區(qū)，復(fù)活活體長500m，寬300m，呈東西西方向，，偏南約約25.5°。雅安滑坡坡監(jiān)測示示范工程程2.自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)示例滑坡體監(jiān)監(jiān)測包括括整體變變形監(jiān)測測、內(nèi)應(yīng)應(yīng)力應(yīng)變變監(jiān)測、、外部環(huán)環(huán)境監(jiān)測測如降雨雨量、地地下水位位監(jiān)測等等。整體變形形采用GPS定期復(fù)測測的方式式進(jìn)行。。基準(zhǔn)點2個，位于于滑坡體體東、北北兩側(cè)的的基巖上上?；麦w上上供布設(shè)設(shè)了監(jiān)測測點15個，均采采用強(qiáng)制制對中裝裝置。沿滑坡剖剖面布設(shè)設(shè)測斜儀儀、裂縫縫計5組，雨量量計、地地下水位位計3組。2.自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)示例滑坡遠(yuǎn)程程監(jiān)測系系統(tǒng)分為為“野外外信息采采集及發(fā)發(fā)送系統(tǒng)統(tǒng)”，““北斗衛(wèi)衛(wèi)星導(dǎo)航航定位系系統(tǒng)”和和“地質(zhì)質(zhì)災(zāi)害監(jiān)監(jiān)測管理理中心””三大組組成部分分。數(shù)據(jù)采集集系統(tǒng)監(jiān)測中心心北斗通信信系統(tǒng)實時監(jiān)測測系統(tǒng)構(gòu)構(gòu)成“北斗衛(wèi)衛(wèi)星導(dǎo)航航定位系系統(tǒng)”在在監(jiān)測測系統(tǒng)中中承擔(dān)傳傳輸數(shù)據(jù)據(jù)的任務(wù)務(wù)滑坡遠(yuǎn)程程監(jiān)測系系統(tǒng)的工工作流程程是，由由野外信信息采集集系統(tǒng)采采集特征征地質(zhì)數(shù)數(shù)據(jù)，由由發(fā)送系系統(tǒng)發(fā)送送至北斗斗衛(wèi)星，，應(yīng)用北北斗衛(wèi)星星導(dǎo)航系系統(tǒng)的通通信功能能將數(shù)據(jù)據(jù)發(fā)送至至地質(zhì)災(zāi)災(zāi)害監(jiān)測測管理中中心，由由監(jiān)測中中心的監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)控制軟軟件對數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行行初步形形式處理理并存入入數(shù)據(jù)庫庫，并通通過北斗斗系統(tǒng)向向野外系系統(tǒng)發(fā)送送反饋信信息及控控制指令令。電池組電池組UPS采集儀電電源傳感器數(shù)數(shù)字采集集儀工控機(jī)電源衛(wèi)星通訊訊機(jī)顯示器雨量計數(shù)數(shù)字采集集儀位移傳感感器水位、水水溫傳感感器雨量計衛(wèi)星天線線AC：220V電源2.自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)示例監(jiān)控站設(shè)設(shè)備清單單：（1）、“北北斗一號號”衛(wèi)星星通訊機(jī)機(jī)（2）、工控控機(jī)（3）、UPS（4）、數(shù)字字采集儀儀（5）、傳感感器供電電電源（6）、設(shè)備備機(jī)箱架架（7）、雨量量計數(shù)字字采集箱箱（8）、傳感感器品種種：雨量計、、水位、、水溫計計、位移移計（9）、天線線支架（10）、避雷雷裝置2.自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)示例2.自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)示例直流電源衛(wèi)通接收機(jī)微機(jī)顯示器鍵盤AC220V電源接線板鼠標(biāo)接收機(jī)天線數(shù)據(jù)線接COM1概述欲使變形形觀測起起到監(jiān)視視建筑物物安全運運營和充充分發(fā)揮揮工程效效益的作作用，除除了進(jìn)行行現(xiàn)場觀觀測取得得第一手手資料外外，還必必須對監(jiān)監(jiān)測資料料進(jìn)行整整理分析析，包括括：資料料整編和和資料分分析。3.監(jiān)測資料料的整編編對觀測資資料進(jìn)行行匯集、、審核、、整理、、編排，，使之集集中、系系統(tǒng)化、、規(guī)格化化和圖表表化，并并刊印成成冊稱為為觀測資資料的整整編。其其目的是是便于應(yīng)應(yīng)用分析析，向需需用單位位提供資資料和歸歸檔保存存。一般規(guī)定定（《土石壩安安全監(jiān)測測資料整整編規(guī)范范》）監(jiān)測資料料整編包包括平時時資料整整理與定定期資料料編印。。3.監(jiān)測資料料的整編編平時資料料整理工工作的主主要內(nèi)容容：（1）適時檢檢查各觀觀測項目目原始觀觀測數(shù)據(jù)據(jù)和巡視視檢查記記錄的正正確性、、準(zhǔn)確性性和完整整性。如如有漏測測、誤讀讀(記)或異常，，應(yīng)及時時補(bǔ)(復(fù))測、確認(rèn)認(rèn)或更正正。（2）及時進(jìn)進(jìn)行各觀觀測物理理量的計計(換)算，填寫寫數(shù)據(jù)記記錄表格格。一般規(guī)定定（《土石壩安安全監(jiān)測測資料整整編規(guī)范范》）監(jiān)測資料料整編包包括平時時資料整整理與定定期資料料編印。。3.監(jiān)測資料料的整編編平時資料料整理工工作的主主要內(nèi)容容：（3）隨時點點繪觀測測物理量量過程線線圖，考考察和判判斷測值值的變化化趨勢。。如有異異常，應(yīng)應(yīng)及時分分析原因因，并備備忘文字字說明。。原因不不詳或影影響工程程安全時時，應(yīng)及及時上報報主管部部門。（4）隨時整整理巡視視檢查記記錄(含攝像資資料)，補(bǔ)充或或修正有有關(guān)監(jiān)測測系統(tǒng)及及觀測設(shè)設(shè)施的變變動或檢檢驗、校校(引)測情況，，以及各各種考證證圖、表表等，確確保資料料的銜接接與連續(xù)續(xù)性。定期資料料編印工工作的主主要內(nèi)容容：（1）匯集工工程的基基本概況況、監(jiān)測測系統(tǒng)布布置和各各項考證證資料，，以及各各次巡檢檢資料和和有關(guān)報報告、文文件等。。3.監(jiān)測資料料的整編編水平位移移觀測工工作基點點考證表表編號型式規(guī)格埋設(shè)日期埋設(shè)位置基礎(chǔ)情況測定日期高程（m）備注年月日X(m)Y(m)年月日定期資料料編印工工作的主主要內(nèi)容容：（2）在平時時資料整整理基礎(chǔ)礎(chǔ)上，對對整編時時段內(nèi)的的各項觀觀測物理理量按時時序進(jìn)行行列表統(tǒng)統(tǒng)計和校校對。此此時如發(fā)發(fā)現(xiàn)可疑疑數(shù)據(jù)，，一般不不宜刪改改，應(yīng)加加注說明明，提醒醒讀者注注意。3.監(jiān)測資料料的整編編水平位移移量統(tǒng)計計表觀測日期歷時測點編號及其累積水平位移量月日天P1P2…Pn…本年總量本年內(nèi)特征值統(tǒng)計最大值測點號日期最小值測點號日期水平位移量較差備注水平位移正負(fù)號規(guī)定：向下游、向左岸為正；反之為負(fù)。本年總量為代數(shù)和。定期資料料編印工工作的主主要內(nèi)容容：（3）繪制能能表示各各觀測物物理量在在時間和和空間上上的分布布特征圖圖，以及及有關(guān)因因素的相相關(guān)關(guān)系系圖。3.監(jiān)測資料料的整編編水平位移測值過程線定期資料料編印工工作的主主要內(nèi)容容：（4）分析各各觀測物物理量的的變化規(guī)規(guī)律及其其對工程程安全的的影響，，并對影影響工程程安全的的問題提提出運行行和處理理意見。。（5）對上述述資料進(jìn)進(jìn)行全面面復(fù)核、、匯編，，并附以以整編說說明后，，刊印成成冊，建建檔保存存。3.監(jiān)測資料料的整編編主要工作作監(jiān)測物理理量的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換監(jiān)測數(shù)據(jù)據(jù)的粗差差檢驗系統(tǒng)誤差差的檢驗驗4.監(jiān)測數(shù)據(jù)據(jù)的預(yù)處處理監(jiān)測資料料分析工工作必須須以準(zhǔn)確確可靠的的監(jiān)測資資料為基基礎(chǔ)，在在計算分分析之前前，必須須對實測測資料進(jìn)進(jìn)行預(yù)處處理。3σ準(zhǔn)則對于觀測測數(shù)據(jù)序序列描述該序序列數(shù)據(jù)據(jù)的變化化特征為為若時，則認(rèn)認(rèn)為是奇異值值，應(yīng)予予以舍棄棄。4.監(jiān)測數(shù)據(jù)據(jù)的預(yù)處處理粗差檢驗驗——統(tǒng)計檢驗驗法假設(shè)以前前的測值值子樣為為：本次測值值為：則可求得得樣本的的均值和和方差為為：當(dāng)時，則認(rèn)認(rèn)為測值值無粗差差，否則則，認(rèn)為為測值異異常。4.監(jiān)測數(shù)據(jù)據(jù)的預(yù)處處理粗差檢驗驗——根據(jù)彈性性力學(xué)理理論，當(dāng)當(dāng)相同材材料的建建筑物在在相同的的荷載作作用下，，如果其其結(jié)構(gòu)條條件、材材料性質(zhì)質(zhì)、地基基性質(zhì)不不變，則則其變形形量應(yīng)相相同。根根據(jù)以上上事實，，可取歷歷年同一一季節(jié)、、相同荷荷載的觀觀測值作作為同一一母體的的子樣。。