基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的大壩變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的大壩變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案建議書(shū)目錄TOC\o"1-4"\h\z\u內(nèi)容簡(jiǎn)介 0AbStract 0一、系統(tǒng)概述 1二、系統(tǒng)特點(diǎn) 3三、系統(tǒng)主要技術(shù) 4北斗定位技術(shù) 43.2RTK技術(shù) 5系統(tǒng)主要功能 6四、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 7系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 7系統(tǒng)工作原理 10傳感器的布置 11基站與測(cè)站的布置 11數(shù)據(jù)采集及傳輸子系統(tǒng) 12數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)子系統(tǒng) 14安全預(yù)警子系統(tǒng) 17系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 17接收機(jī)選型與接口分析 17監(jiān)控中心服務(wù)器 18監(jiān)控中心工作站 18系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 18基站與測(cè)站軟件設(shè)計(jì) 18監(jiān)控中心軟件設(shè)計(jì) 18插圖目錄TOC\h\z\c"圖表"圖1大壩變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)接圖 8圖2大壩實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流程示意圖 9圖3差分信號(hào)的傳遞路徑 13圖4控制命令的具體流程 14圖5RTK數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)流 14圖6服務(wù)器軟件功能 19圖7客戶端軟件功能 20內(nèi)容簡(jiǎn)介全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展完善，為水利大壩的變形監(jiān)測(cè)提供了新的技術(shù)手段和方法。長(zhǎng)期以來(lái)用測(cè)角、測(cè)距、測(cè)水準(zhǔn)為主體的常規(guī)測(cè)量方法，正在被一次性確定三維坐標(biāo)的、高速度的、高效率的、高精度的衛(wèi)星定位儀器所代替。本文運(yùn)用“北斗二號(hào)”衛(wèi)星定位技術(shù)，結(jié)合RTK、靜態(tài)相對(duì)定位等技術(shù)，對(duì)大壩變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。主題詞：北斗二號(hào);大壩;RTK;靜態(tài)相對(duì)定位AbStractTheemergenceofglobalsatellitenavigationsystemandcontinuouslydevelopedforthecivilengineeringtechnologyprovidesanewmeansandmethodstomakemappingarevolutionarychangeinlocationtechnology.Foralongtimewiththeangle,distance,measurementstandardsasthemainmeasurementmethod,isdeterminedbyaone-timethree-dimensionalcoordinates,speed,highefficiency,high-precisionsatellitepositioningequipmentreplaced.Inthispaper,"CompassII"satellitepositioningtechnology,combinedwithRTK,staticrelativepositioningtechniques,real-timemonitoringsystemofbridgeandhighwaylandslidemonitoringsystemdesignedindetail.Keywords:CompassII;Civilengineering;Staticrelativepositioning;RTKpositioning系統(tǒng)概述大壩監(jiān)測(cè)的意義我國(guó)目前已建成的水庫(kù)大壩約86000座，壩高在15米以上的約有19000座。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，在已建的這些水庫(kù)大壩中，被列為病險(xiǎn)的大中型水庫(kù)有620余座，被列為病險(xiǎn)的小型水庫(kù)有33600余座。對(duì)部分大壩存在的缺陷或隱患，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，將直接影響大壩的安全，甚至演變?yōu)闈蔚臑?zāi)難性事故。據(jù)報(bào)道，我國(guó)在50年代末60年代初曾發(fā)生過(guò)潰壩?；麓蟛糠址植荚诤恿鞯膬砂?，其數(shù)量之多難以統(tǒng)計(jì)。僅三峽庫(kù)區(qū)就有滑坡2490處，自1980年以來(lái)，有30多處發(fā)生崩塌、滑坡，造成重大損失。由此可見(jiàn),對(duì)大壩、滑坡的安全監(jiān)測(cè)非常重要。傳統(tǒng)的形變監(jiān)測(cè)是在監(jiān)測(cè)區(qū)建立控制網(wǎng)，使用精密測(cè)距儀和經(jīng)緯儀為主要手段，選擇網(wǎng)中高等級(jí)點(diǎn)建立統(tǒng)一基準(zhǔn)，將這些監(jiān)控網(wǎng)點(diǎn)用可靠的方法高精度地與各部位的獨(dú)立基準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)，將獨(dú)立基準(zhǔn)點(diǎn)各部位倒垂、正垂、引張線等監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，形成整體的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)網(wǎng)的精度和可靠性要求高，觀測(cè)周期多，所需費(fèi)用高，而且需要大量的人力物力。北斗精密定位技術(shù)已在大地測(cè)量、地殼形變監(jiān)測(cè)、精密工程測(cè)量等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和普及。與觀測(cè)邊角相對(duì)幾何關(guān)系的傳統(tǒng)測(cè)量方法相比，北斗監(jiān)測(cè)具有很大的優(yōu)點(diǎn)。與普通的工程測(cè)量不同，滑坡及大壩形變監(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(wú)法完成測(cè)量作業(yè)，北斗技術(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，而且可以將北斗信號(hào)傳輸?shù)娇刂浦行模瑢?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)化傳輸、管理和分析處理，它可以實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化，大大減輕外業(yè)強(qiáng)度，同時(shí)又能夠迅速得到高效可靠的三維點(diǎn)位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。大壩監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀和需求隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，大壩工程的建設(shè)規(guī)模和速度都在快速增長(zhǎng)，隨之而來(lái)的各種工程事故也層出不窮，大壩監(jiān)測(cè)工作顯得愈加重要。傳統(tǒng)的大壩監(jiān)測(cè)工作是采用人工監(jiān)測(cè)手段定期或不定期(比如大壩結(jié)構(gòu)受到意外損傷、載荷突變、處于特殊氣象環(huán)境等情況下)分別對(duì)大壩的關(guān)鍵部位單獨(dú)監(jiān)測(cè)，并將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析處理。然而，面對(duì)日益增長(zhǎng)的交通壓力，原來(lái)的人工監(jiān)測(cè)手段已無(wú)法滿足大壩養(yǎng)護(hù)的要求，難以有效防范突發(fā)事件的發(fā)生，主要表現(xiàn)在：定時(shí)監(jiān)測(cè)，間隔時(shí)間長(zhǎng)，缺乏連續(xù)監(jiān)測(cè)資料，而且監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，不能隨時(shí)反映出大壩在極端受力狀態(tài)和惡劣環(huán)境下的運(yùn)營(yíng)狀況，起不到預(yù)防與報(bào)道的作用；高程測(cè)量由人工完成，受讀數(shù)誤差、視角、天氣、溫度等因素的影響，測(cè)量精度不高；每次監(jiān)測(cè)都需要做好充分的準(zhǔn)備，從安排加載車輛，調(diào)試儀器，搭設(shè)腳手架，安裝和拆除傳感器，到組織人員封閉交通，每個(gè)環(huán)節(jié)都不能疏漏，需耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間。由于人工監(jiān)測(cè)的方法難以對(duì)大橋進(jìn)行實(shí)時(shí)精確測(cè)量，我們必須尋求更先進(jìn)的方法。系統(tǒng)特點(diǎn)北斗定位技術(shù)是全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于大壩監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)，其可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、高動(dòng)態(tài)、高精度位移測(cè)量，為大壩實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)提供了必要條件。北斗定位技術(shù)測(cè)量采樣率達(dá)10Hz，其最高精度平面內(nèi)誤差低于±1cm，高程誤差低于±2cm，而大壩主要振動(dòng)頻率都在0.5Hz以下，振幅在車輛隨機(jī)激勵(lì)下在10cm左右，在臺(tái)風(fēng)作用下達(dá)米級(jí)，因此北斗定位技術(shù)完全可以滿足大壩實(shí)時(shí)監(jiān)控的需要。與傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)相比，采用北斗定位技術(shù)的大壩變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：由于是接收衛(wèi)星信號(hào)定位，所以橋上各點(diǎn)只要能接收到4顆以上衛(wèi)星及基準(zhǔn)站傳來(lái)的差分信號(hào)，即可進(jìn)行高精度定位。各監(jiān)測(cè)站之間勿需通視，是相互獨(dú)立的觀測(cè)值，而且可以實(shí)現(xiàn)不同測(cè)點(diǎn)間的同步觀測(cè)。觀測(cè)工作可以在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，受外界大氣影響小，目前的BD2衛(wèi)星定位儀都具有防水裝置，可以在暴風(fēng)雨中進(jìn)行監(jiān)測(cè)。測(cè)定位移自動(dòng)化程度高。從接收信號(hào)，捕捉衛(wèi)星，到完成差分計(jì)算都可由儀器自動(dòng)完成。所測(cè)三維坐標(biāo)可直接存入監(jiān)控中心服務(wù)器進(jìn)行大壩安全性分析。定位速度快、精度高。在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí)，可以精確測(cè)定觀測(cè)站的大地高程，提供三維坐標(biāo)。系統(tǒng)主要技術(shù)在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，主要使用北斗定位技術(shù)和RTK技術(shù)。北斗定位技術(shù)“北斗二號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱BD2）是我國(guó)自主研發(fā)的為用戶提供快速定位、簡(jiǎn)短報(bào)文通信和授時(shí)服務(wù)的一種新型、全天候、全球性衛(wèi)星定位系統(tǒng)?！氨倍范?hào)”采用與GPS相同的定位原理，即知道未知點(diǎn)到已知點(diǎn)的距離，未知點(diǎn)必然位于己知點(diǎn)為球心的，距離為半徑的球上，測(cè)出未知點(diǎn)和三個(gè)己知點(diǎn)之間的距離，則未知點(diǎn)在三個(gè)球圓周的相交處，從而準(zhǔn)確的測(cè)出未知點(diǎn)的位置。使用北斗定位技術(shù)的大壩變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與使用其他衛(wèi)星定位技術(shù)（如GPS、GLONASS等）的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)勢(shì)：自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、國(guó)內(nèi)政策主導(dǎo)“北斗二號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自主開(kāi)發(fā)，不受外國(guó)控制的新一代導(dǎo)航系統(tǒng)。我國(guó)擁有該系統(tǒng)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，受我國(guó)政策的主導(dǎo)。因此，相比于國(guó)外GPS等系統(tǒng)，該系統(tǒng)將保證國(guó)內(nèi)用戶的利益不受國(guó)外政策和形勢(shì)的變化而影響。定位精度高“北斗二號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的定位性能與GPS相當(dāng)。系統(tǒng)采用差分技術(shù)（如RTK）后，其定位精度最高可達(dá)厘米級(jí)，完全滿足大壩監(jiān)測(cè)的精度要求。發(fā)展前景廣闊當(dāng)前，我國(guó)已將衛(wèi)星導(dǎo)航定位應(yīng)用產(chǎn)業(yè)及通信系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目列入國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品項(xiàng)目和國(guó)家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范工程，明確列入國(guó)家“十一五”規(guī)劃，作為衛(wèi)星導(dǎo)航定位應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵核心技術(shù)之一。隨著北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的建設(shè)和不斷完善，我們有理由相信未來(lái)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在大壩監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用必將有更廣闊的前景。RTK技術(shù)RTK技術(shù)（RealTimeKinematics）即載波相位差分技術(shù)，是建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)站的載波相位基礎(chǔ)上的。它能實(shí)時(shí)提供觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并達(dá)到厘米級(jí)的高精度。與偽距差分原理相同，由基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)將其載波觀測(cè)量及站坐標(biāo)信息一同傳送給用戶站。用戶站接收衛(wèi)星的載波相位與來(lái)自基準(zhǔn)站的載波相位，并組成相位差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，能實(shí)時(shí)給出厘米級(jí)的定位結(jié)果。RTK定位精度高，可以全天候作業(yè)，每個(gè)點(diǎn)的誤差均為不累積的隨機(jī)偶然誤差。且外業(yè)操作簡(jiǎn)單，只需一個(gè)人，屬于真正的一人操作系統(tǒng)。其平面精度可以達(dá)到1cm+1ppm，高程精度可以達(dá)到2cm+1ppm，完全可以滿足大壩監(jiān)測(cè)的精度要求。系統(tǒng)主要功能大壩變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要是利用北斗定位技術(shù)和RTK技術(shù)進(jìn)行大壩結(jié)構(gòu)整體性能的監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)主要功能包括大壩結(jié)構(gòu)位移變形的監(jiān)測(cè)和大壩動(dòng)力特性及振動(dòng)水平的監(jiān)測(cè)。大壩結(jié)構(gòu)位移變形監(jiān)測(cè)大壩結(jié)構(gòu)位移變形監(jiān)測(cè)又可分為大壩基礎(chǔ)沉降變形監(jiān)測(cè)、加勁梁撓度和橋塔位移變形監(jiān)測(cè)兩方面。大壩基礎(chǔ)沉降變形監(jiān)測(cè)大壩結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的穩(wěn)定，是確保大壩安全運(yùn)營(yíng)的前提，大壩基礎(chǔ)的沉降會(huì)給大壩結(jié)構(gòu)造成多方面不利影響。過(guò)大沉降，特別是基礎(chǔ)不均勻沉降會(huì)引起大壩結(jié)構(gòu)前半身過(guò)大的附加內(nèi)力、大壩線形的惡化以及大壩附屬設(shè)施(支座、伸縮縫、欄桿等)的損壞。加勁梁撓度和橋塔位移變形監(jiān)測(cè)大壩作用下的加勁梁的軸線和橋塔位置是大壩整體安全狀態(tài)的重要標(biāo)志?；钶d作用下，加勁梁的撓度是評(píng)價(jià)大壩使用功能和安全性的重要指標(biāo)之一，是大壩整體剛度的重要標(biāo)志。通過(guò)對(duì)大壩基礎(chǔ)沉降變形監(jiān)測(cè)和加勁梁撓度以及橋上運(yùn)行荷載的監(jiān)測(cè)，可以從整體上把握大壩安全和安全狀態(tài)。大壩動(dòng)力特性及振動(dòng)水平的監(jiān)測(cè)大壩動(dòng)力特性參數(shù)(頻率、振型、阻尼等)和振動(dòng)水平(振動(dòng)強(qiáng)度和幅值)也是大壩整體安全的重要標(biāo)志。大壩質(zhì)量的退化會(huì)引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的改變，例如大壩結(jié)構(gòu)剛度的降低會(huì)引起大壩自振頻率的降低，大壩局部振型的改變可能暗示著結(jié)構(gòu)局部損壞。因此，對(duì)大壩動(dòng)力特性及振動(dòng)水平的監(jiān)測(cè)能夠起到整體上對(duì)大壩結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)的目的。系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)大壩變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由基準(zhǔn)站、監(jiān)測(cè)站和監(jiān)控中心三部分組成，各部分之間使用光纖通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。其中監(jiān)控中心由工作站、中心服務(wù)器和集線器等組成，為星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)。中心服務(wù)器具備文件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和WEB服務(wù)器多種功能，在局域網(wǎng)內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化和信息共享。大壩變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)接圖如下。按具體功能的不同，大壩變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)又可分為數(shù)據(jù)采集及傳輸、數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)和安全預(yù)警三個(gè)子系統(tǒng)。后文將分別予以設(shè)計(jì)。圖SEQ圖表\*ARABIC1大壩變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)接圖圖SEQ圖表\*ARABIC2大壩實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流程示意圖系統(tǒng)各部分功能如下:基準(zhǔn)站:在基準(zhǔn)站設(shè)有高精度接收機(jī)，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)。基準(zhǔn)站負(fù)責(zé)將RTCM數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到監(jiān)測(cè)站。監(jiān)測(cè)站:每個(gè)監(jiān)測(cè)站都設(shè)有一臺(tái)高精度接收機(jī)。監(jiān)控站輸出RTK差分結(jié)果和原始數(shù)據(jù)。工控機(jī):主要負(fù)責(zé)接收監(jiān)測(cè)站的原始數(shù)據(jù)和RTK差分結(jié)果，同時(shí)可向監(jiān)測(cè)站發(fā)送控制命令，通過(guò)切換開(kāi)關(guān)控制共享、分配器的工作。遠(yuǎn)程控制器:遠(yuǎn)程啟動(dòng)和復(fù)位監(jiān)測(cè)站，改變接收機(jī)的采樣頻率。共享分配器:把差分信號(hào)由一路分成多路，每路差分信號(hào)和對(duì)應(yīng)的控制命令通過(guò)切換開(kāi)關(guān)共享一路。中心服務(wù)器:運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)，處理工控機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)供工作站顯示和分析。工作站:顯示終端，實(shí)時(shí)顯示大壩監(jiān)測(cè)結(jié)果，進(jìn)行安全分析。附加傳感器:如風(fēng)速計(jì)、溫度計(jì)、車輛稱重儀等。及時(shí)了解大壩產(chǎn)生較大變形的原因。系統(tǒng)工作原理對(duì)大型大壩進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，主要是通過(guò)測(cè)定大壩主要特征點(diǎn)(如橋塔，大壩跨中等)在溫度、風(fēng)力、載荷和地震等外界因素影響下的位移變化特征，進(jìn)而對(duì)大壩的安全狀況進(jìn)行評(píng)估和預(yù)警。本系統(tǒng)根據(jù)大橋的結(jié)構(gòu)和受力特點(diǎn)，布設(shè)許多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，采用光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸手段，能對(duì)大壩上的多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)同步位移測(cè)量。測(cè)量點(diǎn)的實(shí)時(shí)坐標(biāo)通過(guò)RTK方式得到，其定位原理如下：在基準(zhǔn)站安置一臺(tái)高精度接收機(jī)，對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)的衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，并通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)將觀測(cè)數(shù)據(jù)和站坐標(biāo)信息廣播給測(cè)站；測(cè)站一方面通過(guò)接收機(jī)接收衛(wèi)星定位信號(hào)，同時(shí)通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)通信鏈路接收基準(zhǔn)站傳送的觀測(cè)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位原理，實(shí)時(shí)地處理數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)地以厘米級(jí)的精度給出測(cè)站的三維坐標(biāo)。具體來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)工作過(guò)程可分為以下幾個(gè)步驟：基準(zhǔn)站上的接收機(jī)跟蹤其視場(chǎng)內(nèi)的所有衛(wèi)星，監(jiān)測(cè)站的接收機(jī)同時(shí)接收相同衛(wèi)星的信號(hào);通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)，以一定的采樣率(如10Hz)實(shí)時(shí)地將基準(zhǔn)站接收機(jī)獲得RTCM數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)站;在監(jiān)測(cè)站,接收來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)和來(lái)自基準(zhǔn)站的信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)差分處理，可得到監(jiān)測(cè)站的三維坐標(biāo)，并以一定的采樣率發(fā)送到監(jiān)控中心;監(jiān)控中心接收各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，并通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件作進(jìn)一步的處理與分析，可以得到結(jié)構(gòu)在特定方向上的位移、旋轉(zhuǎn)角等參數(shù)。所有這些位移信息被保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便對(duì)大壩進(jìn)行進(jìn)一步的安全評(píng)估提供依據(jù)。傳感器的布置為了及時(shí)了解大壩產(chǎn)生較大變形的原因，要進(jìn)行大壩工作環(huán)境監(jiān)測(cè)，一般包括風(fēng)速風(fēng)向、環(huán)境溫度與結(jié)構(gòu)溫度分布、車輛荷載等等。通過(guò)在大壩的適當(dāng)位置設(shè)置附加傳感器，能達(dá)到對(duì)大壩工作環(huán)境監(jiān)測(cè)的目的。基站與測(cè)站的布置基站與測(cè)站的布置要求如下：基站要布置在相對(duì)穩(wěn)定的橋外固定點(diǎn)上，上空應(yīng)盡可能開(kāi)闊，200m的范圍內(nèi)不能有強(qiáng)電磁波干擾源,基站和測(cè)站之間的距離一般不超過(guò)15km。加勁梁的主跨跨中一般來(lái)說(shuō)是大壩變形最大的部位，因此要在該部位設(shè)置測(cè)站。為了能夠即時(shí)根據(jù)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)得出加勁梁的線型，同時(shí)測(cè)量加勁梁在變形時(shí)的撓度及振動(dòng)特性,因此要在1/4跨的位置設(shè)置測(cè)站?？紤]到橋塔為高聳結(jié)構(gòu)，橋塔頂部在較大風(fēng)速下變形較大，因此要在該部位設(shè)置測(cè)站。大橋的鋼索索力狀態(tài)是衡量大橋是否處于正常運(yùn)作狀態(tài)的一個(gè)重要標(biāo)志，因此如果資源充足，應(yīng)該在主纜上設(shè)置測(cè)站。若邊跨跨度較大，應(yīng)在邊跨跨中設(shè)置測(cè)站，這樣能夠更加準(zhǔn)確地得出大壩線型和評(píng)估大壩的安全狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集及傳輸子系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)采集部分是基礎(chǔ)，是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的來(lái)源。大壩變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能否對(duì)大壩結(jié)構(gòu)的安全狀況做出正確評(píng)估和預(yù)警取決于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能否采集到準(zhǔn)確、可靠、有代表性、能如實(shí)反映結(jié)構(gòu)狀態(tài)的各種特征信息。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集端選用高精度定位接收機(jī)，采用RTK技術(shù)后，能實(shí)時(shí)地以厘米級(jí)的精度給出測(cè)站的三維坐標(biāo)，經(jīng)監(jiān)控中心處理后，能對(duì)大壩結(jié)構(gòu)的安全狀況做出正確評(píng)估和預(yù)警。大壩變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性高、采樣數(shù)據(jù)量較大的特點(diǎn)，故大壩變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性都有較高要求。由于光纖不受電磁波干擾，在惡劣作業(yè)環(huán)境下，如雷暴、高壓電流的電磁場(chǎng)影響、強(qiáng)風(fēng)等，光纖通訊網(wǎng)絡(luò)仍能維持高水平的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)素和速度。先進(jìn)的光纖收發(fā)儀器更能偵測(cè)光纖網(wǎng)絡(luò)信息的中斷并發(fā)出警號(hào)，讓維修人員實(shí)時(shí)知道通訊網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問(wèn)題的位置，確保系統(tǒng)工作效率。因此系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸采用高效率和高穩(wěn)定性的光纖網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)信號(hào)流程如下：差分信號(hào)的傳送由于大橋?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的精度要求較高，水平X、Y的誤差為1cm，高程誤差為2cm，所以采用的RTK差分方式。差分信號(hào)傳遞的實(shí)時(shí)性比較強(qiáng)，為減少信號(hào)延遲，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)差分信號(hào)回路應(yīng)減少控制。差分信號(hào)的傳遞路徑如圖。圖SEQ圖表\*ARABIC3差分信號(hào)的傳遞路徑控制命令的傳遞根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際情況，接收機(jī)應(yīng)能單獨(dú)輸出0-20Hz采樣頻率的RTCM數(shù)據(jù)，也能同時(shí)輸出RTK結(jié)果和原始數(shù)據(jù)，這需要系統(tǒng)能根據(jù)實(shí)際需要遠(yuǎn)距離設(shè)置橋上接收機(jī)的參數(shù)。系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是先由工作站的設(shè)置程序通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信去控制工控機(jī)上的數(shù)據(jù)采集程序，再由采集程序根據(jù)工作站的命令控制切換開(kāi)關(guān)，向各個(gè)接收機(jī)發(fā)送指令?？刂泼畹木唧w流程見(jiàn)下圖:圖SEQ圖表\*ARABIC4控制命令的具體流程RTK差分結(jié)果和原始數(shù)據(jù)傳遞RTK數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)的采集是系統(tǒng)工作的核心，數(shù)據(jù)量在通信回路上也是最大的。系統(tǒng)能處理兩種數(shù)據(jù)任意頻率的組合，通過(guò)工控機(jī)的處理，RTK結(jié)果以數(shù)據(jù)庫(kù)方式存入服務(wù)器，原始數(shù)據(jù)以文件形式寫入，具體流程如下圖:圖SEQ圖表\*ARABIC5RTK數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)子系統(tǒng)接收基站和測(cè)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和進(jìn)一步處理，供安全預(yù)警子系統(tǒng)使用。數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)子系統(tǒng)主要包括CGS2000坐標(biāo)到大壩局部坐標(biāo)系變換、風(fēng)載、溫度、車輛荷載對(duì)大橋位移的影響分析、頻譜分析、數(shù)據(jù)壓縮及存儲(chǔ)等功能。預(yù)處理大壩變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中或多或少會(huì)存在一些奇異值，尤其是衛(wèi)星信號(hào)存在噪聲，所以要進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的平滑處理，將奇異值進(jìn)行剔除。該系統(tǒng)是無(wú)人值守24小時(shí)連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在傳輸過(guò)程中也難免會(huì)出現(xiàn)一些數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，這時(shí)子系統(tǒng)能根據(jù)丟失點(diǎn)的前后數(shù)據(jù)通過(guò)插補(bǔ)得到該丟失點(diǎn)的數(shù)據(jù)，以保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)序列的連續(xù)性。坐標(biāo)變換由于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)是CGS2000坐標(biāo)，為了便于分析大壩的變形，通常應(yīng)將所得到的CGS2000坐標(biāo)按高斯投影變成平面坐標(biāo)，然后變換成大壩局部坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。在測(cè)站，接收來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)和來(lái)自基準(zhǔn)站的信息，采用接收機(jī)集成的軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)差分處理，可得到監(jiān)測(cè)站的三維坐標(biāo)，并以一定的采樣率發(fā)送到監(jiān)控中心。監(jiān)控中心接收各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，并通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件作進(jìn)一步的處理與分析，可以得到結(jié)構(gòu)在特定方向上的位移、旋轉(zhuǎn)角等參數(shù)。風(fēng)載、溫度、車輛荷載對(duì)大壩位移的影響分析系統(tǒng)通過(guò)附加傳感器可實(shí)時(shí)記錄大壩所在位置的風(fēng)速、風(fēng)向，根據(jù)所得測(cè)點(diǎn)的對(duì)橋身、塔頂、主纜的三軸向位移資料，可對(duì)大橋進(jìn)行風(fēng)力將就監(jiān)測(cè)及結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)驗(yàn)算復(fù)核。 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)大橋整體結(jié)構(gòu)的位移變化，可引證因環(huán)境溫度而引發(fā)的日夜和季節(jié)性的位移變化周期。 對(duì)一般大跨度大壩而言，交通擠塞是交通(車輛)荷載的主要設(shè)計(jì)考慮因素。測(cè)量和論證交通荷載設(shè)計(jì)假設(shè)和參數(shù)的有效性是大跨橋交通荷載監(jiān)測(cè)的主要項(xiàng)目。從監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得出的橋身、塔頂、主纜的三軸向位移資料，可與交通荷載分布狀況的監(jiān)測(cè)資料互相驗(yàn)證，協(xié)助進(jìn)一步制定大壩結(jié)構(gòu)的各級(jí)應(yīng)力階段，并用作大橋主要構(gòu)件的疲勞估算。系統(tǒng)能繪出位移時(shí)程曲線圖，對(duì)照相應(yīng)時(shí)間內(nèi)的風(fēng)速、環(huán)境溫度、車輛荷載等，便可很直觀地顯示出大壩位移隨風(fēng)速、溫度和車輛荷載變化而變化的趨勢(shì)，定量地分析出在某一溫度、某一風(fēng)速、某種荷載時(shí)大壩前產(chǎn)生的最大位移，最后由這些成果來(lái)分析風(fēng)速、溫度和車輛荷載對(duì)大壩位移的影響程度。頻譜分析通過(guò)分析監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移時(shí)程曲線，可以得到大壩的震動(dòng)頻率和振幅。利用快速傅立葉變換的方法，通過(guò)頻譜分析可以得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)功率譜曲線，與設(shè)計(jì)的理論值或不同時(shí)段的功率譜曲線進(jìn)行比較，以診斷大壩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)壓縮及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)壓縮及存儲(chǔ)是子系統(tǒng)重要功能之一，大壩變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，因而從監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是海量的，以至很難采用傳統(tǒng)的文件形式管理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，必須采取一定的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。此外，對(duì)來(lái)自監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、處理和分析結(jié)果也應(yīng)該進(jìn)行有效的管理。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是管理海量數(shù)據(jù)的有利工具，運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，系統(tǒng)能對(duì)存儲(chǔ)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)平差結(jié)果數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表進(jìn)行維護(hù)，從而使測(cè)量數(shù)據(jù)在整個(gè)實(shí)