自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)課件

變形監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理第九章自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)2024/9/131中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系主要內(nèi)容概述自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)通用分布式測(cè)量控制單元（MCU）原理及應(yīng)用安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例第九章自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)2024/9/132中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系§1概述

第九章自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)變形監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理2024/9/133中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系概述自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種全新的監(jiān)測(cè)技術(shù)，它是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的三種形式：第一種是數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化，俗稱(chēng)“后自動(dòng)化”；第二種是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化，俗稱(chēng)“前自動(dòng)化”；第三種是實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，離線(xiàn)資料分析，俗稱(chēng)“全自動(dòng)化”。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)主要包括數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化、數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖詣?dòng)化、數(shù)據(jù)管理的自動(dòng)化和數(shù)據(jù)分析的自動(dòng)化等內(nèi)容。

第1節(jié)概述2024/9/134中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系一般規(guī)定（1）（1）數(shù)據(jù)采集功能。能自動(dòng)采集各類(lèi)傳感器的輸出信號(hào)，并把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；數(shù)據(jù)采集能適應(yīng)應(yīng)答式和自報(bào)式兩種方式，能按設(shè)計(jì)的方式自動(dòng)進(jìn)行定時(shí)測(cè)量，能接收命令進(jìn)行選點(diǎn)、巡回檢測(cè)和定時(shí)檢測(cè)。（2）掉電保護(hù)功能?，F(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集裝置應(yīng)有儲(chǔ)存器和掉電保護(hù)模塊，能暫存已經(jīng)采集的數(shù)據(jù)，并在掉電情況下不丟失數(shù)據(jù)。系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有備用電源，在斷電情況下，系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)切換，并繼續(xù)工作一段時(shí)間，具體持續(xù)工作時(shí)間應(yīng)根據(jù)工程的具體要求確定，一般應(yīng)在3天以上。（3）自檢、自診斷功能。即對(duì)儀器自身的工作性態(tài)進(jìn)行檢查，對(duì)發(fā)生故障的儀器應(yīng)自動(dòng)報(bào)警。第1節(jié)概述2024/9/135中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系（4）現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊和遠(yuǎn)程通訊功能?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通訊一般采用電纜、光纖和無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)刃问?，?duì)于遠(yuǎn)程通訊一般采用因特網(wǎng)和微波方式。（5）防雷和抗干擾功能。為保證系統(tǒng)的安全和正常運(yùn)行，防止遭受雷擊和外界因素的干擾，系統(tǒng)應(yīng)具備本功能。系統(tǒng)的防雷一般應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)。一般規(guī)定（2）第1節(jié)概述2024/9/136中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系（6）數(shù)據(jù)管理功能。對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)進(jìn)行有效的管理，并編制相應(yīng)的管理系統(tǒng)軟件，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)行查詢(xún)、修改、統(tǒng)計(jì)等操作，對(duì)數(shù)據(jù)異常及故障能進(jìn)行顯示和報(bào)警。另外，為保證數(shù)據(jù)的安全，系統(tǒng)應(yīng)具有數(shù)據(jù)備份功能。（7）數(shù)據(jù)分析功能。對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的分析處理是自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要特征，是及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程隱患的重要手段。一般的數(shù)據(jù)分析主要是判斷數(shù)據(jù)的正常或異常特征，并根據(jù)其異常特性作進(jìn)一步的分析。一般規(guī)定（3）第1節(jié)概述2024/9/137中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系性能要求（1）（1）采樣時(shí)間應(yīng)有一定的限制，具體時(shí)間可根據(jù)工程實(shí)際情況確定。通常對(duì)某個(gè)項(xiàng)目的巡測(cè)時(shí)應(yīng)小于30分鐘，對(duì)單個(gè)測(cè)點(diǎn)的采樣時(shí)間應(yīng)小于3分鐘。（2）測(cè)量的周期可根據(jù)工程的實(shí)際需要調(diào)整，在特殊情況下，可實(shí)現(xiàn)加測(cè)、補(bǔ)測(cè)等。（3）自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)建立監(jiān)控室，用于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)管理。監(jiān)控室的溫度一般應(yīng)保持在20℃～30℃，濕度保持不大于85%。第1節(jié)概述2024/9/138中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系性能要求（2）（4）系統(tǒng)可采用交流電作為工作電源，其工作電壓為220V。（5）系統(tǒng)應(yīng)有較高的可靠性，系統(tǒng)的故障率應(yīng)低于5%，并能穩(wěn)定可靠地工作。（6）數(shù)據(jù)采集裝置的測(cè)量精度應(yīng)滿(mǎn)足有關(guān)規(guī)范和工程實(shí)際需要的要求，因此，應(yīng)在精度、量程、穩(wěn)定性、可靠性等方面選擇合適的數(shù)據(jù)采集裝置。第1節(jié)概述2024/9/139中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系§2自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第九章自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)變形監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理2024/9/1310中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系設(shè)計(jì)原則（1）（1）適應(yīng)性根據(jù)建筑物所處的環(huán)境條件、建筑結(jié)構(gòu)和運(yùn)行工況的不同，在設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)應(yīng)有較強(qiáng)的針對(duì)性。對(duì)于重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和重要測(cè)點(diǎn)應(yīng)優(yōu)先納入自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，技術(shù)成熟的項(xiàng)目?jī)?yōu)先實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。（2）經(jīng)濟(jì)性系統(tǒng)建設(shè)的造價(jià)應(yīng)經(jīng)濟(jì)、合理，采用性?xún)r(jià)比高的儀器設(shè)備；同時(shí)，應(yīng)盡可能考慮整套系統(tǒng)采用同一廠(chǎng)家的產(chǎn)品，以提高系統(tǒng)的兼容性、完整性，便于管理、維護(hù)和節(jié)約經(jīng)費(fèi)。第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1311中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系（3）準(zhǔn)確性系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)準(zhǔn)確，精度滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范的要求，在更換零部件時(shí)不影響數(shù)據(jù)的連續(xù)性。（4）可靠性監(jiān)測(cè)設(shè)備選型應(yīng)優(yōu)先考慮選用技術(shù)先進(jìn)、成熟、通過(guò)多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境長(zhǎng)期考核、質(zhì)量合格的產(chǎn)品，設(shè)備的故障率應(yīng)很低，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，可靠性高，具有在雷電、高溫、高濕等惡劣環(huán)境下正常工作的長(zhǎng)期可靠性，有良好的防雷、防濕、耐高溫等抗干擾能力。發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)判斷、報(bào)警，并迅速排除。為保證數(shù)據(jù)的連續(xù)可靠，系統(tǒng)應(yīng)具有備用的人工觀(guān)測(cè)手段。設(shè)計(jì)原則（2）第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1312中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系（5）開(kāi)放性和通用性系統(tǒng)應(yīng)具有良好的開(kāi)放性和兼容性。開(kāi)放性是針對(duì)用戶(hù)開(kāi)放系統(tǒng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集單元的程控命令和數(shù)據(jù)格式，以及接入的任何種類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳感器。系統(tǒng)應(yīng)易于操作，人機(jī)界面友好。（6）統(tǒng)一性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)應(yīng)相互兼容，即使采用不同的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，也應(yīng)能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息的統(tǒng)一管理。設(shè)計(jì)原則（3）第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1313中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系設(shè)計(jì)方案監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的布置設(shè)計(jì)是安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，由于自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅測(cè)讀快，測(cè)讀及時(shí)，能夠做到相關(guān)量同步測(cè)讀，能夠勝任多測(cè)點(diǎn)、密測(cè)次的要求，提供在時(shí)間上和空間上更為連續(xù)的信息，而且測(cè)讀準(zhǔn)確性和可靠性高，因此，應(yīng)普遍使用監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)。但是，監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)較為昂貴，對(duì)環(huán)境條件要求也比較高，因此，自動(dòng)化系統(tǒng)的測(cè)點(diǎn)設(shè)置應(yīng)以滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)工程安全運(yùn)行需要為主，純粹為施工服務(wù)及為科學(xué)研究而設(shè)置的測(cè)點(diǎn)，原則上不納入自動(dòng)化系統(tǒng)。經(jīng)多年的研制和開(kāi)發(fā)，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的布置形成三大基本形式：集中式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和混合式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1314中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系集中式（1）集中式系統(tǒng)是將傳感器通過(guò)集線(xiàn)箱或直接連接到采集器的一端進(jìn)行集中觀(guān)測(cè)。在這種系統(tǒng)中，不同類(lèi)型的傳感器要用不同的采集器控制測(cè)量，由一條總線(xiàn)連接，形成一個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)。系統(tǒng)中有幾種傳感器，就有幾個(gè)子系統(tǒng)和幾條總線(xiàn)。所有采集器都集中在主機(jī)附近，由主機(jī)存儲(chǔ)和管理各個(gè)采集器數(shù)據(jù)。采集器通過(guò)集線(xiàn)箱實(shí)現(xiàn)選點(diǎn)，如直接選點(diǎn)則可靠性較差。

第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1315中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系集中式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的高技術(shù)部件均集中在機(jī)房，工作環(huán)境好，便于管理，系統(tǒng)重復(fù)部件少，相對(duì)投資也較少，但系統(tǒng)傳輸?shù)氖悄M量，易受外界干擾，系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)集中，可靠性不高，技術(shù)復(fù)雜，電纜用量大，維護(hù)不便。集中式（2）第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1316中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系集中式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1317中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系分布式（1）分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常由監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)、測(cè)控單元和傳感器組成；根據(jù)不同監(jiān)測(cè)任務(wù)需要而埋設(shè)的各類(lèi)傳感器通過(guò)一定的通信介質(zhì)（一般為屏蔽電纜）接入布置其附近的測(cè)控單元；由測(cè)控單元按照采集程序的控制將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)并通過(guò)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至遠(yuǎn)方的監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)做深入分析和處理。第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1318中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系測(cè)控單元還可以接收來(lái)自監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)的控制命令，將本身的工作狀況以及傳感器的工作狀況發(fā)送給監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)，由操作員做出分析判斷以及時(shí)排除系統(tǒng)中硬件設(shè)備的故障。因此，雖然系統(tǒng)設(shè)備的類(lèi)型與集中式無(wú)大的差別，但是由于測(cè)控單元與集中式結(jié)構(gòu)中的測(cè)控單元相比有了本質(zhì)的變化，且系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸多為數(shù)字量信號(hào)，使得分布式系統(tǒng)在諸如測(cè)量精度、速度、可靠性和可擴(kuò)展性上比集中式系統(tǒng)有了顯著提高。分布式（2）第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1319中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系分布式系統(tǒng)是把數(shù)據(jù)采集工作分散到靠近較多傳感器的采集站(測(cè)控單元)來(lái)完成，然后將所測(cè)數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)。這種系統(tǒng)要求每個(gè)觀(guān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)控單元應(yīng)是多功能智能型儀器，能對(duì)各種類(lèi)型的傳感器進(jìn)行控制測(cè)量。分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳輸?shù)氖菙?shù)字量，傳輸距離長(zhǎng)，精度高，風(fēng)險(xiǎn)分散，可靠性高，技術(shù)簡(jiǎn)單，電纜用量小，布置靈活，觀(guān)測(cè)速度快，但系統(tǒng)重復(fù)部件多，投資相對(duì)較大。分布式（3）第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1320中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1321中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系混合式（1）混合式是介于集中式和分布式之間的一種采集方式。它具有分布式布置的外型，而采用集中方式進(jìn)行采集的系統(tǒng)。設(shè)置在儀器附近的遙控轉(zhuǎn)換箱類(lèi)似于MCU，匯集其周?chē)膬x器信號(hào)，但不具有MCU的A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)暫存功能，故其結(jié)構(gòu)比MCU簡(jiǎn)單。轉(zhuǎn)換箱僅是將儀器的模擬信號(hào)匯集于一條總線(xiàn)之中，然后傳到監(jiān)控室進(jìn)行集中測(cè)量和A/D轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)字量送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)處理。第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1322中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系混合式數(shù)據(jù)采集方式中轉(zhuǎn)換箱只能起匯集周?chē)鷥x器信號(hào)的作用，此種方式關(guān)鍵問(wèn)題是既經(jīng)濟(jì)又可靠地解決了模擬量長(zhǎng)距離傳輸技術(shù)；目前國(guó)內(nèi)傳輸距離一般在1000m～2000m內(nèi)，模擬量傳輸距離一般不能大于2000m，與分布式比較，造價(jià)可省約1/3左右。由于轉(zhuǎn)換箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，在惡劣氣候條件下，比MCU產(chǎn)生的故障路率低，所以此種方式適應(yīng)于大規(guī)模、測(cè)點(diǎn)數(shù)量多，相對(duì)集中的監(jiān)控系統(tǒng)。

混合式（2）第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1323中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系網(wǎng)絡(luò)集成式網(wǎng)絡(luò)集成式結(jié)構(gòu)是對(duì)分布式結(jié)構(gòu)在開(kāi)放性和標(biāo)準(zhǔn)化的方向上做出本質(zhì)改變的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它在現(xiàn)今的企業(yè)管理控制一體化的應(yīng)用需求中已經(jīng)發(fā)揮著巨大的作用。網(wǎng)絡(luò)集成式結(jié)構(gòu)突破了分布式結(jié)構(gòu)中因?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)的封閉造成的缺陷，改變了分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中模擬、數(shù)字信號(hào)混合，一個(gè)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的信號(hào)傳遞需歷經(jīng)從現(xiàn)場(chǎng)到控制室，再?gòu)目刂剖业浆F(xiàn)場(chǎng)的往返專(zhuān)線(xiàn)傳遞過(guò)程。隨著網(wǎng)絡(luò)信息化和安全性的提高，接入Internet的管理層可以為遠(yuǎn)方的專(zhuān)家和上級(jí)管理部門(mén)提供遠(yuǎn)程觀(guān)測(cè)分析建筑物安全狀況的手段，提高安全狀況分析的效率。

第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1324中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系網(wǎng)絡(luò)集成式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1325中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系系統(tǒng)組成－電纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不同部位和不同儀器需要聯(lián)接不同規(guī)格的電纜。電纜選型和敷設(shè)是確保監(jiān)測(cè)儀器和系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，因此，必須予以足夠的重視。電纜選型要充分了解電纜結(jié)構(gòu)及信號(hào)傳輸和工作環(huán)境對(duì)電纜的要求，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行試驗(yàn)分析。電纜敷設(shè)要注意對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，避開(kāi)不利的區(qū)域。第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1326中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系傳感器是感應(yīng)建筑物變形、滲流、應(yīng)力、溫度等各種物理量的儀器設(shè)備，它將測(cè)量到的模擬量、數(shù)字量、脈沖量、狀態(tài)量等信號(hào)輸送到采集站。傳感器種類(lèi)可分為：電阻式、電感式、電容式、振弦式、調(diào)頻式、壓阻式、變壓器式、電位器式等。土木工程監(jiān)測(cè)中常用的傳感器包括滲壓計(jì)、滲流量計(jì)、垂線(xiàn)儀、傾斜儀、測(cè)縫計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)、鋼筋計(jì)、應(yīng)變計(jì)、溫度計(jì)等各種儀器。應(yīng)選擇其中對(duì)監(jiān)控工程安全起重要作用且人工觀(guān)測(cè)又不能滿(mǎn)足要求的關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)納人自動(dòng)化觀(guān)測(cè)系統(tǒng)。所有納入自動(dòng)化系統(tǒng)的儀器，都應(yīng)預(yù)先經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)值可靠性鑒定，證明其工作性態(tài)正常。系統(tǒng)組成－傳感器第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1327中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系采集站由測(cè)控單元組成，并根據(jù)儀器分布情況決定其布置，一般設(shè)在較集中的儀器測(cè)點(diǎn)附近。采集站根據(jù)確定的觀(guān)測(cè)參數(shù)、計(jì)劃和順序進(jìn)行實(shí)際測(cè)量、計(jì)算和存儲(chǔ)，并有自檢、自動(dòng)診斷功能和人工觀(guān)測(cè)接口。采集站除與主機(jī)通訊外，還可定期用便攜式計(jì)算機(jī)讀取數(shù)據(jù)。根據(jù)確定的記錄條件，將觀(guān)測(cè)結(jié)果及出錯(cuò)信息與指定監(jiān)測(cè)分站或其他測(cè)控單元進(jìn)行通信。能選配不同的測(cè)量模塊或板卡，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種類(lèi)型傳感器的信號(hào)采集。檢測(cè)指定的報(bào)警條件，一旦報(bào)警狀態(tài)或條件改變則通知指定的監(jiān)測(cè)分站。將所有觀(guān)測(cè)結(jié)果保存在緩沖區(qū)中，直到這些信息被所有指定監(jiān)測(cè)分站明確無(wú)誤地接收完為止。管理電能消耗，在斷電、過(guò)電流引起重啟動(dòng)或正常關(guān)機(jī)時(shí)，保留所有配置設(shè)定的信息。具有防雷、抗干擾、防塵、防腐，適用于惡劣溫濕度環(huán)境。采集系統(tǒng)的運(yùn)行方式主要分中央控制式(應(yīng)答式)及自動(dòng)控制式(自報(bào)式)，必要時(shí)也可采用任意控制式。系統(tǒng)組成－采集站第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1328中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系一般根據(jù)建筑物規(guī)模及布置情況決定，應(yīng)避免強(qiáng)電磁干擾。如系統(tǒng)規(guī)模較小，也可以不設(shè)分站。監(jiān)測(cè)分站的主要功能是啟動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊和傳輸，可對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)檢查校核，包括軟硬件系統(tǒng)自身檢查、數(shù)據(jù)可靠性和準(zhǔn)確度檢查及數(shù)學(xué)模型檢查?？蛇M(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、刪除、插人、記錄、顯示、換算、打印、查詢(xún)及儀器位置、參數(shù)工作狀態(tài)顯示等操作，對(duì)建筑物的安全狀況實(shí)行監(jiān)控、預(yù)報(bào)及報(bào)警。

系統(tǒng)組成－監(jiān)測(cè)分站第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1329中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系一個(gè)工程設(shè)一個(gè)總站，即現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)控中心。應(yīng)有足夠的設(shè)備和工作空間，良好的照明、通風(fēng)和溫控條件。監(jiān)測(cè)總站除監(jiān)測(cè)分站功能外，還應(yīng)具有圖像顯示、工程數(shù)據(jù)庫(kù)及其數(shù)據(jù)管理功能。能將各監(jiān)測(cè)分站數(shù)據(jù)和人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯集到總站數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，建立安全監(jiān)控?cái)?shù)學(xué)模型，并進(jìn)行影響因素分解及綜合性的分析、預(yù)報(bào)和安全評(píng)價(jià)。系統(tǒng)組成－監(jiān)測(cè)總站第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1330中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系即需要遠(yuǎn)傳觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)單位。系統(tǒng)組成－管理中心第2節(jié)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/9/1331中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系§3通用分布式測(cè)量控制單

元（MCU）原理及應(yīng)用

第九章自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)變形監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理2024/9/1332中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系工作原理MCU是分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)裝置，由密封機(jī)箱、智能控制模塊CPU電路板、電源模塊電路板、各測(cè)量模塊電路板和加熱模塊電路板等構(gòu)成。電源模塊由隔離變壓器、電源板、蓄電池組、電源開(kāi)關(guān)組等組成。它將交流電變換成直流電并進(jìn)行穩(wěn)壓，其中的兩組充電電路，分別給12V/7.2AH和24V/7.2AH兩組蓄電池充電。在無(wú)交流電源或線(xiàn)路發(fā)生故障的情況下，蓄電池組將自動(dòng)地投入工作。模塊設(shè)有休眠功能，故能降低功耗。

第3節(jié)MCU原理及應(yīng)用2024/9/1333中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系控制模塊控制模塊CPU電路板由單片微處理器80C31、時(shí)鐘電路、程序存儲(chǔ)器（ROM）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、看門(mén)狗電路、通訊接口電路、V/F轉(zhuǎn)換電路、電源控制電路以及鍵盤(pán)顯示接口電路等組成，是MCU的核心部分，主要完成對(duì)儀器的供電控制、數(shù)據(jù)測(cè)量、轉(zhuǎn)換、預(yù)處理、存儲(chǔ)和傳輸?shù)裙δ?。?節(jié)MCU原理及應(yīng)用2024/9/1334中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系測(cè)量模塊板的功能把監(jiān)測(cè)儀器（傳感器）所感受到的非電量值，轉(zhuǎn)換成符合一定標(biāo)準(zhǔn)的電壓、電流、頻率或TTL電平信號(hào)，然后經(jīng)總線(xiàn)母板傳送給控制模塊CPU板。每一類(lèi)型的測(cè)量模塊電路板聯(lián)接一定數(shù)量的相應(yīng)類(lèi)型的監(jiān)測(cè)儀器。在每個(gè)測(cè)量模塊上，通過(guò)DIP開(kāi)關(guān)可選擇該模塊的儀器類(lèi)型和接入監(jiān)測(cè)儀器的數(shù)量，控制模塊能夠自動(dòng)識(shí)別，并生成監(jiān)測(cè)儀器類(lèi)型編碼和測(cè)點(diǎn)編碼，以便監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的入庫(kù)。第3節(jié)MCU原理及應(yīng)用2024/9/1335中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系特點(diǎn)該裝置采用冗余、并聯(lián)、減額等措施，使用先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)差阻式、鋼弦式儀器遠(yuǎn)距離高精度測(cè)量，能消除4/5芯差阻式儀器的芯線(xiàn)電阻和長(zhǎng)電纜電阻對(duì)測(cè)量的影響。其中紅外脈沖、雙照準(zhǔn)和雙基準(zhǔn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)式儀器的高精度、高可靠測(cè)量；交流橋路不平衡測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了差動(dòng)電容式儀器的測(cè)量。第3節(jié)MCU原理及應(yīng)用2024/9/1336中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系MCU測(cè)量原理圖第3節(jié)MCU原理及應(yīng)用2024/9/1337中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系通用分布式MCU結(jié)構(gòu)示意圖第3節(jié)MCU原理及應(yīng)用2024/9/1338中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系主要功能（1）（1）控制功能

MCU可接受CCU（中央控制裝置）或筆記本電腦的命令，實(shí)現(xiàn)以下功能：中央控制方式的巡測(cè)或選測(cè)；自動(dòng)控制方式的巡測(cè)；在CCU出現(xiàn)故障、線(xiàn)路故障或斷電情況下，自動(dòng)利用自備電源繼續(xù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)測(cè)量等功能。（2）測(cè)量功能根據(jù)控制程序自動(dòng)對(duì)所接入的傳感器進(jìn)行巡測(cè)（逐點(diǎn)依次自動(dòng)測(cè)量并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)）或選測(cè)（對(duì)選定的某一測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量）。第3節(jié)MCU原理及應(yīng)用2024/9/1339中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系（3）計(jì)時(shí)和定時(shí)功能設(shè)置的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，可供用戶(hù)查詢(xún)和修改時(shí)間，或設(shè)定起始測(cè)量時(shí)間和測(cè)量時(shí)間間隔。（4）通訊功能可與CCU中央控制裝置或筆記本電腦實(shí)現(xiàn)雙向通訊。（5）供電功能

MCU的備用電源，能在外部電源中斷的情況下自動(dòng)投入工作，平時(shí)則處于浮充狀態(tài)。電源電路設(shè)有過(guò)壓和欠壓保護(hù)措施，以防止電池組過(guò)充電或過(guò)放電，提高了電池組的使用壽命。主要功能（2）第3節(jié)MCU原理及應(yīng)用2024/9/1340中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系（6）雷電保護(hù)在電源、通訊和傳感器接口的入口處均設(shè)有防雷保護(hù)電路，以防止感應(yīng)雷電流對(duì)內(nèi)部電路造成損壞，保證MCU長(zhǎng)期可靠地工作。另外，該裝置還具有差阻式、步進(jìn)式、差動(dòng)電容式和差動(dòng)電磁式儀器的自校功能，可輸出自?；鶞?zhǔn)測(cè)值，用以檢驗(yàn)這類(lèi)儀器測(cè)值的可靠性。主要功能（3）第3節(jié)MCU原理及應(yīng)用2024/9/1341中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系應(yīng)用實(shí)例－飛來(lái)峽（1）飛來(lái)峽水利樞紐大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)，是目前國(guó)內(nèi)已建成的水利樞紐安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目齊全、儀器種類(lèi)多、自動(dòng)化程度很高的大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)。32臺(tái)MCU就地接入了400余臺(tái)（支）國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀廠(chǎng)家生產(chǎn)的最先進(jìn)的傳感器。高度的自動(dòng)化使觀(guān)測(cè)班的4名工作人員，完成了幾十個(gè)人難以完成的工作量。

第3節(jié)MCU原理及應(yīng)用2024/9/1342中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系自1999年3月30日蓄水并正式投入運(yùn)行以來(lái)，該系統(tǒng)為管理單位取得了大量的安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)，對(duì)于掌握大壩的運(yùn)行狀況、了解各建筑物的安全性態(tài)起到了非常重要的作用；在防洪調(diào)度中，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供有力的科學(xué)依據(jù)。應(yīng)用實(shí)例－飛來(lái)峽（2）第3節(jié)MCU原理及應(yīng)用2024/9/1343中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系飛來(lái)峽大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)示意圖第3節(jié)MCU原理及應(yīng)用2024/9/1344中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系§4安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例2024/9/1345中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系工程概況（1）彭水水電站位于烏江干流下游，重慶市彭水縣縣城上游11km，距烏江口涪陵市147km，壩址以上流域面積69000km2，占烏江流域總面積的78.5%。流域多年平均降水量1160mm，壩址多年平均流量1300m3/s，年徑流量410億m3。年平均含沙量0.354kg/m3。彭水水電站是烏江干流水電開(kāi)發(fā)規(guī)劃的第10個(gè)梯級(jí)，正常蓄水位293m，死水位278m，調(diào)節(jié)庫(kù)容5.18億m3，為季調(diào)節(jié)水庫(kù)。開(kāi)發(fā)任務(wù)是以發(fā)電為主，其次是航運(yùn)，防洪及其它綜合利用。彭水水電站最大壩高116.5m，總裝機(jī)1750MW，具有工程規(guī)模大、綜合效益顯著、技術(shù)復(fù)雜、自動(dòng)化要求高等特點(diǎn)。第4節(jié)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例2024/9/1346中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系工程概況（2）鑒于彭水水電站的重要性，無(wú)論在施工期、蓄水期和運(yùn)行期都應(yīng)確保工程的高度安全。安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不僅要結(jié)合彭水水電站的工程特點(diǎn)，還要充分考慮當(dāng)前工程安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，力求采用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)手段，以便及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握建筑物及其基礎(chǔ)從建設(shè)到運(yùn)行全過(guò)程的性狀演變，并能向業(yè)主迅速反饋有關(guān)信息，為業(yè)主分析、評(píng)價(jià)工程安全和決策提供可靠依據(jù)。監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)力求做到施工期與永久監(jiān)測(cè)相結(jié)合，儀表量測(cè)與人工巡查相結(jié)合，人工采集與自動(dòng)化半自動(dòng)化采集相結(jié)合。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重點(diǎn)為變形和滲流。第4節(jié)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例2024/9/1347中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系設(shè)計(jì)目的以確保各類(lèi)建筑物在施工期、蓄水期和運(yùn)行期的安全為主要目的，同時(shí)兼顧驗(yàn)證設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工等需要。通過(guò)對(duì)各類(lèi)建筑物整體狀態(tài)全過(guò)程持續(xù)的監(jiān)測(cè)，采集建筑物的變形、滲流、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度的初始值、基準(zhǔn)值和各階段變化過(guò)程的數(shù)據(jù)，及時(shí)進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。對(duì)危及建筑物的不安全因素及時(shí)提出處理措施，為有關(guān)部門(mén)決策提供依據(jù)。通過(guò)安全監(jiān)測(cè)提供的有效數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的正確性，施工質(zhì)量是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。施工期的監(jiān)測(cè)，還可以檢驗(yàn)施工和措施是否符合設(shè)計(jì)意圖，也可以檢驗(yàn)?zāi)承┰O(shè)計(jì)是否符合實(shí)際，從而為改進(jìn)和完善施工方法和措施，優(yōu)化和完善設(shè)計(jì)服務(wù)以達(dá)到設(shè)計(jì)、施工動(dòng)態(tài)結(jié)合及不斷優(yōu)化的目的。

第4節(jié)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例2024/9/1348中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系設(shè)計(jì)原則根據(jù)該工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和地質(zhì)條件，確定安全監(jiān)測(cè)的總原則為“突出重點(diǎn)，兼顧全面，統(tǒng)一規(guī)劃，逐步實(shí)施”。選取工程中有代表性的部位作為重要部位（斷面），其他部位為一般部位（斷面）。重要部位（斷面）觀(guān)測(cè)項(xiàng)目齊全，儀器布置相對(duì)集中，對(duì)重要的效應(yīng)量采取多種方法平行進(jìn)行觀(guān)測(cè)。一般部位（斷面）以重要物理量為主，僅布置少量?jī)x器和測(cè)點(diǎn)，以掌握工程的整體工作狀態(tài)或施工過(guò)程中出現(xiàn)的新情況。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為一個(gè)有機(jī)整體，必須在工程開(kāi)始施工前進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃。

第4節(jié)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例2024/9/1349中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體組成該工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)由多類(lèi)建筑物、多種監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和數(shù)以千計(jì)的監(jiān)測(cè)儀器、設(shè)備和計(jì)算機(jī)硬、軟件組成的復(fù)雜而龐大的信息采集、管理、分析、評(píng)價(jià)和反饋系統(tǒng)?？傮w結(jié)構(gòu)可以概括為：“一個(gè)整體系統(tǒng)，三個(gè)子系統(tǒng)；三大環(huán)節(jié)，三級(jí)監(jiān)控；設(shè)計(jì)單位提供技術(shù)支持，業(yè)主單位決策”。第4節(jié)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例2024/9/1350中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系彭水水電站工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第4節(jié)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例2024/9/1351中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程系主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和設(shè)施（1）（1）變形監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括水平位移、垂直位移、壩基傾斜、洞室收斂、基巖變形和壩體撓度等，主要監(jiān)測(cè)設(shè)施包括外觀(guān)變形測(cè)點(diǎn)、正垂線(xiàn)、倒垂線(xiàn)、靜力水準(zhǔn)、基巖變形計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)、測(cè)斜管、傾斜儀等。（2）滲流監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括滲流量、揚(yáng)壓力、壩體滲壓、繞壩滲流和水質(zhì)分析等。主要監(jiān)測(cè)設(shè)施包括測(cè)壓管、滲壓計(jì)、量水堰、水質(zhì)分析設(shè)備等。（3）應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括壩踵、壩趾應(yīng)力、混凝土自身體積變化、鋼筋應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力、接合縫開(kāi)度、裂縫發(fā)展及溫度分布等。主要監(jiān)測(cè)設(shè)施包括應(yīng)變計(jì)、無(wú)應(yīng)力計(jì)、鋼筋計(jì)、溫度計(jì)、測(cè)縫計(jì)、位錯(cuò)計(jì)、裂縫計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)、錨索測(cè)力計(jì)等。第4節(jié)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例2024/9/1352中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)