边坡变形监测系统设计方案.doc

大坝大坝 GPSGPS 自动化监测系统技术方案自动化监测系统技术方案 广州南方测绘仪器有限公司 二 OO 九年十一月 学习好帮手 目录 一一 系统总体设计系统总体设计 3 1 1 监测点布置概况 3 1 2 监测系统具体实现 4 1 2 1 采用一机多天线系统方案 4 1 2 2 每个监测点都安置 GPS 接收机方案 7 1 3 系统建设要求 8 1 4 系统目标 8 二系统设计依据二系统设计依据 9 三三 基准站设计基准站设计 10 3 1 基准站的选址 10 3 2 基站的建设 10 3 2 1 功能实现 10 3 2 2 基站设备 11 3 2 3 基准站结构 14 3 2 4 基准站防电涌防护 15 3 3 基站数据传输 17 3 4 基站防雷设备安装 17 四四 监测站设计监测站设计 18 4 1 监测站建设 18 4 1 1 功能实现 18 4 1 2 监测站设备 19 4 1 3 监测站结构 20 4 1 4 电涌防护 21 4 2 电缆的铺设 21 4 3 监测单元数据传输 22 五五 数据采集中心设计数据采集中心设计 22 5 1 数据采集中心选址 22 5 2 数据采集中心布置及装修 23 5 3 数据采集中心网络设计 23 5 4 防护设计 24 六六 光纤通讯网络建设光纤通讯网络建设 25 6 1 通讯光缆选择 25 6 2 光纤网络建设 26 6 2 1 光纤铺设方案 26 6 2 2 光纤焊接及网络链接 28 七七 系统控制中心系统控制中心 29 7 1 监测软件 Dmonitor 30 学习好帮手 7 1 1 Daprider 30 7 1 2 Domator 31 7 1 3 WarningClient 33 7 1 4 MonitorTransfers 34 7 2 功能与实现 34 7 2 1 系统监控 34 7 2 2 信息服务 34 7 3 控制中心机房布置 35 7 4 机房防护设计 35 八八 方案报价方案报价 36 8 1 一机多天线方案 36 8 2 一监测点一基站方式 37 九九 北京首云铁矿北京首云铁矿 GPSGPS 自动化监测系统介绍自动化监测系统介绍 38 十十 张河湾抽水蓄能电站上水库张河湾抽水蓄能电站上水库 GPSGPS 变形监测系统介绍变形监测系统介绍 44 学习好帮手 一一 系统总体设计系统总体设计 本系统采用 GPS 在大坝建立实时监测网络 利用 GPS 实时对坝体的工作环 境 坝肩 坝基岩体结构状态等各类外部荷载因素作用下的响应进行实时监测 及时掌握坝体大坝岩体的结构状态 应用现代化测试技术 计算机技术 现代 网络通讯通信技术对观测数据进行基线解算 通过与原始基线的对比 得到坝 体位移检测的准确数据 1 1 监测点布置概况监测点布置概况 大坝总布置有 主坝一座 采用面板堆石坝 最大坝高 482 500 米 坝顶 长度 340 米 在主坝坝顶 坝坡 坝基布置六个断面共 55 个监测点 六个断面分别为 SA01 SA02 SA03 SA04 SA05 SA06 如下图 学习好帮手 图 1 1 主坝监测点布置图 监测系统由数据采集 通讯系统 控制中心三个部分组成 1 2 监测系统具体实现监测系统具体实现 1 2 11 2 1 采用一机多天线系统方案采用一机多天线系统方案 1 2 1 1 基站布置 在主坝两岸基岩选两个连续观测的 GPS 定位参考站 由稳定电源供电 全 天候 24 小时处于开机观测状态 1 2 1 2 监测站具体设计 监测站按横断面的方式进行数据集中传输 一方面方便于 GPS 天线电缆 光纤的布设减少施工量 另外可以使系统更简洁 便于管理 学习好帮手 1 SA01 共有 6 个监测 GPS 天线通过强制对中器固定在每个监测点的观 测墩顶部 馈线埋地接入一机多天线系统 考虑到馈线信号衰减的因素 在右 NB3 纵断面的监测点附近安置仪器保护箱 放置一机多天线系统 GPS 接收机 电源系统等设备 2 SA02 为 7 个监测点 GPS 天线通过强制对中器固定在每个观测点观测 墩顶部 馈线埋地接入一机多天线系统 在右 NB3 这个断面的监测点附近安置 仪器保护箱 放置一机多天线系统 GPS 接收机 电源系统等设备 3 SA03 布置有 8 个监测点 GPS 天线通过强制对中器固定在每个观测点 观测墩顶部 馈线埋地接入一机多天线系统 在右 NB3 这个断面的监测点附近 安置仪器保护箱 放置一机多天线系统 GPS 接收机 电源系统等设备 4 SA04 分布 10 个监测点 考虑监测周期 SA04 采用两组一机多天线系统 第一组接收主坝轴线右边的五个监测点的 GPS 数据 第二组接收主坝左边 5 个 监测点的 GPS 数据 第一组在右 NB5 这个纵断面的监测点附近安置仪器保护箱 放置一机多天线系统 GPS 接收机 电源系统等设备 各监测点的馈线埋地接 入仪器保护箱中 第二组在左 NB6 这个断面的监测点附近安置仪器保护箱 放 置一机多天线系统 GPS 接收机 电源系统等设备 SA04 两组监测点的数据流 通过交换机集中传输 5 SA05 布置有 12 个监测点 考虑监测周期 SA06 采用两组一机多天线系 统 第一组接收主坝轴线右边的 6 个监测点的 GPS 数据 第二组接收主坝左边 6 个监测点的 GPS 数据 第一组在右 NB8 这个断面的监测点附近安置仪器保护 箱 放置一机多天线系统 GPS 接收机 电源系统等设备 第二组在左 NB6 这 个断面的监测点附近安置仪器保护箱 放置一机多天线系统 GPS 接收机 电 源系统等设备 SA05 两组监测点的数据流通过交换机进行集中传输 6 SA06 布置有 12 个监测点 考虑监测周期 SA06 采用两组一机多天线系 统 第一组接收主坝轴线右边的 6 个监测点的 GPS 数据 第二组接收主坝左边 6 个监测点的 GPS 数据 第一组在右 NB8 这个断面的监测点附近安置仪器保护 箱 放置一机多天线系统 GPS 接收机 电源系统等设备 第二组在左 NB6 这 个断面的监测点附近安置仪器保护箱 放置一机多天线系统 GPS 接收机 电 学习好帮手 源系统等设备 SA05 两组监测点的数据流通过交换机进行集中传输 7 所有监测点中 从 GPS 天线到一机多天线系统的馈线长度大于 100 米 需安置信号放大器 信号放大器与馈线接口必须做好保护措施 避免接口进水 氧化等因素导致信号衰减或中断等问题 8 在主坝上建设数据采集中心 所有监测点 GPS 原始数据流通过光纤集 中传输到数据采集中心 9 数据采集系统设备表 序号设备型号数量备注 1 NET S8 基站型 GPS 接收 机 2 台 2 NET S3 基站型 GPS 接收 机 9 台 SA01 SA02 SA03 断面各一台 GPS 接收机 SA05 SA06 SA07 断面各 两台 3 双频 GPS 天线55 个每个监测点一个 4 一机多天线系统9 套 SA01 SA02 SA03 断面各一套 SA05 SA06 SA07 断面各两套 5 Nport5110 串口卡11 块 6 光端机12 台 7 交换机3 台 8 四芯单模光纤米按现场情况 9 网线米按现场情况 学习好帮手 10 仪器保护箱9 个 1 2 21 2 2 每个监测点都安置每个监测点都安置 GPSGPS 接收机方案接收机方案 1 2 2 1 基站布置 在主坝两岸基岩选两个连续观测的 GPS 定位参考站 由稳定电源供电 全 天候 24 小时处于开机观测状态 1 2 2 2 监测站具体设计 1 每个监测点安置一台 GPS 接收机 2 采用分体式 GPS 接收机 GPS 天线通过强制对中器固定在监测站天线 顶部 由馈线连接到 GPS 接收机 紧靠观测墩安置仪器保护箱 用于放置 GPS 接收机 光端机等设备 3 每个 SA 断面采用一台交换机对本断面所有监测点进行集中控制 形 成独立的数据流发送到监控中心汇总 4 在主坝上建设数据采集中心 所有监测点 GPS 原始数据流通过光纤集 中传输到数据采集中心 5 数据采集系统设备表 序号设备型号数量备注 1 NET S8 基站型 GPS 接收机2 台 2 NET S3 基站型 GPS 接收机55 台 3 双频 GPS 天线55 个 4 Nport5110 串口卡55 块 学习好帮手 5 光电转换器12 台 6 光端机12 台 7 交换机6 台 8 四芯单模光纤米按现场情况 9 网线米按现场情况 10 仪器保护箱55 个 1 3 系统建设要求系统建设要求 1 监测系统无人值守 有人照看 自动运行 年运行可靠率 95 以上 2 在市电断电情况下 监测系统设备可依靠备用电源连续工作 2 小时 以上 3 GPS 硬件设备具有良好的物理性能和工作性能 4 本系统采用光纤通讯 GPS 观测数据实时传输到控制中心 解算软件 实时处理 1 4 系统目标系统目标 1 建立主坝 GPS 自动化变形监测系统 在周围基岩处建立两个基准站 在主坝坝顶 坝坡 坝基等位置布设监测站 设定日常信道报警系统 用于大 坝的日常运营管理 2 通过实时监测主坝的空间位移 确定变形状况 几何线形等 报告 大坝在各种环境下的结构变化 评价大坝结构健康与安全状况提供资料 3 报告大坝的实际工作状况 为结构维护提供依据 学习好帮手 4 提供高质量的双频 GPS 测量数据 实时获得毫米级精度的位置数据 5 报告大坝主要构件有否任何损坏或者累积性的损伤并设立报警系统 6 对大坝结构的健康状况 结构安全可靠性进行评估 二系统设计依据二系统设计依据 GPS 监测系统的技术设计及工程建造依据相关的国家标准和相关行业标准进 行 本设计书中所引用的部分技术规范参见表 2 1 名称名称编号编号批准单位批准单位年份年份 全球定位系统 GPS 测量规范 GB T 18314 国家测绘局 2001 国家一 二等水准测量规范 GB T 12897 国家测绘局 1991 工程测量规范 GB 50026 国家技术监督局 1993 卫星通信中央站通用技术条件 GB T 16952 国家技术监督局 1997 计算机信息系统安全保护等级划分准则 GB 17859 国家技术监督局 1999 精密工程测量规范 GB T 15314 国家技术监督局 1994 全球定位系统城市测量技术规程 CJJ 73 97 中国建设部 1997 测绘技术设计规定 ZBA 75001 国家测绘局 1989 测绘技术总结编写规定 CH1001 91 国家测绘局 1991 测绘产品检查验收规定 CH 1002 国家测绘局 1995 测绘产品质量评定标准 CH 1003 国家测绘局 1995 全球定位系统 GPS 测量型接收机检定规程 CH 8016 国家测绘局 1995 电子设备雷击保护导则 GB 7450 国家技术监督局 1987 通信用电源设备通用试验方法 GB T 16821 国家技术监督局 1997 计算机软件产品开发编写指南 GB8567 国家技术监督局 1988 信息处理 数据流程图 程序流程图 系统流 程图 程序网络图和系统资源图的文件编制 符号及约定 GB1526 国家技术监督局 1989 信息处理系统 计算机系统配置图符号及约定 GB T 14085 国家技术监督局 1993 计算机软件质量保证计划规范 GB T 12504 国家技术监督局 1990 学习好帮手 计算机软件配置管理计划规范 GB T 12505 国家技术监督局 1990 法国国家雷标准 NF C17 102 法国 LCIE 中国地壳形变监测网络基准站建立规范地震局 测绘局 2000 中华人民共和国公共安全行业标准 GA173 国家技术监督局 1998 混凝土结构设计规范 GBJ 10 国家建设部 1989 表 2 1 三三 基准站设计基准站设计 3 1 基准站的选址基准站的选址 基准站的选址要考虑两方面的因素 第一要满足 GPS 观测所必须的条件 另外 要利于基准站的施工及日后的维护 根据大坝周围环境基准站选址设计 如下 1 基站选在主坝两岸的山坡上 基准站基础开挖到基岩浇筑 2 基站应有 10 以上的地平高度角卫星通视条件 3 远离电磁干扰区 微波站 无线电发射台 高压线穿越地带等 和雷击区 其 距离不小于 200 m 4 避开主坝主干道 人流较多的通道等易产生振动的地点 5 基准站应避开地质构造不稳定区域 断层破碎带 易于发生滑坡 沉陷等 局部变形的地点 易受水淹或地下水位变化较大的地点 7 具有稳定 安全可靠的交流电电源 8 选点位置尽量靠近坝体 利于与监测点以 短基线 进行解算 学习好帮手 3 2 基站的建设基站的建设 3 2 13 2 1 功能实现功能实现 1 建立 2 个连续运行基准站 2 基准站属于基岩型基准站 主机采用南方 NET S8 基站型 GPS 主机 利 于设备安装及 GPS 接收机的保护 天线通过强制对中器固定在观测墩顶部 GPS 接收机安置在简易房中 3 基准站采集的 GPS 数据既可以通过光纤网络传输到服务器的硬盘上保存 也可以同时在 GPS 接收机中进行备份 增加数据的安全性 4 在断电的情况下 可以依靠 UPS 继续工作 12 个小时以上 5 系统控制中心可以通过光纤网络系统远程方式 设定 控制 监测基准 站的运行 3 2 23 2 2 基站设备基站设备 1 1 NETNET S8S8 1 采用嵌入式系统平台 选用32位ARM处理器AT91RM9200 主频可上到 180MHz 工业级低功耗设计 抗干扰能力稳定性很强 满足CORS系统长时间无 人值守稳定运行的要求 2 主机配备3个RS232数据端口 1个气象仪接口 1个外部时钟接口 可连 接高精度原子钟 气象仪 气压仪 倾斜仪等多种传感器设备 适用于不同行 业对于多功能CORS系统的需求 3 内置4GB的高性能工业级SD数据存储卡 支持1G到16G任意容量大小的工 业级SD数据存储卡 可储存5秒采样率12个月以上的原始观测数据 数据以文件 方式存储 可供本机复制下载或远程下载 并有循环存储功能 同时用户可以 通过本地主机或服务器远程设置是否启用SD卡存储静态数据 4 用户可通过网络 串口 蓝牙以及液晶面板按钮等任意方式对系统参数 进行配置 用户通过网络可以远程登录到NET S8主机 查看主机的运行状态 学习好帮手 下载观测数据 支持远程的重启 格式化SD卡 升级和注册等 方便用户远程 对系统对进行维护操作 减少用户的维护成本 5 基站主机具备自动复位功能 在主机掉电恢复后会自动按原设置继续工 作 而无须人工干预 主机具备长期 稳定的连续工作能力 即长期 连续跟 踪卫星信号并记录数据的能力 技术指标 GNSSGNSS 特性特性 72 通道 GPS L1 C A 码 L2C L1 L2 1L5 GLONASS L1 C A 和 P 码 L2 P 码 L1 L2 先进的多路径干扰抑制技术 采用 PAC 和 Vision 相关技术 能够有效消 除来自天线附近或强多路径干扰环境下的多路径干扰信号 具有高精度 高可 靠性和高数据采样率的特点 定位精度定位精度 静态 平面 3mm 1ppm 高程 5mm 1ppm 数据存储数据存储 内存 4GB 可记录 12 个月的原始观测数据 卫星数据记录为 5 秒一个历 元 支持 16G 大容量工业级 SD 数据存储卡 数据更新率 最高达 20Hz 电气性能 电压 DC 输入 12 15V 带过压保护 功耗 3 0W 接口接口 1 个 RJ45 端口 10M 100M 支持 TCP IP HTTP NTRIP 协议 3 个 RS232 数据端口 支持进行本地 RTCA RTCM CMR 改正传输 1 个气象仪接口 支持气象仪 气压仪 倾斜仪 学习好帮手 1 个外部时钟接口 支持连接高精度原子钟 物理指标物理指标 尺寸 20 2cm 长 16 3cm 宽 7 5cm 高 重量 1 4kg 防震 坚固铝合金外壳加塑胶圈 抗 1 米自然跌落 防水 用水冲洗无任何伤害 防尘 完全防止粉尘进入 等级 IP67 工作环境 工作环境 工作温度 30 度至 70 度 工作湿度 相对湿度 10 95 非凝结 2 2 扼流圈天线 扼流圈天线 南方 CR 3 型大地型扼流圈天线支持精确度为毫米 能够有效抑制多路径效 应的影响 结合不妥协的稳定的相位中心 小于 0 8MM 且可以抑制射频干扰 天线建于大地测绘研究标准的基础上 采用铝材质的扼流圈和一个 Dome Margolin 偶极元件 低噪音 低消耗 还拥有同步频率选择功能 工作频率 1227MHZ 10MHZ 1575MHZ 10MHZ 阻抗 50 驻波比 1 5 1 增益 38dB 3dB 噪声 1 5 dB 极化方式 右旋圆极化 工作电压 3 12VDC 工作电流 40mA 连接器 TNC 重量 5 2kg 学习好帮手 工作温度 45 65 储存温度 55 85 尺寸 直径 30cm 高 10cm 低部直径 12cm 底高 3 5cm 天线高 L1 11 01cm L2 12 94cm 3 3 串口联网服务器 串口联网服务器 GPS 接收接输出的 GPS 原始数据格式为 RS232 通过串口联网设备转为 RJ45 转发到光缆的光电转换器中 LANLAN 以太网 10 100Mbps RJ45 保护 内建 1 5kv 电磁隔离 串口界面串口界面 界面 RS232 串口数 1 信号 TxD RxD RTS CTS DTR DSR DCD GND 串口保护 15kv 电源隔离 电源 9 30v 输出 165MA 12v 95MA24V 3 2 33 2 3 基准站结构基准站结构 基准站以混凝土现场浇筑 观测墩顶部安装强制对中装置 观测墩尺寸见表 3 1 部位尺寸 观测墩台体上底 0 4 0 4 学习好帮手 下底 0 60 0 60 高 1 5 平台 1 60 1 60 0 2 基础挖深按地质情况开挖到基岩 表 3 1 1 基准站观测墩应该开挖到基岩上或钻孔桩 2 GPS 观测墩采用钢管或者钢筋混凝土现场浇铸的方法施工 混凝土浇 铸过程中的水泥 沙子 石子及其他添加剂的用量以及混凝土施工的要求均按 照要求执行 3 GPS 观测墩中的钢筋骨架采用直径 10mm 的螺纹钢筋 使用时须在 距两端 10cm 处 分别向内弯成 形弯 足筋下端 30cm 处向外弯成 形弯 用 料 裹筋采用直径 6mm 的普通钢筋 4 基座建造时浇灌混凝土至基座深度的一半 充分捣固后放入捆扎好 的基座钢筋骨架 在基座中心垂直安置捆扎好的柱石钢筋骨架 将柱石钢筋骨 架底部与基座钢筋骨架捆扎一起 浇灌混凝土至基座顶面 充分捣固并使混凝 土顶面处于水平状态 5 待基座混凝土凝固硬实 常温下约 12h 后 在基座中心逐层垂直安 置观测墩柱石模型板 浇灌混凝土并充分捣固 6 混凝土浇灌至地面下 0 2 米时 在观测墩外壁应预埋适合线缆进出 的直径不小于 25mm 的硬质管道 钢制或塑料 供安装电缆保护线路用 基站建完后设备结构示意图如图 3 1 所示 学习好帮手 图 3 1 基准站结构示意图 3 2 43 2 4 基准站防电涌防护基准站防电涌防护 电涌是微秒量级的异常大电流脉冲 它可使电子设备受到瞬态过电的破坏 随着半导体器件的集成化程度的提高 元件间距的减小 半导体厚度的变薄 电子设备受到瞬态过电破坏的可能性越来越大 如果一个电涌导致的瞬态过电 压超过一个电子设备的承受能力 那么这个设备或者被完全破坏 或者寿命大 大缩短 雷电是导致电涌最主要的原因 雷电击中输电线路会导致巨大的经济损失 每一次电力公司切换负载而引起的电涌都缩短各种计算机 通讯设备 仪器仪 表和 PLC 的寿命 另外 大型电机设备 电梯 发电机 空调 制冷设备等也 会引发电涌 UPS 也可被电涌摧毁 建筑物顶部的避雷针在直击雷时可将大部分的放电分流入地 避免建筑物 的燃烧和爆炸 UPS 不间断电源可处理电压的严重下降 二者非常有用 但都 不能保护计算机免受电涌的破坏 而且 UPS 本身集中很多微处理器 也可被电 涌摧毁 由于基准站主要设备架设于露天制高点 雷电和电涌防护可以分为电 力线 通信线 射频线 露天设备防护等几方面 采用不同的避雷器件完成 有关器件的技术规格与设计施工 采取的具体措施如下 学习好帮手 电力线进入 UPS 之前 加装电力线电涌防护设备 隔离 UPS 和电力线 设备选型为四川中光高科公司的 ZGSD60 电力线保护器 器件外型参见 图 3 2 GPS 天线进入主机前 加装电涌防护设备 设备选型为四川中光高科公 司的产品 器件外型参见图 3 3 图 3 2 电力线电涌防护设备 图 3 3 射频线避雷装置 3 3 基站数据传输基站数据传输 设备连接 1 GPS 接收机与 Nport5110 串口卡连接 把 RS232 数据传承 RJ45 形成网 络链路 连接的时候需要注意的是要将串口线两头六角隔离螺丝拧紧 防止在 使用的过程中脱落导致数据中断 2 Nport5110 串口卡通过网线将数据转发到 IMC 光电转换器 构建局域网 3 各串口接口采用光隔离器 MOXA TCC 82 进行保护 4 Nport5110 串口联网服务器与 IMC 光电转换器采用 RJ45 防雷插件进行 保护 基站数据传输网络设计示意图 学习好帮手 GPS Nport IP X X X 1 IMC RJ45 GPS Nport IP X X X 2 RJ45 IMC 光纤 光纤 数据采集中心IMC 图 3 4 基站数据传输网络 3 4 基站防雷设备安装基站防雷设备安装 一般来说 基站的位置是比较空旷的 基准站要做好避雷措施 避雷针的安装 1 采用避雷针的方法防御直击雷 以 GPS 监测站的水泥柱原有的主钢筋做 引下线将雷电流分流 减少设备被雷电磁场损坏的概率 2 避雷针采用长度为 1m 采用三角架固定与水泥柱旁 使避雷针的法兰 盘与其设备相距 50cm 三脚架 为直角边为 50cm 的等边直角三角形 将其一 直角边固定于水泥柱 将另一直角边上固定避雷针 同时 将三脚架于水泥柱 的钢筋焊接 以此作为引下线 防雷针的安装应满足以下要求 1 避雷针接引下线防雷地网对地地阻必须小于 10 对于不满足要求的 要进行地网改造直至满足要求 2 避雷针要采用提前放电式避雷针 避雷针的引线要采用双接点与引下线 主筋焊接 焊接点要做好防锈措施 学习好帮手 3 避雷针的高度和安放位置要符合相关防雷规范的规定 四四 监测站设计监测站设计 4 1 监测站建设监测站建设 4 1 14 1 1 功能实现功能实现 1 监测站无人值守 自动运行 2 监测站主机采用分体式的 GPS 接收机 利于设备安装及 GPS 接收机的保 护 天线通过强制对中器固定在观测墩顶部 可以利用大坝现有的观测墩 通 过混凝土二次浇筑把强制对中装置固定在观测墩顶部 3 监测站采集的 GPS 数据既可以通过光纤网络传输到服务器的硬盘上保存 也可以同时在 GPS 接收机中进行备份 增加数据的安全性 4 系统控制中心可以通过光纤网络系统远程方式 设定 控制 监测监测 站的运行 4 1 24 1 2 监测站设备监测站设备 1 Net S3 尺寸 20cm 11cm 4cm 重量 0 8kg 电压 外接直流电 宽输入范围 12 15V 内置锂电池 2 3600MA 主机功耗 3 0W 防震 坚固铝合金外壳加塑胶圈 抗 1 米自然跌落 防水 用水冲洗无任何伤害 防尘 完全防止粉尘进入 学习好帮手 等级 IP67 接口 一个电源接口 两个 RS232 接口 一个 10 100M 以太网接口 一个 ANT 接口 支持网络远程控制 2 扼流圈天线 南方 CR 3 型大地型扼流圈天线支持精确度为毫米 能够有效抑制多路径效 应的影响 结合不妥协的稳定的相位中心 小于 0 8MM 且可以抑制射频干扰 天线建于大地测绘研究标准的基础上 采用铝材质的扼流圈和一个 Dome Margolin 偶极元件 低噪音 低消耗 还拥有同步频率选择功能 工作频率 1227MHZ 10MHZ 1575MHZ 10MHZ 阻抗 50 驻波比 1 5 1 增益 38dB 3dB 噪声 1 5 dB 极化方式 右旋圆极化 工作电压 3 12VDC 工作电流 40mA 连接器 TNC 重量 5 2kg 工作温度 45 65 储存温度 55 85 尺寸 直径 30cm 高 10cm 低部直径 12cm 底高 3 5cm 天线高 L1 11 01cm L2 12 94cm 3 串口联网服务器 GPS 接收接输出的 GPS 原始数据格式为 RS232 通过串口联网设备转为 RJ45 转发到光电转换器中 学习好帮手 LANLAN 以太网 10 100Mbps RJ45 保护 内建 1 5kv 电磁隔离 串口界面串口界面 界面 RS232 串口数 1 信号 TxD RxD RTS CTS DTR DSR DCD GND 串口保护 15kv 电源隔离 电源 9 30v 输出 165MA 12v 95MA24V 4 1 34 1 3 监测站结构监测站结构 观测墩 用于支撑 GPS 观测天线 观测墩柱体内预埋 PVC 管道 用于铺设 天线电缆 现有观测墩没有预埋 PVC 管外露 仪器墩外部进行保温和防风处理 顶部安装强制对中装置 观测墩结构图见图 4 1 图 4 1 学习好帮手 如馈线长度超过 100 米需安装信号放大器 GPS 主机及其附属设备安装在 仪器保护箱内 当 GPS 天线电缆引入仪器保护箱时 需在跨中箱梁壁上钻孔 孔径大小为 20mm 电缆安装后充填空隙 GPS 接收机通过光纤接入到就近的光 纤接入交换机 4 1 44 1 4 电涌防护电涌防护 监测站电涌保护与基准站设计相同 4 2 电缆的铺设电缆的铺设 监测站电缆需套 PVC 管 管直径至少为 5cm 或者挖沟埋设到达数据采集 中心 电缆的铺设需注意以下几点 a 全部电缆必须穿 PVC 管 b 监测点电缆沿走线槽布设 间隔 3 米有一个捆扎 c 不允许有小于 90 扭折 防止电缆损坏 4 3 监测单元数据传输监测单元数据传输 监测站除了天线固定在观测墩顶部 其余设备均安置在仪器保护箱中 一 方面起到保护仪器的作用 同时也简化了中间设备连接过程 试系统更加简洁 数据传输更稳定 设备的连接与基准站相同 可根据监测站站数采用合适设备类型 学习好帮手 五五 数据采集中心设计数据采集中心设计 5 1 数据采集中心选址数据采集中心选址 在主坝上建立数据采集中心 数据采集中心是整个系统监测数据的心脏 是 GPS 监测数据从前端采集发送到控制中心的重要关节 数据采集中心的建设 需要考虑以下问题 a 数据采集中心宜在基准站和监测站断面中心位置 b 交通方便 利于供电及维护 c 尽量选开阔 平敞的场地 d 利于天线电缆及光纤的铺设 e 避开雷击区 5 2 数据采集中心布置及装修数据采集中心布置及装修 a a 满足技术系统的功能要求满足技术系统的功能要求 各类设备需要一定的安装空间 使用空间 维修空间 各类设备又有各工 艺环境要求 如温度 湿度 通风 洁净度 各种供电和照明要求等 b b 给工作人员创造健康卫生的工作环境给工作人员创造健康卫生的工作环境 机房应为工作人员创造一个有利于健康 卫生的工作环境 数据采集中心 房内应有良好的通风 温度 采光 空间 等环境 c c 有利于提高工作效率有利于提高工作效率 机房内设备的布置应有利于操作 管理 有利于各子系统间的技术联接 有利于统一管理和维护 学习好帮手 5 3 数据采集中心网络设计数据采集中心网络设计 数据采集中心是连接前端 GPS 接收机与控制中心的大动脉 它的性能直接 影响整个系统的运行与可靠性 网络设计如下图 5 1 图 5 1 数据采集中心采用设备如下表 序号设备型号备注 1 GPS 接收机 2 IMC 光电转换器 MOXA 101 S SC 3 串口联网设备 Nport5110 4 光端机 GPX399 Z 学习好帮手 5UPSSantak c10ks 6 机柜 80cm 60cm 160cm 表 5 1 数据采集中心设备配置 5 4 防护设计防护设计 数据采集中心网络须考虑电涌防护 对数据采集中心的防护设计如下 a 电力线防护设备 数据线防护设备与基准站的防护设计相同 b 各网线的接插口采用防雷插件 RJ45 保护器 c 网络安全 1 整个网络须配置内部 IP 地址 各串口联网设备设置密码保护 2 所有基站与监测站组成局域网 所有数据传输都在内网进行 六六 光纤通讯网络建设光纤通讯网络建设 6 1 通讯光缆选择通讯光缆选择 当今 国际上流行的布线标准主要有两个 一个是北美的标准 EIA TIA 568A 一个是国际标准 ISO IECIS11801 EIA TIA 568A 和 ISO IECIS11801 推 荐使用 62 5 125um 多模光缆 50 125um 多模光缆和 8 3 125um 单模光缆 单模光纤的纤芯很小 约 4 10um 只传输主模态 这样可完全避免了模态 色散 使传输频带很宽 传输容量很大 这种光纤适用于大容量 长距离的光 纤通信 因此我们选择使用单模光纤 常用单模光纤的尺寸常用单模光纤的尺寸 8 3 125um 学习好帮手 800nm 900nm 短波波段 1250nm 1350nm 长波波段 1500nm 1600nm 长波波段 在这些波段中 光纤传输性能表现最佳 尤其是运行于波段的中心波长之 中 单模光纤运行波长则为 1310nm 或 1550nm 但是 不管光纤传输性能怎样 的好 它仍然要遇到通信系统共有的最大问题 信号的衰减 在光纤布线中 衰减产生的原因有内在的外在的 内在衰减与光纤材料有关 而外在衰减与施 工安装有关 内在衰减的降低有赖于光缆生产商 他们将致力于材料和工艺的 改良 外在衰减一般是由光纤铺设时变型 光纤与光源耦合损耗以及光纤之间 连接损耗造成的 这些可以通过施工人员的努力去减少 6 2 光纤网络建设光纤网络建设 6 2 16 2 1 光纤铺设方案光纤铺设方案 光缆敷设最重要的是根据数据采集中心到控制中心的地理环境选择一条合 适的路径 不一定最短的路径就是最好的 还要注意土地的使用权 架设的或 地埋的可能性等 施工中要时时注意不要使光缆受到重压或被坚硬的物体扎伤 光缆转弯时 其转弯半径要大于光缆自身直径的 20 倍 1 户外架空光缆施工采用吊线托挂架空方式 包括挂钩加挂 整理 2 户外管道光缆施工 A 施工前应核对管道占用情况 清洗 安放塑料子管 同时放入牵引线 B 计算好布放长度 一定要有足够的预留长度 详见表 6 1 自然弯曲增 加长度 m km 入孔内拐增加 长度 m 孔 按头重叠增加 长度 m 侧 室内预留度 m 备注 学习好帮手 5 0 5 18 1015 20其他预留按实际情况 C 一次布放长度不要太长 一般 2KM 布线时应从中间开始向两边牵引 D 布缆牵引力一般不大于 120kg 而且应牵引光缆的加强心部分 并作 好光缆头部的防水加强处理 E 光缆引入和引出处须加顺引装置 不可直接拖地 D 管道光缆也要注意可靠接地 3 直接地埋光缆的敷设 A 直埋光缆沟深度要按标准进行挖掘 标准见下表 B 不能挖沟的地方可以架空或钻孔预埋管道敷设 C 沟底应保正平缓坚固 需要时可预填一部分沙子 水泥或支撑物 D 敷设时可用人工或机械牵引 但要注意导向和润滑 E 敷设完成后 应尽快回土覆盖并夯实 直埋光缆埋深标准直埋光缆埋深标准 敷设地段及土质埋深备注 普通土 1 2 半石质 沙砾土 风化石 1 0 全石质 0 8 从沟底加垫 10cm 细土或沙土 流沙 0 8 市郊 村镇 1 2 市内人行道 1 0 学习好帮手 穿越铁路 公路 1 2 距道渣底或距路面 沟 渠 塘 1 2 农田排水沟 0 8 表 6 2 直埋光缆埋深标准 4 建筑物内光缆的敷设 A 垂直敷设时 应特别注意光缆的承重问题 一般每两层要将光缆固定 一次 B 光缆穿墙或穿楼层时 要加带护口的保护用塑料管 并且要用阻燃的 填充物将管子填满 C 在建筑物内也可以预先敷设一定量的塑料管道 待以后要敷射光缆时 再用牵引或真空法布光缆 光缆搬运及敷设中的技术要点 1 光缆在搬运及储存时应保持缆盘竖立 严禁将缆盘平放或叠放 以免造 成光缆排线混乱或受损 2 短距离滚动光缆盘 应严格按缆盘上标明的箭头方向滚动 并注意地面 平滑 以免损坏保护板而伤及光缆 光缆禁止长距离滚动 3 光缆在装卸时宜用叉车或起重设备进行 严禁直接从车上滚下或抛下 以免损坏光缆 4 敷设时应严格控制光缆所受拉力和侧压力 必要时应询问光缆相关机械 强度指标 5 敷设时应严格控制光缆的弯曲半径 施工中弯曲半径不得小于光缆允许 的动态弯曲半径 定位时弯曲半径不得小于光缆允许的静态弯曲半径 学习好帮手 6 光缆穿管或分段施放时应严格控制光缆扭曲 必要时宜采用倒 8 字 方法 使光缆始终处于无扭状态 以去除扭绞应力 确保光缆的使用寿命 7 光缆接续前应剪去一段长度 确保接续部分没有受到机械损伤 8 光缆接续过程应采用 OTDR 检测 对接续损耗的测量 应采用 OTDR 双向 测量取算术平均值方法计算 6 2 26 2 2 光纤焊接及网络链接光纤焊接及网络链接 1 光缆分路焊接点的连接采用永久性光纤连接 熔接 这种连接是用放电 的方法将连根光纤的连接点熔化并连接在一起 其主要特点是连接衰减在所有 的连接方法中最低 典型值为 0 01 0 03dB 点 但连接时 需要专用设备 熔 接机 和专业人员进行操作 而且连接点也需要专用容器保护起来 2 光纤接续后应排列整齐 布置合理 将光纤接头固定 光纤余长盘放一 致 松紧适度 无扭绞受压现象 其光纤余留长度不应小于 1 2m 3 光缆接头套管的封合若采用热可缩套管时 应按规定的工艺要求进行 封合后应测试和检查有无问题 并作记录备查 4 光缆终端接头或设备的布置应合理有序 安装位置须安全稳定 其附近 不应有可能损害它的外界设施 例如热源和易燃物质等 5 从光缆终端接头引出的尾巴光缆或单芯光缆的光纤所带的连接器 应按 设计要求插入光配线架上的连接部件中 如暂时不用的连接器可不插接 但应 套上塑料帽 以保证其不受污染 便于今后连接 6 在机架或设备 如光纤接头盒 内 应对光纤和光纤接头加以保护 光 纤盘绕方向要一致 要有足够的空间和符合规定的曲率半径 7 屋外光缆的光纤接续时 应严格按操作规程执行 光纤芯径与连接器接 头中心位置的同心度偏差要求单模光纤同心度偏差应小于或等于 1 m 凡达不到规定指标 尤其超过光纤接续损耗时 不得使用 应剪掉接头重 新接续 务必经测试合格才准使用 学习好帮手 8 光缆中的铜导线 金属屏蔽层 金属加强心和金属铠装层均应按设计要 求 采取终端连接和接地 并要求检查和测试其是否符合标准规定 如有问题 必须补救纠正 9 光缆传输系统中的光纤跳线或光纤连接器在插入适配器或耦合器前 应 用丙醇酒精棉签擦拭连接器插头和适配器内部 要求清洁干净后才能插接 插 接必须紧密 牢固可靠 10 光纤终端连接处均应设有醒目标志 其标志内容应正确无误 清楚完 整 如光纤序号和用途等 七七 系统控制中心系统控制中心 系统控制中心利用办公区现有机房 系统控制中心主要由内部网络 数据 处理软件 服务器等组成 通过光纤网络实现基准站 监测站 数据采集中心 控制中心之间的有线连接 系统控制中心功能主要 数据处理 系统运行监控 信息服务 网络管理 用户管理 本章将就系统控制中心 以下简称控制中心 的工程建设 网络结构等进行论述 7 1 监测软件监测软件 Dmonitor 监测软件 Dmonitor 实现 GPS 原始数据读取 解算 预警 转发 其包括 DapriderDaprider DomatorDomator WarningClientWarningClient MonitorTransfersMonitorTransfers 四个模块 整这个 系统软件实现构架如图 7 1 学习好帮手 数 据 传 输 中 间 件 COM 监 测 软 件 GPS 1 GPS N 监测数据传输网络 监测数据传输网络 基线解算 软件接口 数据库 图 7 1 7 1 17 1 1 DapriderDaprider 软件通过 Darider 获取 GPS 原始数据 Darider 模块既可以实时的从串口 或网络端口获取数据也可以从本地硬盘中读取保存的数据 对数据进行回放 检查 如图 7 2 学习好帮手 图 7 2 7 1 27 1 2 DomatorDomator 软件解算与监测模块 获取原始观测数据后进行处理 根据 GPS 监测站和 被监测站的原始观测值实时计算被监测点的位移 其解算主要分为两个过程 模糊度的实时解算和基线值的计算 a 模糊度的实时解算是根据监测站和被监测站的单历元原始观测值 形成 双差观测值 并联合基线已知值信息来实现的 计算分为三个过程 浮点模糊 度及其协方差的计算 模糊度的固定以及模糊度的检验 1 首先 根据双差相位和伪距观测值以及基线已知信息计算浮点模糊度及 其协方差 2 然后用 LAMBDA 方法固定模糊度 3 模糊度的检验通过计算固定解与基线先验值的差来判断 如果差值在限 学习好帮手 制范围内 则认为是固定的 在首次运行软件时 基线先验值为手工输入的已 知值 随着软件的运行 先验值在不断的更新 也就是说发生形变后 软件会 自动更新先验值 b 模糊度固定并检验合格后 开始实时计算基线值 当软件检测到某颗卫星发生周跳后 则重新固定其模糊度 软件可以处理 单频和双频数据 单频使用 L1 双差相位值和 C1 伪距相位值固定模糊度 用 L1 双差相位值计算基线值 双频除了固定 L1 双差模糊度外 还用宽巷相位双差组 合及 P2 伪距双差固定宽巷双差模糊度 从而得到窄巷模糊度 以达到更高的精 度 图 7 3 Dmator 主界面 1 学习好帮手 图 7 4 Dmator 主界面 2 7 1 37 1 3 WarningClientWarningClient 在 Dmator 中设置好预警端口后 在这个模块中就可以读到变形监测数据 当监测站的位移超过了设计值时就进行报警 报警的方式可以通过声光报警或 者短信方式通知管理人员 如图 7 5 图 7 5 学习好帮手 7 1 47 1 4 MonitorTransfersMonitorTransfers MonitorTransfers 是本着数据共享的原则进行设计的 通过这个模块对数 据进行发布 最大限度的发挥系统的作用 7 2 功能与实现功能与实现 7 2 17 2 1 系统监控系统监控 系统控制中心重要功能主要是对各基准站 监测站及数据采集中心设备状 态 正常性进行监测管理 主要依靠软件实现 由 Dmonitor 状态及 SQLsever 保存的系统信息来判断完成 在系统控制中心内可实现对系统整个监测系统的 实时 动态的管理 全部设备而且大部分监测功能是自动实现的 无需人员干 预 完成的功能如下 系统数据的处理 存储 发布功能 报警系统的智能启动 对基准站的设备进行远程管理 完好性监测 对监测站设备的进行远程管理 完好性监测 对数据采集中心机房设备的进行远程管理 完好性监测 网络安全管理 禁止各种未授权的访问 通讯网络故障的诊断与恢复 7 2 27 2 2 信息服务信息服务 该功能用于实现向各级管理者提供监测数据的服务 系统的运行状况及坝 体的安全状况 系统控制中心服务器通过 MonitorTransfers 系统向各级部门进 行播发 可适应以下的通信模式 该功能通过硬件 软件混合方式实现 实现了 Internet 发播方式 广播和在条件成熟时 可随时扩充 广播通信 FMHDS 向全区域发布实时监测数据 学习好帮手 Internet 实现数据的共享 无线 Internet 方式 GPRS CDMA 用户通过无线拨号上网 发播监测 数据给管理者 7 3 控制中心机房布置控制中心机房布置 系统控制中心应置与监测办公室内 控制中心安装有外线电话 服务器室 内安置 UPS 网络服务器机柜 对机房内的线缆 电力线和网络线 进行整体 布线 室内所有网线 电力线等通过固定于墙壁上的走线槽分配至各机位中 机房平面见图 7 6 所示 IMC101 RJ45 报警装置 GPS数据 等离子电视 光纤跳线 图 7 6 监测数据可以和视频监控数据同时显示在电视中 管理员可以实时直观的 观察到系统的运行情况及坝体的信息 7 4 机房防护设计机房防护设计 系统控制中心网络要考虑雷电的防护 另外由于服务器与 Internet 互联 必须考虑网络的安全性 不仅要能够防止来自 Internet 外部的网络攻击 还要 能够防止内部的攻击 对系统控制中心网络的防护施工 电力线进入 UPS 之前 加装电力线电涌防护设备 隔离 UPS 和电力线 学习好帮手 系统控制中心避雷针的接地可以直接接到建筑物的接地网上 但要求接地 电阻小于 5 八八 方案报价方案报价 8 1 一机多天线方案一机多天线方案 序号设备单价 万 数量合计 万 备注 1 NET S8 基站型 GPS 接收 机 9 2 台 18 基准站带内存 支持气象设备接入 2 NET S3 基站型 GPS 接收 机 6 9 台 54 SA01 SA02 SA03 断面各一台 GPS 接收机 SA05 SA06 SA07 断面 各两台 3 双频 GPS 天线 1 55 个 55 每个监测点一个 4 一机多天线系统 6 9 套 54 SA01 SA02 SA03 断面各一套 SA05 SA06 SA07 断面各两套 5 Nport5110 串口卡 0 6 11 块 6 6 6 光端机 0 5 12 台 6 7 交换机 0 2 3 台 0 6 8 四芯单模光纤米按现场情况 9 网线米按现场情况 学习好帮手 10 仪器保护箱 0 3 9 个 2 7 合计196 9 万 8 2 一监测点一基站方式一监测点一基站方式 序号设备单价 万 数量合计 万 备注 1 NET S8 基站型 GPS 接收机 9 2 台 18 基准站带内存 支持气象设备接入 2 NET S3 基站型 GPS 接收机 6 55 台 330 每个监测一个接收机 3 双频 GPS 天线 1 55 个 55 4 Nport5110 串口卡 0 6 55 块 33 5 光电转换器 0 5 12 台 6 6 光端机 0 5 12 台 6 7 交换机 0 2 6 台 1 2 8 四芯单模光纤米按现场情况 9 网线米按现场情况 10 仪器保护箱 0 3 55 个 16 5 合计465 7 万 学习好帮手 九九 北京首云铁矿北京首云铁矿 GPSGPS 自动化监测系统自动化监测系统介绍介绍 北京首云铁矿 GPS 自动化监测系统的成功实施为尾矿位移监测提供了科学 先进观测的方法 加强对大坝岩体变形情况的及时有效监测 并结合观测结果 进行稳定性研究和及时为大坝实施安全措施提供重要资料 是保证大坝安全生 产 人员安全 避免灾难性事故的重要手段 1 1 观测墩土建观测墩土建 首云铁矿铁矿 GPS 自动化监测系统总共两个断面 8 个监测站 断面分别位 于东西坝两侧