北斗卫星导航桥梁在线变形监测系统

1、基于北斗系统的大桥自动化安全实时在线监测系统广州中海达定位技术有限公司公司介绍2公司资质61. 大桥健康监测系统简介122. 系统方案132.1 坐标系统132.2系统结构142.3 硬件配置及设备选型162.5 软件系统222.5.1 数据传输与数据采集系统（GPSDTUCenter）232.5.2 数据处理部分（ZNetMoniter）252.5.3 ZNetMoniter系统基本功能282.5.6 监测数据分发系统（ZWebMoniter）312.5.7系统特点323传统监测和自动化监测对比334技术先进性345北斗/GPS公路桥梁无人值守监测及预警系统设备356野外设备供电设计方案44

2、7桥监测站点的布设478成功项目案例53 公司介绍 广州中海达定位技术有限公司（以下简称中海达定位）是广州中海达卫星导航技术股份有限公司（股票代码：300177）全资子公司。中海达现有员工近1500人，其中博士后、硕士、高级工程师等研发、技术精英近150名，均为长期致力于GNSS技术研发、生产、市场服务的行业专家及参与了GNSS国产化发展全过程的顶尖人才。中海达总部位于广州，拥有自有产权甲级写字楼3000平方米，拥有一流专业级GNSS仿真环境实验室、技术研发中心、国内一流的GNSS制造车间，为客户源源不断地提供出类拔萃的产品。公司致力于GNSS 技术的深层次研发，提供全球定位系统及相关行业完整

3、高效的系统解决方案，提供全面、快捷、周到的技术支持和服务。“积极响应，快速行动，首问负责、跟踪落实、彻底解决”是我们的服务理念 中海达产品涵盖：高精度测量型GNSS产品系列；超声波数字化测深仪系列；GIS数据采集系统；海洋工程应用集成系统。是国内GNSS行业唯一能提供全面解决方案，根据用户需求量身定制系统解决方案的的实力厂家。中海达测绘通过ISO9000质量管理体系认证，获国家技术监督局颁发计量器具制造许可证，工业品生产许可证，荣获军事装备定点生产制造认证，积累了大量的自主知识产权， 以技术创新，高效服务，科学管理引领中国GNSS产业发展。 中海达定位主要承担着利用集团产品进行新的行业应用拓展

4、的使命和任务，目前已在全国建立起完善的渠道和销售服务体系，依托分支机构和合作伙伴，共同为客户提供服务。 中海达定位主营“中海达”品牌的系统工程业务，率先在行业推出“安全卫士”系列在线监测系统，广泛应用在尾矿库、水库大坝、滑坡、矿山高边坡、桥梁、深基坑边坡监测，精密机械控制等，为用户提供最完善的系统服务，为工程安全和科学决策提供技术支撑。 中海达定位将中海达独有的GNSS技术和产品优势率先引入工程应用领域，领先国内同行。凭借成熟的GNSS技术以及强大的团队实力、工程设计、工程实施、人员培训和后期支持等，形成全方位的专业技术与工程应用综合解决方案。公司定位于高精度测量型GNSS研发、生产、销售；G

5、NSS高精度形变监测预警系统；三维激光扫描系统。公司主要实力展现如下：1、中海达作为中国GNSS行业的军企业，建立了中国最专业、最大的GNSS技术研发中心，拥有200多人的专业化研发团队，致力于专业GNSS/GIS核心技术的研究，并建立了博士后科研工作站。博士后科研工作站2、中海达建设了国际一流GNSS产品生产线，标准的5S车间管理，按照GB/T19001和GJB9001A标准进行质量管理，成为海军军事装备承制单位。中海达质量体系和为海军某部组织的统一培训中海达V8 RTK产品以卓越的性能在南极科考中应用3、中海达专注GNSS核心技术的深入研发，在RTK GPS、GIS数据采集器、CORS系统

6、、数字化测深仪等领域创造了多项中国第一，以技术创新作为企业发展的持续动力，以技术创新引领中国GNSS技术的发展潮流。中海达先进技术成果4、中海达立足中国，以“成为国际一流的GNSS品牌”为目标，逐渐竞逐国际市场，并取得了很好的销售业绩。如今，在美洲、欧洲、非洲、澳洲以及东南亚地区都可见到Hi-Target(中海达英文品牌)的广泛应用身影。中海达产品遍布全球5、作为中国GNSS行业的知名品牌，中海达以全面实现高精度GNSS产品技术的国产化为己任，得到了行业领导和专家大力支持和关怀。中海达受到业内专家高度重视公司资质桥梁变形监测软件1. 大桥健康监测系统简介该健康监测系统旨在通过利用现代传感器、信

7、号采集与处理、通信、远程控制、计算机技术、桥梁结构计算分析等技术为大桥管养者实时监测并掌控大桥的安全使用状态，避免大桥灾难性事故的发生，指导预防式维修管理。根据上述需求，中海达公司采用公司自主知识产权GPS变形监测系统软件（ZNetMonitor）平台及硬件传感器（中海达双频GPS接收机Vnet6），基于ADSL/光纤通讯，提供大桥运营期健康监测系统之GPS 变形监测子系统解决方案。2. 系统方案桥体在运行期间都会受到行车荷载、风力、温度以及突发的自然灾害等外界因素的影响，也会受到混凝土收缩徐变、混凝土老化、混凝土碳化、钢筋松弛、钢筋锈蚀、斜拉索锈蚀、墩台基础沉降等内在因素的影响。在内外因素的

8、影响之下， 大跨度斜拉桥将产生几何变化、内力变化和索力变化等各种效应。如果这些变化过大，超过了桥梁能够承受的安全范围， 将会产生灾难性的后果。为此，本方案将采用GPS技术，对桥梁进行连续观测。根据我国的公路养护技术规范(J TJ 073296) 中的有关规定和要求，以及大跨度桥梁塔柱高、跨度大和主跨段为柔性梁的特点，变形监测的包括桥梁墩台沉降观测、桥面线形与挠度观测、主梁横向水平位移观测、高塔柱摆动观测。2.1 坐标系统GPS 解算出来的坐标是基于WGS84 坐标系统的,而对桥梁特性的分析主要基于桥梁纵向、横向及竖向,所以要建立分别平行桥梁3轴线的桥梁坐标系统。另外根据用户要求，监测软件可将监

9、测结果转换为自定义的本地坐标系统，坐标转换过程为:WGS84 空间直角坐标( X Y Z) 转换到WGS84 大地坐标( BL H)以WGS84 椭球为基准采用恰当的中央子午线将大地经纬度高斯投影为平面格网坐标,保持椭球高不变,从而形成平面格网坐标加椭球高的东北天坐标系平面格网坐标逆时针旋转一个角度使之平行于桥梁纵轴和横轴,保持椭球高不变,从而形成了平行于桥梁3 个轴线的桥梁坐标系或本地坐标系。2.2系统结构中海达GPS监测系统整体结构简单、层次清晰、功能明确，系统由：数据采集系统、数据传输系统、数据处理系统、监测预警系统、综合管理系统等五大系统组成，其中综合管理系统是服务器软件管理中心，数据

10、处理系统是GNSS 数据解算中心、监测预警系统是监测数据分析中心，也是中海达高精度变形监测预警系统的核心。整个系统的结构与功能如下图所示：综合管理系统可有效进行用户管理、数据管理、系统运行管理，确保系统安全和数据安全，可方便进行参数设置、状态本地/远程浏览、数据本地/远程下载以及数据共享等。数据采集系统中海达采集系统关键设备采用高精度进口主板，确保数据采集精确。数据采集系统一般由基准站、监测站以及包括野外电源和防雷系统组成的保障支持系统组成。数据传输系统中海达数据传输系统可采用RS232、专线有线或无线Modem、TCP/IP、UCP、GPRS 无线和CDMA 无线通信、UHF 无线电台等方式

11、，组建传输网络方便灵活。系统不仅支持野外就地拖拽式数据下载，还能实现远程实时数据流传输和文件包下载。数据处理系统中海达数据处理系统可进行长时间连续实时数据处理，解算采用先进的卡尔曼滤波集成单历元整数解算法，轻松达到毫米级定位精度，确保系统运行的稳定性和数据的可靠性。监测分析预警系统中海达监测分析预警系统的数据分析处理能力非常强大，分析角度多、手段丰富，能计算三维位移分量及各向变形速率，自动生成变形历时曲线、变形分布图和多因素相关图；能根据实地地形数据生成三维仿真图，并生成变形场等高图或渐变色谱图以及变形场任意剖面图；能综合其他监测数据进行初步分析与简单评价；能根据预设警界值进行风险断别，实时以

12、短信、声音或屏显等形式进行多渠道状态信息发布，异常状态条件下还能适时多渠道多形式进行预警信息播报（发布渠道包括运行技术人员、单位领导、上级管理部门信息中心等，形式包括短信、语音电话、警报声音、大屏幕显示等）。中海达GPS 外部变形监测系统数据采集与数据传输的典型工作模式如下所示：根据实际条件与需要，系统供电也可配置成其它方式（如市电），数据传输则还可采用有线直连、无线电台、GPRS、无线网桥等方式。2.3 硬件配置及设备选型2.4.1GPS接收机推荐选用中海达VNet6 型专业GPS 接收机，其面板和背板如下图所示：技术参数：应用范围双频双星GNSS接收机，可配置高精度扼流圈ZYAGB-BS0

13、35，或者高性价比AT-2200天线。适合桥梁和高层建筑物等震动监测、混凝土坝等高精度监测应用领域，支持一机多天线监测。最高输出频率50HZ跟踪通道220通道GPS L1 C/A 码, L2C, L1/L2/L5GLONASS L1 C/A 和 P 码, L2 P 码, L1/L2 空基增强系统 WAAS, EGNOS, MSAS,L-Band (Omnistar定位精度单历元解算精度：平面：±(2.5mm+1x10-6D)，高程：±(5.0mm+1x10-6D)单历元解算初始化时间：小于10分钟动态解算精度平面：±(10mm+1x10-6D)，高程：±

14、(20mm+1x10-6D) 初始化可靠性：一般 大于 99.9%支持长基线解算输入/输出格式 差分电文：CMR, CMR+, RTCM 2.3, RTCM 3.0, RTCM 3.1, RTCA 观测值数据：ZHD, RINEX, BINEX,RANGEA 定位数据/状态信息：NMEA-0183 V2.30数据资料记录内置储存容量：1GB 配置 SD 卡容量：4 GB 储存格式：ZHD.RINEX,BINEX 命名选择的文件：多样化 存入数据检索和调动：网络下载 数据管理：支持循环存储接口 5个RS232端口，支持气象仪，倾斜仪，传感器 1个以太网端口 1个外部时钟接口，支持外部高精度原子钟

15、接入 4个电源输入口，相互独立 1个GSM天线接口 以太网：RJ45连接器，支持HTTP、NTRIP，支持10个同时存在的TCP/IP数据流 无线网：支持GPRS或CDMA接入 蓝牙：支持2.4GHz连接安全 可选择的HTTP登录上网, 实时认证, SSL认证 用户分级访问权限、每次支持 10 个用户同时登陆用户界面 5个LED指示，2个按钮键盘，Web 用户界面电源 7 36 V 的直流电输入 120Ah的蓄电池可以工作 250 个小时以上。 功率 4W环境 工作温度：-40 65 存贮温度：-40 80 防水防尘：IP67 重量：1kg 大小：22.5x13.8x7cm2.4.2GPS天线

16、推荐采用型号为AT-2200 型的专业大地测量型双星双频GNSS 天线，能有效降低多路径信号的影响、精确跟踪目前所有的GPS 卫星发射的信号。2.4.3天线连接线采用Syv-50-5-1 型同轴电缆，其射频信号保真高、衰减小，在不加天线信号放大器的情况下信号传输40 米仍可满足GPS 接收机的正常工作需要。2.4.4电源系统电源系统可采用220V交流电，也可以用太阳能，也可使用UPS等。2.4.5通讯系统通讯系统需要根据现场条件采用有线网络或者无线网络，或GPRS等通讯设备。2.4.6其他附件：如连接接头、避雷针、保护箱（罩）、电缆保护管等，以满足GPS 系统正常工作需要为基本原则。2.5 软

17、件系统中海达高精度GPS 形变监测系统是面向GPS形变监测综合应用的专业化综合应用系统，软件系统主要包括三个子系统，包括：数据传输和采集系统（DTUCenter）高精度GPS形变监测数据处理系统（ZNetMoniter）基于Web的形变数据发布系统（ZWebMoniter）中海达高精度GPS 形变监测系统目标明确、结构简单、流程清晰、功能完备，解决方案因地制宜、具有鲜明的针对性，系统设计时在确保监测功能及精度性能的前提下，能充分考虑工程的实际条件并兼顾工程投资的经济性，合理设计系统结构，科学配置系统单元，最大程度实现系统要求与目标。系统运行稳定、数据可靠，能准确表达各监测点的运行状态，能对相关

18、数据进行分析并提出初步风险评价，还能多渠道多形式适时分级发布预警信息，为运行单位随时随地掌握工程结构安全和决策部门在关键时刻的决策分析提供了有效可靠的技术支持。中海达高精度GPS 形变监测系统技术成熟、应用广阔，本系统不仅在多个桥梁健康监测项目运行，还成功应用于滑坡地质灾害监测、矿山边坡变形监测、水库大坝变形监测、堤防渠道变形监测、深基坑及周边影响区变形监测、高层建筑及大型场馆健康监测等领域。中海达高精度GPS 形变监测系统的主要应用领域如下图所示：2.5.1 数据传输与数据采集系统（GPSDTUCenter）数据传输部分负责把GPS原始观测数据（包括监测站和参考站）发送至数据处理和分析中心的

19、计算机上，完全实现最高达50Hz 连续高速精密数据采集。数据传输的方式可有多种，如：Internet有线网或无线、GMS、GPRS以及通讯电台等。GPRS Modem现场工作图对于GPS应用，数据采集软件可采用随机配置的软件，但要求具有实时采集及自动转换成RINEX格式数据文件的功能（如Topcon公司的PC-CDU数据采集软件，如图2.7所示，但它仅适用于Topcon系列的接收机）。为实现对多种接收机设备的兼容和网络数据传输，我们为监测系统开发了专业的的数据采集软件GPSDTUCenter，支持通过串口或Internet方式通讯，支持GPRS/CDMA/3G等通讯方式，系统主要界面如图所示。

20、 GPS原始数据分析界面 GPS实时数据采集2.5.2 数据处理部分（ZNetMoniter）数据处理部分包括GPS数据处理与数据管理。ZNetMoniter是专门为高精度GPS形变监测系统开发的一款基于Windows操作系统的应用软件，该软件采用特殊的算法进行基线解算，同时还具有可视化、数据管理及分析等功能。ZNetMoniter软件算法先进，能运用小波精密分析法对数据进行分析处理，真正实现单历元毫米级高精度连续解算。其主界面如图所示。基于C/S结构的ZNetMoniter工作界面 图 2.10 ZNetMoniter软件主界面不同的应用所需求测量频率是不一样的，如处于危险期的滑坡、汛期的防

21、洪堤、大坝等的监测中，所要求的测量频率将比较高（如每小时一个测量结果）；另一方面，长时间的观测数据可以平滑多路径效应误差，因此GPS的测量精度实际与观测时间的长短有关。所以在实际应用中，必须在测量频率和测量精度取得一个最佳的平衡点。下面是不同测量频率下ZNetMoniter系统测量精度（1倍中误差，由多项目案例统计得出）。表 ZNetMoniter系统测量精度（1倍）观测时间实时30分钟1小时2小时测量精度水平方向5mm+1ppm3.5mm+0.5ppm2.5mm+0.5ppm2mm+0.5ppm竖直方向10mm+1.5ppm7mm+1ppm5mm+1ppm4mm+1ppm2.5.3 ZNet

22、Moniter系统基本功能（1）ZNetMoniter包括工程管理、测站管理、数据预处理、基线解算以及数据管理模块。在连续运行的自动化监测应用中，实时下载并处理由数据采集软件获得的GPS观测数据。经过基线解算后，可获得每个监测点的位移量，并在结果视图中绘制出监测点的位移时程曲线图。（2）能够进行长期、自动化、稳定、不间断运行，能实现最高20Hz 的实时观测，真正做到无人值守，放心又省心；（3）能进行基线解算、已知点符合归算、坐标计算、精度估算；能计算三维位移分量及各向变形速率；能自动生成变形历时曲线；能根据预设警界值进行预警信息或状态信息发布；各监测点历史状态监测（4）基于具有网络接口的接收机

23、设备，可直接进行具有远程数据传输、远程状态浏览、远程系统设置以及数据管理、用户管理、安全管理等功能；监测点接收机网络管理（5）能计算三维位移分量及各向变形速率，能自动生成变形历时曲线图、变形分布图、多变量相关图，能根据实地地形数据生成三维仿真图，并能生成实体变形场等高图或渐变色谱图以及变形场任意剖面图。监测点变形场2.5.6 监测数据分发系统（ZWebMoniter）图 WEB发布系统主界面ZWebMoniter能对变形监测数据进行初步分析与简单评价，能根据预设警界值和实测值进行判别，能及时进行多渠道（基于文件、数据库、流数据）多形式（B/S及C/S结构）监测预警信息或状态信息发布，随时随地掌

24、握运行状态，真正实现远程监控和无人值守；系统主要包括：数据库管理(查询、删除和备份)形变监测数据多形式存储：基于文件、数据库、流数据形变监测结果数据分发：支持面向B/S及C/S结构的在线监测系统建设，真正实现网络化远程监控和无人值守2.5.7系统特点中海达高精度GPS 形变监测系统除具有行业通用优势外，还有着以下几个特点：数据采集快：完全实现最高达50Hz 连续高速精密数据采集；监测精度高：算法先进，能运用小波精密分析法对数据进行分析处理，真正实现单历元毫米级高精度连续解算；硬件层次少：系统组成简单、结构清晰、运行稳定、维护方便；分析手段多：能计算三维位移分量及各向变形速率，能自动生成变形历时

25、曲线图、变形分布图、多变量相关图，能根据实地地形数据生成三维仿真图，并能生成实体变形场等高图或渐变色谱图以及变形场任意剖面图；信息发布快：能对变形监测数据进行初步分析与简单评价，能根据预设警界值和实测值进行判别，能及时进行多渠道多形式预警信息或状态信息发布，随时随地掌握运行状态，真正实现远程监控和无人值守；应用范围广：中海达高精度变形监测分析预警系统不仅能应用于桥梁健康监测，还能广泛应用于滑坡等地质灾害监测以及高边坡、高剪力墙、港口、船坞、矿山、水库大坝和江河堤坝、大型场馆和高层建筑健康监测中。3传统监测和自动化监测对比传统用于位移监测的仪器主要有：全站仪、位移传感器和激光测试等。而这些传统均

26、存在严重不足之处。全站仪监测的不足：采用自动扫描法，需要对各个测点进行一周的连续扫描，而且各测点不同步以及大位移时不可测。 位移传感器的不足：它是一种接触型传感器，必须与测点相接触，且对于难以接近的点无法测量，另外对于横向位移测量比较困难。激光测试的不足：在桥梁晃动大时，由于无法捕捉到光点故无法进行量测，且恶劣天气不可量测。从上述可以看出，传统的位移监测设备与方法存在种种不足。而基于卫星导航系统的位移监测技术具有精度高、无人值守、全天候获取实时数据的优点。相比传统的位移监测技术具有以下优点:卫星导航高精度位移监测技术 VS 传统位移监测技术类别传统监测技术北斗/GPS监测技术建设成本成本高成本

27、低，约占传统监测技术1/10维护便宜性需专业技术人员，每年定期标定；维护简单，不需定期标定。位移监测数据质量横向位移监测比较困难水平、高程方向都能达到高精度监测实时性一般需要后期处理，受天气条件影响大实时、自动、信息化还具有如下主要优点：观测站之间无须通视，点位选择更加灵活。操作简便，勿需进行手工重复劳动，可以节省大量人力物力。定位精度高，定位精度水平为3mm，高程为6mm以内。响应快速，短基线快速定位，其观测时间仅需数分钟。全天候作业，真正实现连续实时观测。可直接提供三维坐标及其绝对或相对变化量，没有变形范围限制，这是传感器类、声纳类、光波类、影像类、频谱类监测手段不可比拟的。自动化程度高，

28、可以完全实现远程控制、远程监测、远程数据下载与共享，方便实现预警信息发布。基于卫星导航技术的位移监测理论与方法，是当前逐渐被广泛采用的位移监测新方法、新技术之一，也是极为重要的监测手段之一。如今，卫星导航位移监测技术已广泛应用于地壳运动观测，区域地面沉降监测，布设各种类型的工程测量控制网，军事上导弹与智能炸弹的精确制导车辆导航等领域，并取得了一系列成果，在实践中逐步发展、完善，积累了丰富的经验。4技术先进性系统的先进性及创新体现在以下几个方面：先进的北斗/GPS高精度位移监测终端设备；国内领先的基于北斗/GPS多模多频位移信号多路径抑制的新算法，高精度单历元实时在线监测技术和最优差分改正电文生

29、成技术；国内首个针对高原山区公路桥梁、边坡管理养护需求的实时在线位移监测系统；国内领先的产品化的位移监测与预警系统，可在国土、电力、水利等领域进行推广应用； 国内领先的桥梁实时动态及高精度静态兼容监测，支持瞬变和徐变两种模式。基于北斗/GPS高精度位移监测解算预警系统通过实现以上各个先进性技术使整个系统真正实现远程无人值守实时监测与预警的能力。具备多方面的特点：监测指标全面、绝对位置真实、系统稳定可靠、技术指标优越、预警预报及时、数据采集连续、远程管理便捷、投资费用节约、硬件层次少、分析手段多、信息发布快、应用范围广，达到国际领先。5北斗/GPS公路桥梁无人值守监测及预警系统设备北斗/GPS兼

30、容型的位移监测终端需要满足以下要求：实时性强：系统的主要工作是对大量的过程状态参数实现实时监测、数据存储、数据处理、进行实时数据分析等。因此，要求在硬件上必须有实时时钟和优先级中断信息处理电路。可靠性高：它是采集子系统最重要的一个要求，由于数据采集系统往往是安装在被控对象的实际工作环境中，所以不仅温度、湿度变化大，而且灰尘多、腐蚀性强，为了确保控制系统的高可靠性，要求采集终端有防潮、防尘、防震的能力。硬件采取冗余技术、隔离屏蔽技术等。在软件设计要可靠、利用容错技术、自诊断技术等，设置安全保护措施等。通信链路多样化：支持多种数据传输链路，包括GPRS,3G,CDMA等，通信链路单元可自由选择。满

31、足高原山区野外作业环境的复杂多样性，可靠性、适应性、标准性、经济性等多项指标。从信息传输的角度来说，其中最基本、最重要的性能指标有两个：通信的有效性和可靠性。有效性主要是指信息传输的“速度”问题，而可靠性主要是指信息传输的“质量”问题。终端设计框图 北斗/GPS高精度位移监测设备是一个系统整机，涉及到天线、射频、基带、控制、显示和接口等众多产品技术，以及完整的产品质量控制体系。为了确保北斗/GPS高精度监测设备的顺利完成，拟采用的解决方案如下：采用中海达现有的GPS系列高精度接收机的产品研发、试验、生产和品管等10多年的测绘行业经验，对本项目进行专项管理，并成立一支专业的研发队伍，研发北斗/G

32、PS的位移监测设备。首先，将研究设计北斗/GPS高精度位移监测设备的关键技术，例如北斗/GPS高精度监测型天线技术、北斗/GPS系统融合捕获与跟踪算法技术、Linux/WinCE嵌入式系统平台技术和终端整机技术等。其次，在综合考虑这些因素的基础上，研究出北斗/GPS高精度位移监测设备的系统解决方案，应用这些方案就可以灵活的设计出北斗/GPS系统组合的高精度位移位移监测设备。位移监测终端设计原理框图如下：位移监测终端原理框图终端详细功能指标（1）功能指标本项目首先实现高精度的定位功能。具备监测站的功能；本项目使用分体机做法，即天线和终端分开，通过天线电缆连接，可自由拆卸；通信能力较强：可实现2G

33、/3G网络接入，RJ45网口， RS232/485通信。实现更宽电压接入，支持DC9-36V电压输入。可扩展性能高，GPRS,CDMA,3G等模块定制，可扩展为4G网络；符合高原山区野外标准和相关防护等级要求。特别防腐蚀，粉尘，防水等方面性能较高，无风扇设计。（2）技术指标跟踪通道 192 通道北斗 B1/B2GPS L1/L2 定位精度平面±（3.0mm+1x10-6D） 高程±（6.0mm+1x10-6D） 初始化时间. . . . . . . . . .小于30 秒初始化可靠性 . . . . . . .一般 大于99.9%数据更新率 1HZ通信能力内置2G/3G模块

34、：实现差分数据和远程网络数据传输；RS232/485通信：支持有线监测数据传输；供电功耗宽电压输入：支持DC9-36V直流电压输入；主副电源输入：2个电源接口，主副电源输入；功耗：<4W；输入输出接口输入输出接口通信方式预留数量功能描述备注北斗/GPS天线接口1TNC头TNC2/3G天线接口12/3G信号SMA电源接口1IP65LEMO 1B 大2芯RJ45接口1有线网络传输网线接口串口RS2321设置，电源，调试，小五芯 通过按钮切换，USB数据下载LEMO 1B 大8芯，设置或调试功能共用3芯，通过按钮切换；副电源2芯；总共需要7芯。串口RS232/4851传感器输入、数据传输附加P

35、PS、事件触发、引脚LEMO 1B 大10芯， 485四芯与232复用、CAN口2芯、PPS一芯、事件触发1芯总共需要8芯。数据资料记录内置储存容量. . . . . . . . . . . . .4GB储存速率. . . . . . . . . . . . . 1 Hz命名选择的文件. . . . . . . . . . . 多样化存入数据检索和调动. . . . . . . .远程网络下载安全可选择的HTTP 登录上网，实时认证，SSL认证（3）物理性能要求防潮：符合高原野外安装标准防腐蚀：符合高原野外安装标准散热能力：无风扇设计，符合高原野外安装标准IP防护等级：IP65，防尘防水工作环

36、境温度：-4560度存储温度：-4585度终端外观结构要求产品结构外观总体要求符合高原野外安装标准，符合高原山区地理环境条件要求，符合高原山区气候环境和无人值守，防盗标准。在符合上述指标说明的同时，应该注意一下几点：方便安装、拆卸、接插线和符合走线习惯；方便运输，拆装，不宜太重；外观美观度要求无需太高，要易于防盗和保管。终端硬件详细设计（1）北斗/GPS高精度监测型天线的设计 天线单元设计北斗/GPS高精度监测型天线采用微带平板天线的形式，通过多层结构微带天线及无源与有源设计相结合等技术途径实现北斗/GPS的多频接收性能、微带天线阵的高增益和低轮廓特性。 图 天线俯视图 图 线侧视剖面图 低噪

37、声放大器单元设计在北斗/GPS高精度监测型天线中，低噪声放大器单元（LNA）单元是不可缺少的重要组成部分，对接收机的灵敏度具有决定性的影响。LNA位于接收机前端主要部分，用于将天线接收到的微弱卫星信号低噪声放大。信号经过低噪声放大、滤波处理后送入接收机处理。LNA信号通道模块框图如下图所示。为了有效降低噪声系数以提高系统灵敏度，采用两级级低噪声放大器级联的方式在降低噪声系数的同时提高了有源电路的增益，减小了后续无源电路对噪声系数的影响，同时高抑制滤波器可以有效地抑制带外干扰和噪声。图 LNA通道组成框图（2）北斗/GPS高精度位移监测芯片方案广州中海达公司与和芯星通科技有限公司共同实施高精度北

38、斗兼容型模块的研制及产业化的项目，由和芯星通提供芯片，中海达生产整机，研发用于高精度北斗兼容型接收机，达到产业化的要求。北斗兼容型芯片主要性能指标：(1)多模多频支持信号：北斗B1/B2、 GPS L1/L2(2) 静态定位精度水平：3mm+1ppm（RMS），垂直：5mm+1ppm（RMS） (3)动态定位精度水平：1cm+1ppm（RMS），垂直：2cm+1ppm（RMS）(4)数据更新率：1-10Hz（3）北斗/GPS高精度位移监测设备方案设计硬件电路结构功能框图如下所示：图 硬件电路结构功能框图北斗/GPS高精度位移监测终端由北斗/GPS接收模块电路、北斗/GPS天线、ARM CPU、

39、FLASH存储器、接口电路/面板电路、GPRS模块电路、电源电路、语音模块电路等组成。（4）位移监测终端一体化和电磁兼容性设计位移监测终端包含北斗/GPS高精度的难点在于如何处理北斗/GPS接收主板和北斗/GPS接收天线同时使用时的电磁兼容性，而定位模块中的同频射频辐射信号在天线接近到一定距离时，这种辐射已经可以导致天线的有用信号被噪声淹没，这样北斗/GPS接收机就无法定位或者接收能力下降。经过实验测试，采用定位模块与接收天线背驮式安装结构，可解决电磁兼容性问题，创造了一种新的天线集成方式，使得高精度北斗/GPS接收机一体化、小型化成为可能。嵌入式系统软件详细设计软件系统体系结构如下图：图 软

40、件系统体系结构产品应用方向该位移监测终端适合在高原山区公路桥梁、边坡位移监测中广泛应用，在各类桥梁，边坡，隧道中设计适合的监测点位，将本位移监测终端固定安装在该点位上即可进行实时，无值守的监测，并将监测数据实时传输给位移监测远程预警平台进行综合分析和预警。6野外设备供电设计方案1）电源系统实现方式：一般分为交流供电、太阳能和风光互补系统（太阳能+风能）供电几种；交流电：适合公路旁方便走电的地方。太阳能：适合公路边坡偏远，交流电供电难度较高的地方。风光互补系统：适合公路边坡偏远，交流电供电难度较高的地方。设计太阳能系统需要的参数：负载功耗负载运行时间无阳光情况下，负载需要保持多久续航时间。在什么

41、地理位置使用。(地级市)通过以上基本需求，就可以计算出该系统需要使用多大功率的太阳能板，多大容量的蓄电池。2）后备电源供电：在常规电源无法工作时，选择后备电源供电。一般分为UPS供电和发电机供电两种。（1）在线式UPS：标准型（内置电池）和长效型（外置电池），适合机房和总电后备电源，不推荐在野外使用。在野外受环境温度影响较大，温度过热过低都将造成不稳定现象，维护难度加大。选用时，必须根据具体系统功率和UPS的直流参数计算电池数量。（2）UPS备份电源设计：UPS特点输入电源宽，频率范围广安全稳定，稳压电源可配发电机负责功率因数0.8UPS原理市电正常的时候，输出端为稳压过后的市电。市电断开后，

42、切换电池组进行逆变输出交流电压。标准型和长效型的区别图 UPS原理图UPS设计选用根据实际负载总功率，选择合适的UPS；不同功率的UPS逆变直流电压不同，得配套不同数量的电池组。（3）UPS设计方式-ATS系统发电机备份电源方式图3-22 发电机备份电源 优点：当市电没电时，自动启动发电机发电，启动切换为发电机给负载供电，无需人工，可直接带标准型UPS，无需外带电池组。缺点：价格稍高，大功率比较常见，5KW以上，发电机发动产生噪音。3）电源系统架线注意事项：使用标准室外电缆，主干电缆不小于4平方铜线或者铜包铝线；分支接口处做好防水防潮处理，电缆对接按照正规水电，电力接线方法，电源线隐患将在今后

43、浮现。建议：架杆走线，光纤电缆等，在当地能找到电力或者电信部门底下的施工队，包工包料实施最好。电缆架空时，挂钩使用正规挂钩，严禁使用细铁丝捆扎。建议工程部或者技术部对施工工艺说明进行完善，整理出一套正规的施工图纸。7桥监测站点的布设监测站点的位置：简支梁桥是最为常见的桥梁之一，其力学结构相对简单，布设控制点的过程中需要结合桥下地质地形及交通情况，将监测点布置在安全隐患相对突出的桥跨，设于桥面不易损坏的边缘位置，如下图所示。图 简支桥监测点布点示意图简支桥典型应用桥梁：图 昆明会阿线上的南盘江特大桥图 楚雄南永线上的三潭3号大桥基准站的设置：基准站必须建立在稳定位置，如桥台岸不易扰动和破坏处。必

44、须为基站提供精确位置和转换参数。(2)拱桥监测站点的布设对于跨径较小的实腹式石拱桥，基础情况较好时可只在拱顶部位设一个监测点。对于空腹式石拱桥和混凝土双曲拱桥，需在拱顶和两个拱脚对应桥面位置分别安设监控点，如下图。图 双曲拱桥监测点布设示意图对跨径较大的中承式拱桥，根据拱桥的受力特点，为反映大桥位移和振动特性，主要监测点设于拱顶、拱腰和拱脚附近(桥面与拱轴相交处)两侧对称安置两个监测点，全桥共10个监测点，如下图所示。图 双曲拱桥监测点布设示意图其中，拱顶监测点布设在两榀拱肋顶点分别安设一个监控点。拱腰监测点布设在两榀拱肋1/4处对称设置两个监测点。拱脚附近(桥面相交处)设在桥面对应处两侧分别

45、设置监测点。 拱桥基准站的设置：基准站必须建立在稳定位置，如桥台岸不易扰动和破坏处。必须为基站提供精确位置和转换参数。拱桥典型应用桥梁：图 迪庆西景线上的松园桥图 丽江华兰线上的金安桥(3)斜拉桥监测站点的布设斜拉桥一般由斜拉索、塔柱和主梁及桥墩、桥台组成，可只在板梁、各个受力部位设一个监测点，全桥至少10个站点，1个基准站图 斜拉桥监测点布设示意图斜拉桥典型应用桥梁：图 迪庆尼其线上的其春桥(4)悬索桥监测站点的布设悬索桥的构造（1） 主缆：是悬索桥的主要承重构件主缆的材料：强度高、弹性模量大、耐腐蚀。主缆类型：钢丝绳主缆和平行丝股主缆。主缆形式：单面主缆和双面主缆。（2） 吊索吊索的布置形

46、式：竖直布置和斜向布置吊索的材料：镀锌钢丝绳、镀锌高强平行钢丝绳和刚性吊杆。（3）索夹（4）索鞍（5）加劲梁：钢板梁、钢桁梁、钢箱梁和钢筋混凝土箱梁。悬索桥一般由主缆、吊索和塔及、梁组成，可只在板梁、各个受力部位设一个监测点，全桥至少10个站点，1个基准站。图 悬索桥监测点布设示意图悬索桥典型应用桥梁：图 临沧西景线上的澜沧江桥8成功项目案例中海达定位公司桥梁位移监测：已经完成的桥梁监测项目有长沙路矮寨大桥监测工程项目、广西南宁大桥高精度在线监测项目、广州新光快线大桥在线监测项目等。广州新光大桥变形监测项目，主要利用了GPS位移监测设备，在考虑桥梁结构和可实施性等多方面的因素，最终选取了16个

47、监测点分布到桥的表面或拱顶等位置。目前该桥梁运行正常，变形监测数据能够实时获取，并根据历史数据可以进行数据分析，判断桥梁的位移情况。用户方对于我们的实施成果给与了高度评价，公司也一直在积累着桥梁监测方面的技术和经验。图为新光大桥变形监测数据发布系统的示意图：图3-38 新光大桥变形监测发布系统云南省43座典型应用桥梁序号桥梁名称桥梁编码桥梁所属路线名称里程桩号桥梁长度（m）桥梁技术状况（类）监测点和基准站（个）所属路段上部结构1南盘江特大桥S209530125L0330会阿线 K16+170636.15120m+220m+120m三向预应力砼连续刚构主桥和4×40mT梁引桥37昆明2新坝水库桥G324530126L0010福昆线2455.214117.4空心板梁73打马坎大桥S402530129L0670功待二级公路K66+021358.03预应力钢筋砼工型梁194江底河特大桥南永线K103+625221.25普通钢筋混凝土箱拱9楚雄5三潭3号桥S217532326L0230南永线K98+415131.1预应力I型组合梁11611合同3号桥南永线k134704130.09工型组合梁11711合同4号桥南永线k131858166.295空心板118姐告大桥老桥G320533102L2420沪瑞线K3659+568(实地桩号K3632+975)600工字梁、T型