GPS自动化变形监测系统方案

('大坝GPS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九年十一月目录GPS自动化监测系统实施方案一系统总体设计.....................................................................................................................................31.1监测点布置概况.........................................................................................................................31.2监测系统具体实现.....................................................................................................................41.2.1基站布置.............................................................................................................................................41.2.2监测站具体设计................................................................................................................................41.3系统建设要求.............................................................................................................................61.4系统目标.....................................................................................................................................6二系统设计依据.......................................................................................................................................7三基准站设计.........................................................................................................................................83.1基准站的选址.............................................................................................................................83.2基站的建设.................................................................................................................................83.2.1功能实现............................................................................................................................................83.2.2基站设备............................................................................................................................................93.2.3基准站结构......................................................................................................................................123.2.4基准站防电涌防护..........................................................................................................................133.3基站数据传输...........................................................................................................................153.4基站防雷设备安装...................................................................................................................15四监测站设计.......................................................................................................................................164.1监测站建设...............................................................................................................................164.1.1功能实现..........................................................................................................................................164.1.2监测站设备......................................................................................................................................174.1.3监测站结构......................................................................................................................................184.1.4电涌防护..........................................................................................................................................194.2电缆的铺设...............................................................................................................................194.3监测单元数据传输...................................................................................................................20五数据采集中心设计...........................................................................................................................205.1数据采集中心选址...................................................................................................................205.2数据采集中心布置及装修.......................................................................................................215.3数据采集中心网络设计...........................................................................................................215.4防护设计...................................................................................................................................22六光纤通讯网络建设...........................................................................................................................236.1通讯光缆选择...........................................................................................................................236.2光纤网络建设...........................................................................................................................246.2.1光纤铺设方案..................................................................................................................................246.2.2光纤焊接及网络链接......................................................................................................................26七系统控制中心...................................................................................................................................277.1监测软件Dmonitor...................................................................................................................287.1.1Daprider..........................................................................................................................................287.1.2Domator............................................................................................................................................291GPS自动化监测系统实施方案7.1.3WarningClient................................................................................................................................317.1.4MonitorTransfers..........................................................................................................................327.2功能与实现...............................................................................................................................327.2.1系统监控..........................................................................................................................................327.2.2信息服务..........................................................................................................................................327.3控制中心机房布置...................................................................................................................337.4机房防护设计...........................................................................................................................33八方案报价...........................................................................................................................................34九北京首云铁矿GPS自动化监测系统介绍........................................................................................35十张河湾抽水蓄能电站上水库GPS变形监测系统介绍....................................................................412GPS自动化监测系统实施方案一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监测点布置概况大坝总共布置有31个变面位移监测点，分8个观测断面平行于主坝的方向分布，断面编号为S1~S8。如下图所示：图1.1松涛大坝表面变形监测点平面分布图监测系统由数据采集、通讯系统、控制中心三个部分组成。3GPS自动化监测系统实施方案1.2监测系统具体实现1.2.1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监测站具体设计一机多天线系统的使用令GPS监测系统的成本大为降低，其最突出的优点是一个GPS接收机可以带多个GPS天线，通过不同的通道进行GPS原始数据的传输。但是由于天线的增多，离GPS接收最远的监测点其馈线势必增长，当馈线的长度超过一定长度时信号的衰减会相当严重，考虑到这个因素我们必须对监测点为进行合理的规划，在不影响系统正常运行的情况下最大的降低监测系统的成本。从总体上来看，松涛大坝监测点按横断面的方式分布，由于点位较多、分布广，不利于仪器统一管理及数据的传输，这里我们将按监测点位的实际位置进行规划，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。监测点位设计及使用设备情况作描述如下：（1）第一监测面，第一监测面包括S1-1、S2-1、S3-1，3个监测点。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。在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）第二监测面,第二监测面设置7个监测点为：S1-2、S2-2、S3-2、S4-1、S5-1、S6-1、S7-1。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S4-1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）第三监测面布置有8个监测点，分别为：S1-3、S2-3、S3-3、S4-2、S5-2、S6-2、S7-2、S8-1。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S5-2监测点附近安置仪器保护箱，放4GPS自动化监测系统实施方案置一机多天线系统、GPS接收机、电源系统等设备；（4）第四监测面布置有8个监测点，监测点号为：：S1-4、S2-4、S3-4、S4-3、S5-3、S6-3、S7-3、S8-2。在S5-3这个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。（5）第五监测面布置有5个监测点，监测点号为：：S1-5、S2-5、S3-5、S2-6、S3-6。在这两个监测断面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。（6）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。（7）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。（8）数据采集系统设备表序号设备型号数量备注1NETS8基站型GPS接收机2台2NETS3基站型GPS接收机5台每个监测面各一台3双频GPS天线33个每个监测点一个4一机多天线系统5套SA01、SA02、SA03断面各一套，SA05、SA06、SA07断面各两套。5Nport5110串口卡14块5GPS自动化监测系统实施方案6光端机4台7交换机1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7个1.3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（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；（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。6GPS自动化监测系统实施方案二系统设计依据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。名称编号批准单位年份全球定位系统（GPS）测量规范GB/T18314国家测绘局2001国家一、二等水准测量规范GB/T12897国家测绘局1991工程测量规范GB50026国家技术监督局1993卫星通信中央站通用技术条件GB/T16952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GB17859国家技术监督局1999精密工程测量规范GB/T15314国家技术监督局1994全球定位系统城市测量技术规程CJJ73-97中国建设部1997测绘技术设计规定ZBA75001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CH1002国家测绘局1995测绘产品质量评定标准CH1003国家测绘局1995全球定位系统（GPS）测量型接收机检定规程CH8016国家测绘局1995电子设备雷击保护导则GB7450国家技术监督局1987通信用电源设备通用试验方法GB/T16821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/T14085国家技术监督局1993计算机软件质量保证计划规范GB/T12504国家技术监督局1990计算机软件配置管理计划规范GB/T12505国家技术监督局1990法国国家雷标准NFC17-102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GBJ10国家建设部1989表2-17GPS自动化监测系统实施方案三基准站设计3.1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200m；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。3.2基站的建设3.2.1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NETS8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。8GPS自动化监测系统实施方案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。3.2.2基站设备1、NETS81.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NETS8主机，查看主机的运行状态，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：GNSS特性72通道GPSL1C/A码，L2C，L1/L2/1L5GLONASSL1C/A和P码，L2P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9GPS自动化监测系统实施方案和高数据采样率的特点。定位精度静态平面3mm+1ppm高程5mm+1ppm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1个外部时钟接口，支持连接高精度原子钟物理指标尺寸：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：工作温度：－30度至70度工作湿度：相对湿度，10％～95％（非凝结）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。10GPS自动化监测系统实施方案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：50Ω驻波比：≤1.5：1增益：38dB±3dB噪声：≤1.5dB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=12.94cm3、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。LAN以太网10/100Mbps，RJ45保护内建1.5kv电磁隔离串口界面界面RS232串口数1信号TxDRxDRTSCTSDTRDSRDCDGND11GPS自动化监测系统实施方案串口保护15kv电源隔离电源9-30v输出165MA@12v，95MA24V3.2.3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12GPS自动化监测系统实施方案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。图3.1基准站结构示意图3.2.4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13GPS自动化监测系统实施方案和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：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；14GPS自动化监测系统实施方案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MOXATCC-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：图3.4基站数据传输网络3.4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。15GPS自动化监测系统实施方案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10Ω，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。(3)避雷针的高度和安放位置要符合相关防雷规范的规定。四监测站设计4.1监测站建设4.1.1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。4.1.2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：23600MA16GPS自动化监测系统实施方案主机功耗：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：50Ω驻波比：≤1.5：1增益：38dB±3dB噪声：≤1.5dB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=12.94cm17GPS自动化监测系统实施方案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。LAN以太网10/100Mbps，RJ45保护内建1.5kv电磁隔离串口界面界面RS232串口数1信号TxDRxDRTSCTSDTRDSRDCDGND串口保护15kv电源隔离电源9-30v输出165MA@12v，95MA24V4.1.3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。18GPS自动化监测系统实施方案图4.1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。4.1.4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。19GPS自动化监测系统实施方案4.3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。五数据采集中心设计5.1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a.满足技术系统的功能要求20GPS自动化监测系统实施方案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.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.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。5.3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21GPS自动化监测系统实施方案序号设备型号备注1GPS接收机2IMC光电转换器MOXA101-S-SC3串口联网设备Nport51104光端机GPX399-Z5UPSSantakc10ks6机柜80cm60cm160cm表5-1数据采集中心设备配置5.4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。六光纤通讯网络建设6.1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-22GPS自动化监测系统实施方案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8.3/125um800nm-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6.2.1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：23GPS自动化监测系统实施方案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50.5～18～1015～20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24GPS自动化监测系统实施方案流沙≥0.8市郊、村镇≥1.2市内人行道≥1.0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。25GPS自动化监测系统实施方案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。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6.2.2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。26GPS自动化监测系统实施方案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1μm。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。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Dmonitor监测软件Dmonitor实现GPS原始数据读取、解算、预警、转发，其包括Daprider、Domator、WarningClient、MonitorTransfers四个模块。整这个系统软件实现构架如图7.127GPS自动化监测系统实施方案图7.17.1.1Daprider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。28GPS自动化监测系统实施方案图7.27.1.2Domator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29GPS自动化监测系统实施方案制范围内，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7.3Dmator主界面130GPS自动化监测系统实施方案图7.4Dmator主界面27.1.3WarningClient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7.5.31GPS自动化监测系统实施方案图7.57.1.4MonitorTransfersMonitorTransfers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7.2.1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。7.2.2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。32GPS自动化监测系统实施方案广播通信：FMHDS，向全区域发布实时监测数据。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。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。33GPS自动化监测系统实施方案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5Ω。八方案报价序号设备型号数量报价备注1NETS8基站型GPS接收机2台4.5万/台2NETS3基站型GPS接收机5台4万/台每个监测面各一台3一机多天线系统5套4万/套每个监测面使用一套4Nport5110串口卡14块500元/块RS232转RJ455光端机4台3000元/台数据流的远程传输6交换机1台200元/个数据分流7四芯单模光纤米5元/米按现场情况8网线米按现场情况9仪器保护箱7个1000元/个仪器保护10合计57.92万34GPS自动化监测系统实施方案九北京首云铁矿GPS自动化监测系统介绍北京首云铁矿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。观测墩设计上底40mm、下底40mm、高1680。观测墩土建过程如图8.1至8.4所示。图8.1图8.235GPS自动化监测系统实施方案图8.3图8.42数据采集中心数据采集中心建在距东西坝距离大慨相等的子坝上，由于尾矿库粉尘大、地势开阔因此要考虑放水防尘等因素，数据采集中心建成后如图6-5。由于数据采集中心机房对地电阻大，因此需要重新做地网。以数据采集中心机房周围3m为半径，水平接地体形成环形形分布，地沟深50cm，宽30cm。采用截面为404mm的热镀锌扁钢焊接。垂直接地体是在水平接地体两端开始，以3m为间隔设立。向下挖直径为20cm，深2m，接地极采用505mm的热镀锌角钢，长2m，垂直埋入36GPS自动化监测系统实施方案图8.5数据采集中心图8.6防雷地网37GPS自动化监测系统实施方案图8.7串口联网设备与IMC图8.8光纤终端盒38GPS自动化监测系统实施方案三光缆埋设尾矿库子坝由尾矿沙堆成，光缆埋地入室。根据现场情况沟挖深0.8米进行光缆直埋,见图8.10，8.11。图8.939GPS自动化监测系统实施方案图8.10四控制中心控制中心的机房建设应为工作人员创造一个有利于健康、卫生的工作环境。作人员需要昼夜工在机房内工作，为有利于他们的健康、有处于他们精力充沛，机房内应有良好的通风、温度、采光、空间、色彩等环境。40GPS自动化监测系统实施方案图8.11十张河湾抽水蓄能电站上水库GPS变形监测系统介绍张河湾抽水蓄能电站位于河北省石家庄市井陉县测鱼镇附近的甘陶河干流上。距石家庄市区直线距离为53km，公路里程77km，距井陉县城公路里程45km。电站总装机容量1000MW，装机4台，单机容量250MW。电站枢纽主要由上水库、水道系统、地下厂房系统及地面出线场、下水库拦河坝和拦排沙工程等组41GPS自动化监测系统实施方案成，工程等级为一等。上水库位于下水库左岸的老爷庙山顶，采用开挖筑坝围库而成。上水库工程主要包括堆石坝、库盆沥青混凝土防渗面板、排水系统、库岸基础处理。上水库坝顶高程812m，库顶轴线长2846.088m，坝顶宽8.0~10.0m，上游坝坡1:1.75，下游坝坡1:1.5，最大坝高（坝轴线处）57m。上水库正常蓄水位为810m，死水位为779m，工作水深31m，总库容789.0万m3，调节库容717.5万m3。上水库采用沥青混凝土面板全库盆防渗，总防渗面积34.5万m2。上水库工程表面变形监测采用全球卫星定位系统（GPS）进行监测。采用双频GPS在上水库工程表面建立监测网络，利用GPS对上水库的工作环境、上水库的结构状态等各类外部荷载因素作用下的响应进行监测，及时掌握坝体及大坝岩体的结构状态，应用现代测绘技术、计算机技术对观测数据进行基线解算，通过与原始基线的对比，得到上水库工程表面变形监测的准确数据。监测系统网采用静态相对定位的方法：在库区周边地质条件好、覆盖层较薄的新鲜基岩上设置2个基准点，利用2台GPS接收机进行定期连续跟踪测量。上水库工程表面变形监测GPS系统在库区周边地质条件好、覆盖层较薄的新鲜基岩上设置了2个基准点和1个校测基准点，在上水库坝体下游坡面、防浪墙、库岸边坡及近坝址岩坡表面等部位，建立59个间断性监测点，其中防浪墙顶（ST）表面测点13个，坝顶下游侧表面测点5(GPS)个，下游坝坡面表面测点19(LD)个，坝坡面观测房顶表面测点4(TD)个，库周基岩表面测点18(LR)个。一观测墩在库区周边地质条件好的、覆盖层较薄的山坡新鲜基岩上设置2个基准点，利用2台GPS接收机进行连续跟踪测量，基站如图9.1，监测站在分别位于坝顶、坝坡、坝基上如图9.2.42GPS自动化监测系统实施方案图9.1基准站图9.2监测站二、通讯网络张河湾上水库GPS监测系统采用了无线AP（AccessPoint）组成无线局域网络进行数据传输，如图9.3，9.4。图9.3固定在控制中心楼顶的无线AP43GPS自动化监测系统实施方案图9.4监测站无线网桥的搭建三控制中心控制中心布置在值班楼一楼的监测办公室内，如图9.544GPS自动化监测系统实施方案图9.5控制中心45',)