华测风塔GPS自动化监测方案设计书

华测风塔GPS自动化监测方案设计书1风塔沉降GPS监测的总体设计

1.1系统设计依据

华测GPS变形监测系统是一个集结构分析计算、计算机技术、通信技术、网络技术、传感器技术等高新技术于一体的综合系统工程。本监测系统的作用是成为一个功能强大并能真正长期用于结构损伤和状态评估，满足固体建筑物管理和运营的需要，同时又具经济效益的结构健康安全监控系统，遵循如下设计原则：

1)遵循简洁、实用、性能可靠、经济合理的指导思想；

2)系统设置立足实用性原则第一，兼顾考虑科学试验和设计验证等方面因素；

3)各传感器的布置、安装要合理，力求用最少的传感器和最小的数据量完成工

作；

4)系统应具有可扩展性。

GPS & GPSensor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参见表1。

表1

1.2系统硬件总体设计

系统硬件由四大部分组成：

1)传感器子系统：由布置监测点上的各类GPS组成，主要传感器采用后安装方

式；

2)数据传输子系统：GPS天线到GPS主机由同轴电缆通讯；GPS主机及其它传

感器与控制中心通讯采用有线或无线的通讯方式；

3)数据处理与控制子系统：由布置在监控中心的小型机系统、服务器系统、数

据实时自动处理与Web发布；

4)辅助支持系统：包括外场机柜、配电及UPS、防雷和远程电源监控。

2风塔沉降GPS自动化监测预警系统概况

2.1GPS自动化监测在风塔沉降形变监测中的应用

GPS用于形变监测，监测的区域一般不是很大，但变形监测点布设比较密集。当GPS 用于风塔沉降监测时，往往是对一定围具有代表性的区域建立变形观测点，在远离监测点合适的位置（如稳固的基岩上）建立基准点。在基准点架设GPS接收机，根据其高精度的已知的三维坐标，经过定期连续观测从而得到变形点坐标（或者基线）的变化量。根据观测点的形变量，建立安全监测模型，从而分析风塔沉降的变形规律并实现及时的反馈。事实上，为了建立一个更接近实际情况的安全监测模型，合理的密集分布监测点是需要的。

与普通的工程测量不同，风塔沉降及形变监测需要实时传送数据，并不断更新，达到监控的目的。普通的全站仪或其它监测手段不仅需要更多的人力完成观测操作，而且由于其部的电器、光学特性使得它不能工作在雨雪天气，夜里也无法完成测量作业，GPS 技术由于其全天候作业的特点不但可以取代传统的测量作业方式，而且可以将GPS信号传输到控制中心，实现数据自动化传输、管理和分析处理。

GPS用于变形监测虽具有突出的优点，所以GPS技术在安全监测方面一定会有广阔的应用前景。

2.2GPS自动化监测系统发展

GPS（全球卫星定位系统）自八十年代中期投入民用后，已广泛地在导航、定位等各领域应用，尤其在测量界的控制测量中起了划时代的作用。正因为是它在相对定位中的高精度、高效益、全天候、不需通视等优点，使人们普遍采用其来代替常规的三角、三边、边角等方法，并在理论、实践中取得了可喜的成果。在精密工程变形监测中也逐步得到广泛的应用。

随着社会经济和科学技术的快速发展，为了更有效保障国家财产及人生安全，利用传统的变形监测手段越来越不能满足变形监测要求，这就迫切需要性能更可靠的设备来监测大桥的形变。目前，随着GPS技术的不断成熟，GPS自动化监测系统已经在桥梁、

风塔沉降、建筑、地震、等行业中应用并取得很好的效益。GPS自动化监测系统仪器以其卓越的性能受到专家的好评。

从国外的有关研究和应用可以看出GPS是一个非常有效的GPS监测技术，GPS与其它传感器结合用于风塔沉降监测已形成了趋势。目前GPS在风塔沉降中的最高精度在毫米级。而华测GPS监测系统已经做到数据自动传输、自动解算处理、准实时测量结果和测量结果图形演示，自动预警报警。

2.3自动化监测的优点

自动化监测系统允许以任意间隔采样-----典型间隔可以是按分钟、小时或者按天。测试精度得以提高，数据可以远程处理，从而向项目组提供有用信息。当然，还有其它益处包括：

1)避免人工读数和记录引起的人为误差。

2)可以实现远程以及恶劣天气条件下采集数据。

3)每天可进行24小时连续监测。

4)连续监测能快速检测到临界变化，能在事态恶化之前采取处理措施。

5)自动化监测系统可以按程序步骤监测限定阀值、变化速率，从而能在超出预定

极限值时自动报警。

很多工程师认为自动化监测是“黑箱”，可见的查验以及宝贵的经验都被冷冰冰的电路板和继电器将所存在的问题通过警报而取代了。事实上，自动化连续监测所获得的数据能向工程师提供被监测结构很多肉眼不易察觉的新的特征信息。它们拓展了工程师的视野，对结构响应有深入的理解。不仅如此，应用自动化监测系统，结合先进分析工具，工程师能享受到这些廉价的新技术优势，而不用牺牲风塔沉降的安全。

2.4风塔沉降GPS自动化监测预警系统的介绍

风塔沉降GPS自动化监测预警系统，主要应用现代化的传感技术、GPS技术、计算机技术、现代网络通讯通信技术对在不同的天气或环境下准实时反映风塔沉降区域变形情况，根据对实时位移数据的实时分析，对分析后适当的数据存储、分类、提取、统计等处理，为中心站日常管理提供各类报表、图形，为风塔沉降预警分析提供决策依据和参考以达到在最短的时间通过短消息、E-MAIL或者声响预警、报警的功效，如下面示意

图：

系统功能示意图

另外，本系统还可实现预警站点分布图、预警站点基本情况的计算机的初级显示等功能。

2.5风塔沉降GPS自动化监测预警系统原理和方法

本系统采用成熟的INTERNET技术、华测高精度GPS准动态算法及GPS一机一天线等技术。

变形监测网络中的每个GPS接收机都同时输出GPS的原始数据格式RT17，RT17包含了GPS解算的所有必要的载波相位数据、星历等数据。通过无线网桥1或者GPRS/CDMA 无线网络传到控制中心。控制中心根据每台GPS接收机对应的IP地址和端口号，获得每个监测点的原始实时数据流;或者，软件通过远程的端口映射，直接从监测单元的端口获得GPS的原始数据流。在控制中心服务器上，GPSensor监测软件准实时解算出各监测点的三维坐标。本套系统采用的是光纤传输。