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11.2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。

2.6风塔沉降GPS自动化监测预警系统组成数据处理中心建设在控制中心，办公室有总控计算机、数据处理工作站、打印机等硬件设备，而在总控计算机上安装华测GPSensor软件2。

控制中心配备一台高性能服务器，用于数据分析和图形处理，以及终端服务。

结合GPSensor软件和其他专业的数据处理软件，实时对数据分析和图形处理。

如下图，为该系统结构拓扑图。

参考站A300X60M数据传输方式采用光纤传输，能使用市电的情况全部使用市电，在不方便使用市电的地方使用太阳能和蓄电池联合供电方式。

2.7风塔沉降GPS自动化监测预警系统技术的先进性1）GPS接收机及其配套设备，要求包括从数据采集、集中传输、解算处理、显示和记录及避雷和防盗等安全保护设施的全部设备，实现将监控数据传输到监控中心并显示；2）监测系统无人值守，有人照看、自动运行，年运行可靠率99%以上，系统可满足7×24小时长时间可靠运行，连续无故障运行时间超过10万小时。

在没有太阳的情况下，监测系统设备可依靠备用电源连续工作7天以上；3）GPS硬件具有良好的物理性能和工作性能，适合长时间连续工作，GPS接收机天线为测量型天线；4）本系统可采用光纤通讯，数据传输到控制中心准实时处理；5）准实时显示和分析形变量，可间断性评估的健康状况；6）数据实时输出给分析软件；7）控制中心软件自动解算，最短反应时间可为几分钟到几小时，并实时进行网平差，自动评估监测结果，而且各参数完全由用户根据不同监测需求自行设置。

8）设定日常信道报警系统，Web发布以及可通过短消息或E-MAIL方式报警，无论您在何时何地都可以掌握风塔沉降体的动态；9）通过实时监测风塔沉降点的空间位移，确定风塔沉降区的变形状况、几何线形等；10）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，静态精度为水平：小于±3mm ,垂直：小于±6mm；风塔风载震动中实时监测精度：小于±10mm ,垂直：小于±20mm11）自动生成报表，形成报表的周期用户可自行设计，比如一周、一天等，一些必要的输出信息用户也可以自动添加或删除，同时根据需要可自动生成各点的周变化曲线、月变化曲线等。

3风塔沉降GPS自动化监测预警系统方案实施1)本GPS自动化监测系统实施主要包括以下几个方面：2)参考站及监测站选址3)参考站及监测站观测墩的建设4)设备的供电5)设备避雷6)数据通讯7)控制中心的建设3.1本监测系统设计依据风塔沉降GPS自动化监测预警系统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下表：3.2风塔沉降区GPS监测点的布置风塔沉降区GPS自动化监测预警系统的监测单元包括参考站和监测站，各站点的具体布置方式根据以下要求：3.2.1GPS参考站GPS基准网布设应根据风塔沉降体的情况而定。

点位宜分布在风塔沉降体周围(与监测点的距离最好在3公里以)地质条件良好、稳定、视野相对比较开阔且易于长期保存的地方，而这些监测点必须定时应与就近的GPSA,B级控制网或国家IGS网进行联测,以利于分析基准网点的可靠性及变形情况。

基准网点基线向量的中误差σ≤1ppm・D，当基线长度D<3km时,基线分量绝对精度≤3mm。

对于本监测系统而言，我们将按照这些布设条件，分别在远离风塔沉降区、地质条件稳定的地方建设3个参考站。

3.2.2GPS监测站监测点GPS天线安装到风塔顶部合适的位置，GPS主机置于塔筒顶部的机柜。

GPS 天线和GPS主机之间通过同轴电缆由于GPS观测无须点间通视,所以监测点位完全可按监测风塔沉降的需要选定(但应满足GPS观测条件)。

3.3风塔沉降体GPS观测蹲的建设3.3.1参考站的选址依据参考站要求建立在地基稳定的地点，同时GPS参考站场地应满足以下要求：1)距离风塔沉降体最好不超过3KM；2)参考站场地稳固，最好建在稳定的基岩上或冻土层以下2米，但不允许建设在风塔沉降体上；而监测点必须选择在风塔沉降体上，所选择的监测点要和整个风塔沉降体为一个整体，监测点的三维变化可以实时、真实反映风塔沉降体的三维变化；3)视野尽量开阔；4)远离大功率无线电发射源（如电视台，电台，微波站等），其距离不小于200m，远离高压输电线和微波无线电传送通道，其距离不得小于50m；5)尽量靠近数据传输网络；6)参考站观测蹲应远离震动源（铁路、公路等）50米以上。

3.3.2 GPS观测墩的埋设要求1 参考站观测墩(单位：CM)注：水准标志在观测墩的四侧各埋一个，目的是将来可检查墩子有无倾斜，如果本地区没有冻土则从地面算起。