基于_互联网_的自动化变形监测系统的设计与应用_李新求
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针对数据采集节点数目多的特点，将各个传感 器组成的测量点构成测量网络，使用 SNAP 的无线 mesh 网络协议实现 ZigBee 的无线组网，利用 ZigBee 传感器网络将某一区域内所有节点的运行数据集中 到网络协调器节点 MCU，然后通过 DTU 以 GPＲS 方 式发送 至 服 务 器。 系 统 采 用 先 进 的 无 线 自 组 网 （ WSN） 技术，每个传感器模块独立工作，即使出现 单个坏点，也不影响整个系统工作。
本系统的通用性强，集成度高，不仅可以用于基 坑监测，在建筑物变形监测、地下隐蔽设施监测、滑 坡监测、大坝变形监测，以及桥梁工程监测、高支模 监测、地 铁 监 测 等 变 形 监 测 方 面 也 有 广 泛 的 应 用 前景。
( 本专栏由徕卡测量系统和本刊编辑部共同主办)
4． 自动化监测信息管理平台
平台采用客户端 / 服务器（ C / S） 架构，并采用大 型数据库系统 Oracle 进行数据储存与管理。
2016 年 第 1 期
李新求，等: 基于“互联网+”的自动化变形监测系统的设计与应用
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平台能够实现包括第三方监测单位、政府安全 监管机构、建 设、施 工 和 监 理 等 单 位 的 多 方 监 管 功 能。安全信息主界面地图颜色显示一目了然； 数据 能够实时进行采集、传输、分析、处理、预警并及时共 享，实现多区域多监测信息和监测数据的统一管理 和共享查询； 发生预警时，系统能自动以短信、邮箱、 电话等形式预警或报警通知各责任主体、政府安全 监督部门或行政主管部门。平台能够对监测项目进 行实时安全监测和监管，监管对象从人工转化为仪 器，为建设工程安全监管部门的管理模式创新提供 了信息化技术手段。同时，平台还能够接入不同厂 家不同类型的传感器，全面地对监测信息进行掌握。
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徕卡测量新技术应用专栏
测绘通报
2016 年 第 1 期
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基 于“互 联 网 +”的 自 动 化 变 形 监 测 系 统 的 设 计Байду номын сангаас与 应 用
李新求1，2 ，梅迎春1，2 ，蒙尚雁1 ，张 齐2
( 1． 广东省工程勘察院自动化变形监测研究所，广东 广州 510000; 2． 广东泽宝变形监测 研究有限公司，广东 广州 510000)
五、工程应用
目前该系统已成功应用于广州、佛山、珠海等地 的 19 个基坑工程施工中，本文以佛山某基坑支护工 程为例。
该项目共有 9 个监测项，分别为基坑顶部水平 位移及沉降 监 测、周 边 地 面 沉 降 监 测、地 下 水 位 监 测、锚索监测、围护结构测斜、支撑应力监测、立柱沉 降监测。基 坑 顶 部 沉 降 及 地 下 水 位 监 测 曲 线 如 图 2、图 3 所示。可以看出，各监测项数据均正常，未超 报警值。通过现场对该工程进行检查，基坑支护结 构状况良好，与人工监测也比较吻合。通过长时间 的应用，可知该系统可以正常用于实际工程监测应 用中。
图 1 自动化变形监测系统构成
三、自动化监测系统软件部分的设计
1． 自动化数据采集系统
该系统在 Visual Studio 2010 的平台上采用 Visual C#进行开发，指导徕卡全站仪和各类型传感器 进行监测作业。
2． 自动化数据处理预警系统
数据采集过程实时进行数据检验，并对超限的 数据进行自动分级报警处理，报警方式灵活多样，可 以发送短信、邮件，也可以远程激活报警器等，将信 息及时发送给所有可能会受到安全威胁的人群。
2） 自动化在线监测平台高度集成了“全站仪 + 多种传感”的测量，一个软件可以同时测多个项目， 同时也可以对单个项目的水平位移、沉降、水位、土 压力等多个监测项进行实时测量，做到数据的高度 融合。
3） 监测数据从采集到成果输出全程无需人工 参与，全程智能化、一体化、标准化，管理重点从人变 为设备，管理模式也转变为远程、实时、可视化管理， 提高了监测效率，降低了管理成本。
集系统、自动化数据处理预警系统、变形监测简报自 动生成系统、自动化监测信息管理平台） 组成。整 个自动化监测系统如图 1 所示。
二、自动化监测系统的硬件部分
自动化监测系统的硬件部分涉及感知层、网络 层及应用层，感知层 包 括 棱 镜 组 + 全 站 仪、岩 土 类 传 感器； 网 络 层 包 括 无 线 发 射 模 块、微 型 控 制 单 元 （ MCU） 、数据传输单元（ DTU） ； 应用层包括电脑、手 机、Pad、LED 显示屏等载体。
3． 变形监测简报自动生成系统
系统使用 Java 语言进行编写，采用浏览器 / 服 务器（ B / S） 架构方便用户登录。其主要功能是帮助 建设工程领域中第三方监测客户对所属监测项目的
整体流程进行规范化管理，并通过数据的导入智能 生成符合政府监管部门、监理、建设、施工等单位要 求的电子简报，还可以导出满足监测 行 业 的 Excel 数据报表、曲线图等，取代了传统的人工操作和管理 模式； 通过网络，相关工作人员可以随时随地了解施 工现场监测情况，并通过导入人工监测数据及自动 获取自动化监测系统中的数据生成简报，使信息的 传递更加快捷和方便，从而扩展了办公方式，实现了 办公的高效率。该系统不仅可以节约费用、节省时 间，还可以达到环保要求，完善监测数据管理模式， 同时提高了项目管理水平，确保了监测数据的准确 性和及时性，达到建设工程信息化施工的标准。
图 3 基坑地下水位监测曲线
六、结 论
本文介绍了基于“互联网 + ”进 行 设 计 和 开 发 的 自动化变形监测系统，设计了系统的整体框架结构， 最后通过 实 际 应 用 验 证 了 本 系 统 的 实 用 性 与 可 靠 性。同时，得到以下结论：
1） 将“互联网 +”的思维应用到自动化变形监 测系统的设计中，搭建了一个开放的物联网平台，一 个系统可 以 同 时 接 入 不 同 厂 家 多 种 型 号 的 传 感 器 （ 如电感式、电容式、振弦式等） ，创新的“3 + 1”平台 管理模式，能够将监测数据实时共享给第三方监测 单位、安全监管机构、建设单位、施工单位、监理单位 等单位，真正做到了信息化施工。
图 2 基坑顶部沉降监测曲线
四、自动化监测数据通信的设计
根据自动化监测系统的总体架构，自动化采集 软件可以对全站仪和各类传感器进行远程控制，全 站仪和传感器的数据也可以实时传输至服务器，实 现应用层与传感层的“闭环”控制。
全站仪的自动化作业主要是通过与计算机之间 的指令和数据交互完成的。计算机向全站仪发送一 个请求（ Ｒequest，操作指令） ，全站仪就向计算机返 回一个应答（ Ｒeply，当前状态或观测数据） 。整个过 程利用全站仪的自动照准功能（ ATＲ） ，并结合基准 点和监测 点 棱 镜 测 量 出 变 形 监 测 点 的 三 维 坐 标 信 息，然后通过 ＲS232 串口通信，连接无线传输单元 （ DTU） 以 GPＲS 方式进行发送与接收。
传统的人工监测已经无法满足社会对安全越来 越高的要求。而具有自动目标照准功能的全站仪的 出现及各种不同类型的岩土传感器的发展，为实现 变形监测自动化提供了有利条件，基于自动化的变 形监测系统的研究和开发也相继展开。
一、自动化监测系统的构成
自动化变形监测系统主要由 硬 件 部 分 （ 全 站 仪、棱镜组、各类型传感器、控制电脑、微型控制单元 MCU、信号传输单元等） 和软件部分（ 自动化数据采
本系统的通用性强，集成度高，不仅可以用于基 坑监测，在建筑物变形监测、地下隐蔽设施监测、滑 坡监测、大坝变形监测，以及桥梁工程监测、高支模 监测、地 铁 监 测 等 变 形 监 测 方 面 也 有 广 泛 的 应 用 前景。
( 本专栏由徕卡测量系统和本刊编辑部共同主办)
4． 自动化监测信息管理平台
平台采用客户端 / 服务器（ C / S） 架构，并采用大 型数据库系统 Oracle 进行数据储存与管理。
2016 年 第 1 期
李新求，等: 基于“互联网+”的自动化变形监测系统的设计与应用
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平台能够实现包括第三方监测单位、政府安全 监管机构、建 设、施 工 和 监 理 等 单 位 的 多 方 监 管 功 能。安全信息主界面地图颜色显示一目了然； 数据 能够实时进行采集、传输、分析、处理、预警并及时共 享，实现多区域多监测信息和监测数据的统一管理 和共享查询； 发生预警时，系统能自动以短信、邮箱、 电话等形式预警或报警通知各责任主体、政府安全 监督部门或行政主管部门。平台能够对监测项目进 行实时安全监测和监管，监管对象从人工转化为仪 器，为建设工程安全监管部门的管理模式创新提供 了信息化技术手段。同时，平台还能够接入不同厂 家不同类型的传感器，全面地对监测信息进行掌握。
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徕卡测量新技术应用专栏
测绘通报
2016 年 第 1 期
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基 于“互 联 网 +”的 自 动 化 变 形 监 测 系 统 的 设 计Байду номын сангаас与 应 用
李新求1，2 ，梅迎春1，2 ，蒙尚雁1 ，张 齐2
( 1． 广东省工程勘察院自动化变形监测研究所，广东 广州 510000; 2． 广东泽宝变形监测 研究有限公司，广东 广州 510000)
五、工程应用
目前该系统已成功应用于广州、佛山、珠海等地 的 19 个基坑工程施工中，本文以佛山某基坑支护工 程为例。
该项目共有 9 个监测项，分别为基坑顶部水平 位移及沉降 监 测、周 边 地 面 沉 降 监 测、地 下 水 位 监 测、锚索监测、围护结构测斜、支撑应力监测、立柱沉 降监测。基 坑 顶 部 沉 降 及 地 下 水 位 监 测 曲 线 如 图 2、图 3 所示。可以看出，各监测项数据均正常，未超 报警值。通过现场对该工程进行检查，基坑支护结 构状况良好，与人工监测也比较吻合。通过长时间 的应用，可知该系统可以正常用于实际工程监测应 用中。
图 1 自动化变形监测系统构成
三、自动化监测系统软件部分的设计
1． 自动化数据采集系统
该系统在 Visual Studio 2010 的平台上采用 Visual C#进行开发，指导徕卡全站仪和各类型传感器 进行监测作业。
2． 自动化数据处理预警系统
数据采集过程实时进行数据检验，并对超限的 数据进行自动分级报警处理，报警方式灵活多样，可 以发送短信、邮件，也可以远程激活报警器等，将信 息及时发送给所有可能会受到安全威胁的人群。
2） 自动化在线监测平台高度集成了“全站仪 + 多种传感”的测量，一个软件可以同时测多个项目， 同时也可以对单个项目的水平位移、沉降、水位、土 压力等多个监测项进行实时测量，做到数据的高度 融合。
3） 监测数据从采集到成果输出全程无需人工 参与，全程智能化、一体化、标准化，管理重点从人变 为设备，管理模式也转变为远程、实时、可视化管理， 提高了监测效率，降低了管理成本。
集系统、自动化数据处理预警系统、变形监测简报自 动生成系统、自动化监测信息管理平台） 组成。整 个自动化监测系统如图 1 所示。
二、自动化监测系统的硬件部分
自动化监测系统的硬件部分涉及感知层、网络 层及应用层，感知层 包 括 棱 镜 组 + 全 站 仪、岩 土 类 传 感器； 网 络 层 包 括 无 线 发 射 模 块、微 型 控 制 单 元 （ MCU） 、数据传输单元（ DTU） ； 应用层包括电脑、手 机、Pad、LED 显示屏等载体。
3． 变形监测简报自动生成系统
系统使用 Java 语言进行编写，采用浏览器 / 服 务器（ B / S） 架构方便用户登录。其主要功能是帮助 建设工程领域中第三方监测客户对所属监测项目的
整体流程进行规范化管理，并通过数据的导入智能 生成符合政府监管部门、监理、建设、施工等单位要 求的电子简报，还可以导出满足监测 行 业 的 Excel 数据报表、曲线图等，取代了传统的人工操作和管理 模式； 通过网络，相关工作人员可以随时随地了解施 工现场监测情况，并通过导入人工监测数据及自动 获取自动化监测系统中的数据生成简报，使信息的 传递更加快捷和方便，从而扩展了办公方式，实现了 办公的高效率。该系统不仅可以节约费用、节省时 间，还可以达到环保要求，完善监测数据管理模式， 同时提高了项目管理水平，确保了监测数据的准确 性和及时性，达到建设工程信息化施工的标准。
图 3 基坑地下水位监测曲线
六、结 论
本文介绍了基于“互联网 + ”进 行 设 计 和 开 发 的 自动化变形监测系统，设计了系统的整体框架结构， 最后通过 实 际 应 用 验 证 了 本 系 统 的 实 用 性 与 可 靠 性。同时，得到以下结论：
1） 将“互联网 +”的思维应用到自动化变形监 测系统的设计中，搭建了一个开放的物联网平台，一 个系统可 以 同 时 接 入 不 同 厂 家 多 种 型 号 的 传 感 器 （ 如电感式、电容式、振弦式等） ，创新的“3 + 1”平台 管理模式，能够将监测数据实时共享给第三方监测 单位、安全监管机构、建设单位、施工单位、监理单位 等单位，真正做到了信息化施工。
图 2 基坑顶部沉降监测曲线
四、自动化监测数据通信的设计
根据自动化监测系统的总体架构，自动化采集 软件可以对全站仪和各类传感器进行远程控制，全 站仪和传感器的数据也可以实时传输至服务器，实 现应用层与传感层的“闭环”控制。
全站仪的自动化作业主要是通过与计算机之间 的指令和数据交互完成的。计算机向全站仪发送一 个请求（ Ｒequest，操作指令） ，全站仪就向计算机返 回一个应答（ Ｒeply，当前状态或观测数据） 。整个过 程利用全站仪的自动照准功能（ ATＲ） ，并结合基准 点和监测 点 棱 镜 测 量 出 变 形 监 测 点 的 三 维 坐 标 信 息，然后通过 ＲS232 串口通信，连接无线传输单元 （ DTU） 以 GPＲS 方式进行发送与接收。
传统的人工监测已经无法满足社会对安全越来 越高的要求。而具有自动目标照准功能的全站仪的 出现及各种不同类型的岩土传感器的发展，为实现 变形监测自动化提供了有利条件，基于自动化的变 形监测系统的研究和开发也相继展开。
一、自动化监测系统的构成
自动化变形监测系统主要由 硬 件 部 分 （ 全 站 仪、棱镜组、各类型传感器、控制电脑、微型控制单元 MCU、信号传输单元等） 和软件部分（ 自动化数据采