【導讀】上海司南GNSS自動化大壩在線監(jiān)測。上海司南衛(wèi)星導航技術有限公司

　　

【正文】 和裝修應符合防火、安全警衛(wèi)、應急狀態(tài)工 34 作等要求。 （ 2） 機房裝修的 一般規(guī)定 計算機房的室內裝修工程施工驗收主要包括吊頂、隔斷墻、門、窗、墻壁裝修、地面、活動地板的施工驗收及其他室內作業(yè)。 室內裝修作業(yè)應符合《裝飾工程施工及驗收規(guī)范》、《地面及樓面工程施工及驗收規(guī)范》、《木結構工程施工及驗收規(guī)范》及《鋼結構工程施工及驗收規(guī)范》的有關規(guī)定。 在施工時應保證現(xiàn)場、材料和設備的清潔。隱蔽工程（如地板下、吊頂上、假墻、夾層內）在封口前必須先除塵、清潔處理，暗處表層應能保持長期不起塵、不起皮 和不龜裂。 機房所有管線穿墻處的裁口必須做防塵處理，然后對縫隙必須用密封材料填堵。在裱糊、粘接貼面及進行其他涂復施工時，其環(huán)境條件應符合材料說明書的規(guī)定。 裝修材料應盡量選擇無毒、無刺激性的材料，盡量選擇難燃、阻燃材料，否則應盡可能涂防火涂料。 （ 3） 監(jiān)控中心 監(jiān)控中心可配備 23 塊顯示屏，顯示監(jiān)視區(qū)域的實時變化情況，并配備聲光報警設備，可設 24 小時有人值班，監(jiān)控中心整潔明亮，具有一定的美觀要求。 監(jiān)控中心示意圖 35 服務器機房 外場機柜 室外設備必須統(tǒng)一放在機柜中，主要設備有 GNSS 接收機、串口 服務器等裝置，機柜防水密封，具有一定的防盜性。 機柜設計采用 50cm 50cm 20cm 的不銹鋼機箱裝置，加防盜鎖，放在外場機房里 。 布設原則： ? 按數(shù)據(jù)傳輸路徑，分別安裝天線轉換器、 GNSS 接收機、串口服務器等。 ? 供電電源一并引入機柜，并且強電弱電隔離布線，整潔美觀，便于維護。 ? 機柜下端預留通線孔，供電源數(shù)據(jù)線的接入。 ? 機柜距離地面宜≥ 30cm。 ? 固定螺釘應擰緊，不得產生松動現(xiàn)象 。 ? 外加防護警告裝置，避免非工作人員破壞。 存儲及處理系統(tǒng) 微機應有以下性能： 36 （ 1） 高的散熱技術，更好的穩(wěn)定性（ MTBF 20,000 小時），并能支持高達 2GHZ主頻的 CPU,1G 內存 ,Windows XP 操作系統(tǒng) （ 2） 數(shù)據(jù)庫平臺 （ 3） 網(wǎng)絡平臺：具有固定 IP 地址，帶寬至少為 2M； （ 4） 小巧簡約的外形設計，節(jié)省辦公空間，可以隨意擺放和移動位置。 (5) 服務器上應集成數(shù)據(jù)采集、傳輸、解算、分析，客戶端等軟件，滿足整個監(jiān)控系統(tǒng)的需要。 監(jiān)測設備防盜措施 因為本系統(tǒng)具有自動檢測、自動報警的功能，所以 本監(jiān)測系統(tǒng)防盜措施主要通過以下 3 個方面： 1) 建立 監(jiān)測點保護房 ，放置 GNSS 主機和天線切換器等； 2) 當監(jiān)測設備被人拿走或關掉，控制中心就會通過短 消息或 EMAIL 的方式發(fā)送沒有數(shù)據(jù)的警告給相關人員； 3) 觀測蹲 及 監(jiān)測點保護房 周圍設置防護柵欄（如 太陽能電池板供電示意圖 ），在柵欄上貼上電力警示標志； 4) 各監(jiān)測點做到無人照管有人照看。 37 監(jiān)測時間X Y H 相對參考站距離 X Y H 相對距離 △X △Y △H 相對距離變化率 X Y H 相對距離變化率 △X △Y △H相對距離累計變化率 △X △Y △H 相對距離累計變化率預估下一周期變化本周期變化率本周期位移初始坐標 本期監(jiān)測坐標 累計位移所生成的報表 注：報表的內容可以根據(jù)實際需要增加或刪除。 [鍵入文字 ] 6 軟件系統(tǒng) 應用背景 CDMonitor是由 上海司南衛(wèi)星導航 技術有限公司基于 GNSS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)并利用現(xiàn)代通訊技術進行的實時與準時 GNSS 原始 數(shù)據(jù)分析 、 處理 、 獨立環(huán)網(wǎng)平差及數(shù)據(jù)管理等功能研 發(fā)的 系統(tǒng)軟件。這套軟件對于人工建筑變形分析－－比如大型橋梁，水壩，大型人工建筑以及油田沉陷，礦山采空區(qū)沉陷，城市地下水漏斗沉陷，火山監(jiān)測，山體滑坡監(jiān)測等等具有非常大的現(xiàn)實意義。 GNSS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）自八十年代中期投入民用后，已廣泛地在導航、定位等各領域應用，尤其在測量界的控制測量中起了劃時代的作用。正因為是它在靜態(tài)相對定位中的高精度、高效益、全天候、不需通視等優(yōu)點，使人們普遍采用其來代替常規(guī)的三角、三邊、邊角等方法，并在理論、實踐中取得了可喜的成果。在精密工程變形監(jiān)測中也逐步得到廣泛的應用。 從國內外的有關研究和應用可以看出 GNSS 自動化監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)在橋梁、大型建筑、地震、大壩等行業(yè)中應用并取得較好的效益。目前，采用 GNSS 技術用于橋梁等工程變形監(jiān)測的手段已經(jīng)被廣泛的應用于世界各地。例如：英國 Humber 橋的 GNSS 監(jiān)測系統(tǒng)、日本明石海峽大橋的 GNSS 監(jiān)測系統(tǒng)、虎門大橋 GNSS 監(jiān)測系統(tǒng)、青馬大橋、汲水門大橋和汀九大橋的 GNSS 監(jiān)測系統(tǒng)。 上海曾經(jīng)是中國緩變性地面沉降較為嚴重的城市，自 1921 年發(fā)現(xiàn)地面沉降至今已有80 余年，開展地面沉降專項勘查與研究至今已有 40 年。特別是近十余年來，采用 GIS（地 理信息系統(tǒng)）和 GNSS（全球定位系統(tǒng)）技術，對全市監(jiān)測網(wǎng)絡進行了全面更新與調整，并正在建設完善全市地面沉降自動化預警預報系統(tǒng)工程。 三峽庫區(qū)地質災害監(jiān)測預警工程是國家在三峽庫區(qū)實施的一項重大減災工程，國土資源部將實施這一工程。三峽庫區(qū)地質災害監(jiān)測預警工程于 2020 年 3 月正式啟動后，三峽庫區(qū)地質災害防治工作指揮部在全庫區(qū)建成包括 GNSS 監(jiān)測網(wǎng)、綜合立體監(jiān)測網(wǎng)和遙感監(jiān)測系統(tǒng)的專業(yè)監(jiān)測工程，建立各類監(jiān)測網(wǎng)點 1447個，配備 GNSS接收機 46臺（套）， 39 并在重慶市和湖北省的 18 個區(qū)、縣的 129 處滑坡和庫岸監(jiān)測運行。完 成了包括地表位移監(jiān)測、深部變形監(jiān)測、滑坡推力監(jiān)測、滑坡地下水監(jiān)測和宏觀巡查監(jiān)測在內的 18 個區(qū)、縣的 125 處崩塌滑坡庫岸綜合立體監(jiān)測網(wǎng)建設。 由 CDMonitor 為核心構成的變形監(jiān)測網(wǎng)絡中的每個 GNSS 接收機只需要輸出 GNSS 的原始數(shù)據(jù)和星歷，原始數(shù)據(jù)包含了 GNSS 解算所有必要的偽距和載波相位數(shù)據(jù)等，星歷指 GNSS 衛(wèi)星發(fā)播的廣播星歷。數(shù)據(jù)通過廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)絡、串口、無線設備等傳到控制中心，控制中心的 CDMonitor 軟件根據(jù)每臺 GNSS 接收機對應的 IP 地址和端口號，獲得每個監(jiān)測點的原始實時數(shù)據(jù)流， CDMonitor 軟件對這些原始數(shù)據(jù)進行實時差分解算，得到各個監(jiān)測站的坐標，并存入數(shù)據(jù)庫或發(fā)送給客戶端。 利用 CDMonitor 軟件能進行 7 24 小時不間斷觀測。而且，與傳統(tǒng)的 RTK 方式相比，CDMonitor 具有精度更高，實時性更強的特點。 CDMonitor 支持各種主流品牌的單 多頻GNSS 接收機混合監(jiān)控。 CDMonitor 采用了 C/S 架構，用戶可以進行遠程監(jiān)控。 具體的 CDMonitor 實時差分變形監(jiān)測軟件的工作流程可用下圖表示： CDMonitor工作流程 如圖所示， CDMonitor 變形監(jiān)控軟件實現(xiàn)了各個監(jiān)控 站的實時差分定位，并具有圖形顯示、接收機設置、監(jiān)控站參數(shù)設置、觀測數(shù)據(jù)記錄、報警等功能。 40 采用 C/S 架構的 CDMonitor 軟件方便用戶在辦公室、監(jiān)控中心、家中監(jiān)測系統(tǒng)的健康狀況。 CDMonitor 實時差分變形監(jiān)控軟件支持英文和中文。 CDMonitor 的開發(fā)工具為 VC++ 。 41 CDMonitor 數(shù)據(jù)處理軟件 CDMonitor 功能簡介 : CDMonitor 的功能模塊 這里用框圖來表示 CDMonitor 的主要功能模塊。 CDMonitor功能模塊 CDMonitor 的基本功能 CDMonitor 實時差分變形監(jiān)控軟件具有下面的一些基本功能： ? 對 GNSS 原始數(shù)據(jù)進行 7 24 小時 實時差分處理，進行變形監(jiān)測，永不間斷； ? 根據(jù)接收機的原始數(shù)據(jù)輸出率，數(shù)據(jù)更新率最高可達 20Hz； ? 可根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)設置，對不同的監(jiān)測站的實時差分結果進行 Kalman 濾波，達到不同的動態(tài)要求和精度要求； ? 可同時處理 多個基站和監(jiān)測站的數(shù)據(jù)； 42 ? 根據(jù)多天運行的結果，建立近期的大氣延遲（對流層、電離層）模型，提高定位精度和可靠性； ? 多基站支持，多基站不但提高了系統(tǒng)的可靠性，而且，根據(jù)多基站 的觀測數(shù)據(jù)，可以建立電離層模型，提高長距離監(jiān)測的精度；根據(jù)多基站的處理結果，可以實現(xiàn)實時網(wǎng)平差功能，提高點位精度和可靠性； ? 原始數(shù)據(jù)后處理功能； ? 輸入接口協(xié)議： RS23 CAN、 TCP/IP； ? 輸出接口（遠程服務）協(xié)議： TCP/IP； ? 實時顯示接收機的信號跟蹤狀況，如星空圖、信噪比、鐘差等； ? 實時顯示基線的變化情況，點位的移動情況等； ? 原始數(shù)據(jù)、解算結果的自動保存功能，可根據(jù)用戶需求進行設置； ? 對監(jiān)測站、基站接收機的遠程設置功能，軟件上有各個 GNSS 接收機的獨立監(jiān)控模塊，可以向 GNSS 接收機發(fā)送用戶更改參 數(shù)的命令（如采樣間隔、高度截止角等）； ? 系統(tǒng)完備性監(jiān)測功能，可對整個系統(tǒng)的健康狀況進行監(jiān)測； ? 每個監(jiān)控站的監(jiān)控范圍可根據(jù)用戶設置，可從 5 厘米到 5 米，相對的，精度可從 2mm 到 1cm（平面），高程 4mm 到 2cm。 ? 環(huán)境參數(shù)輸入功能。比如，輸入監(jiān)測站周圍障礙物的分布情況，在數(shù)據(jù)處理時，能剔除常規(guī)方法不能自動剔出的壞數(shù)據(jù)，提高定位精度。 ? 具有防死機功能，一旦某個監(jiān)測站出現(xiàn)死機現(xiàn)象，軟件馬上會通過數(shù)據(jù)信號觸發(fā)的方式實現(xiàn)接收機自動重啟； ? 可以調整各個監(jiān)測站的位置更新率； ? 支持網(wǎng)絡分布式計算； ? 軟件實現(xiàn) C/S 架構，客戶端 可以運行在遠程； 43 ? 提供第三方軟件接口，如用 COM 組件的方式實現(xiàn)，可實現(xiàn)遠程查詢、管理、報警； 另外， CDMonitor 軟件可用于橋梁、大壩、礦區(qū)等的監(jiān)測，可針對不同的工作環(huán)境對用戶圖形界面進行定制。如針對橋梁監(jiān)測， CDMonitor 的客戶端能提供如下功能： ? 數(shù)據(jù)庫功能，長期觀測的數(shù)據(jù)能保存在數(shù)據(jù)庫中； ? 三維動畫； ? 整體變形示意圖； ? 歷史數(shù)據(jù)分析； ? 趨勢圖； ? 報警功能，報警項可根據(jù)用戶要求設定，可通過短信、電子郵件等方式進行報警。 ? 權限管理：一般用戶只能瀏覽數(shù)據(jù)，系統(tǒng)管理員才可能對一些參數(shù)進行設置。 ? 數(shù)據(jù)分析 ，即對監(jiān)控點進行頻域和時域分析。 數(shù)據(jù)記錄 連接數(shù)據(jù)庫， CDMonitor 能夠記錄用戶需要保留的各項信息，根據(jù)用戶的選擇，記錄的內容如下 ： GNSS 定位數(shù)據(jù) 坐標； 精度（水平和垂直）； PDOP 值； 使用衛(wèi)星顆數(shù)； 解類型。 衛(wèi)星數(shù)據(jù) 衛(wèi)星顆數(shù)； 每顆衛(wèi)星的坐標； 每顆衛(wèi)星的信噪比； 每顆衛(wèi)星的仰角； 44 基線解信息 基線向量； 基線誤差（中誤差和相對誤差）； 比率值； 協(xié)方差陣。 系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù) 軟件本身的工作狀態(tài)； 各個機站的工作狀態(tài)是否正常； 網(wǎng)絡連接狀態(tài)。 CDMonitor 算法 的特點（與 RTK 和傳統(tǒng)靜態(tài)模式比較） 集成了 RTK 功能的 CDMonitor 軟件，除了也能采用 RTK 方法之外，采用其自身與RTK 和傳統(tǒng)靜態(tài)不同的算法后，還具有如下一些特點。 1) 算法 相比 RTK 及傳統(tǒng)靜態(tài)方法而言， CDMonitor 的算法具有如下特點： ? CDMonitor 采用采用同時刻（在 1 微秒之內）的 GNSS 原始觀測值進行差分解算；而 RTK 方法不需要差分改正數(shù)和流動站的觀測數(shù)據(jù)保持同步，一般的參考站接收機差分改正數(shù)廣播更新率為 1Hz，因此，一般情況下差分改正數(shù)會延遲 秒到 2 秒不等，在特別情況下， 流動站能允許 1 分鐘之前的差分改正數(shù)參與解算； ? CDMonitor 可以采用擴展的動態(tài)非線性 Kalman 濾波算法進行差分解算。 ? CDMonitor 的算法對系統(tǒng)的硬件要求較高，通常在高性能計算機，而 RTK 的算法總是有 GNSS 接收機生產廠商提供，固化在 GNSS 接收機內部；靜態(tài)解算需人工干預，一般采用雙差固定解得方式。 2) 精度 CDMonitor 直接應用 GNSS 接收機的原始數(shù)據(jù)，參考站和流動站的觀測數(shù)據(jù)保持嚴格的同步，所以，大氣層延遲造成的公共誤差被最大程度地抵消， CDMonitor 還采用濾波方法消除 GNSS 動態(tài)定位 數(shù)據(jù)中的各種隨機誤差，是輸出的定位結果更符合真實的情況，所以 CDMonitor 根據(jù)采用的 GNSS 接收機和 GNSS 天線的不同，可以保證毫米級的定位精度，而通常的 RTK 接收機動態(tài)定位精度為厘米級。 3) 通訊 因為 CDMonitor 僅要求收到 GNSS 接收機的原始觀測數(shù)據(jù)，所以，原則上，應要 45 求軟件（服務器）與 GNSS 接收機之間僅要求實現(xiàn)單向通訊。而通常的 RTK 方法，要求參考站和流動站之間進行通訊，又要求流動站和數(shù)據(jù)中心之間進行通訊。 下圖是在采用串行端口 GNSS 接收機進行網(wǎng)絡監(jiān)控的情況下， CDMonitor 和 RTK方 式需要建立的數(shù)據(jù)通訊鏈路示意圖