滑坡监测解决方案之欧阳化创编.docx
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滑坡监测解决方案之欧阳化创编
北斗玉衡滑坡监测系统
时间：
2021.02.12
创作人：
欧阳化
北京北斗星通导航技术股份有限公司
一．概述
“地质灾害隐患点”多散布在野外、不发财农村，交通、通讯、电力支持都极为不便利的地区，如何对地质灾害的隐患点，特别是对危害极年夜的如：
山体滑坡、泥石流、地质断层等等地质危害地带进行长期的有效的监测，并能够及时地将这些灾害的产生实时现况反应到应急中心，呵护人民生命平安，减少人民群众的财富损失，已成为地质监测人员和相关地质灾害应急管理部分的燃眉之急。
一种廉价的、便捷的、不受时间空间制约的、可长期对地质灾害隐患点实施在线监测手段，是各地质灾害研究、应急管理部分最迫切的需求。
北斗星通导航技术股份有限公司GNSS应用事业部致力于为客户提供稳定可靠、实时静态的北斗卫星监测数据。
通过互联网、北斗传输、无线通信技术等，实现全天候、自动化的地表位移实时监控。
为预防滑坡灾害提供第一时间数据阐发资料。
同时为提前判断滑坡的产生做出准确预测提供可靠的技术手段，以减少生命财富损失，阐扬最年夜的社会效益。
二．监测原理
滑坡的产生分三个阶段：
蠕动变形阶段、滑坡破坏阶段和渐趋稳定阶段。
在蠕动变形阶段，斜坡内部某一部分因抗剪强度小于剪切力而首先变形，产生微小的移动；变形进一步成长，直至坡面呈现断续的拉张裂缝；随着拉张裂缝的呈现，渗水作用加强，变形进一步成长，后缘拉张，裂缝加宽。
逐渐成长到滑坡破坏阶段。
基于此滑坡变更规律，通过北斗卫星高精度导航定位技术，实时监测滑坡体地表变形的年夜小、速率，监控滑坡的成长变更情况。
实时掌握滑坡体的位移变更信息。
实现为预防滑坡灾害做好预测预报。
三．系统组成
基于北斗的滑坡监测系统由以下部分组成：
GNSS（GlobalNavigationSatelliteSystem）数据收集系统、供电系统、数据传输系统、避雷系统、数据处理与监控中心等。
同时可拓展兼容雨量计、土壤含税率计、深部测斜等多种传感器。
1.系统工作原理
GNSS接收机由太阳能或其他供电系统供电，实时收集、存储北斗卫星数据，通过无线或有线通信技术，将数据发送至数据处理中心。
由数据中心的数据处理软件做数据解算、阐发，得出监测结果给用户提供滑坡成长情况的判断依据
系统结构示意图
四．软件、硬件设备
GNSS接收机
采取我公司自主验收的收集、存储、控制发送一体式GNSS接收机，设备防水抗震耐高温，适用于野外卑劣环境下的免维护长时间连续工作。
支持高平安多种协议转换的虚拟专用网络。
针对网络流量控制的用户，产品支持语音，短信，数据触发上线以及超时自动断线的功能。
同时也支持双数据中心备份，以及大都据中心同步接收数据等功能。
具体性能指标如下：
1）产品特点：
Ø支持北斗B1/B2+GPSL1/L2
Ø毫米级的载波相位观测值
Ø内置16G存储器
Ø支持FTPServer和FTPPush文件传输
ØNTRIP实时数据流传输
2）基本特性
Ø基于NebulasTM多系统多频率高性能SoC芯片
Ø支持单系统自力定位和多系统联合定位
Ø支持先进的多路径抑制技术
3）技术指标
性能指标：
通道
基于192通道Nebulas芯片
首次定位时间
冷启动：
50s
信号
北斗B1/B2
GPSL1/L2
差分数据
RTCM3.0/2.0CMR
数据格式
NMEA0183UNICORE
单点定位
单频：
1.5m
双频：
1.0m
数据更新率
1Hz
观测精度
北斗
GPS
内置存储
16G
B1/L1C/A码
10cm
10cm
时间精度（RMS）
20ns
B1/L1载波相位
0.5mm
0.5mm
速度精度（RMS）
0.03m/s
B2/L2P（Y）码
10cm
10cm
控制界面
CDT、WEB
B2/L2载波相位
1mm
1mm
网络协议
NTRIP、HTTP、FTP
物理特性：
Feature
Description
尺寸
180mm×130mm×80mm
工作温度
40℃～+85℃
存储温度
55℃～+95℃
湿度
95%无凝露
电源输入：
Feature
Description
电压输入规模
832VDC
射频输入
Feature
Description
天线接口
TNC（F）,50Ω
信号电平
80dBm~105dBm
LNA供电
4.75~5.1V,0100mA
数据接口
Feature
Description
串口
3个RS232串口
网口
1个RJ45接口
1PPS
1个
GNSS数据收集天线
外置式丈量天线，产品接收卫星信号涵盖BDSB1/B2和GPSL1/L2
双系统四频外置丈量天线示意图
1）产品特点：
Ø天线部分采取多馈点设计计划，实现相位中心与几何中心的重合，将天线对丈量误差的影响降低到最小；
Ø天线单位增益高，标的目的图波束宽，确保低仰角信号的接收效果，在一些遮挡较严重的场合仍能正常收星；
Ø带有抗多径扼流板，有效降低多径对丈量精度的影响；
Ø防水、防紫外线外罩，为天线能长期在野外工作提供包管。
2）技术参数
频率规模
BDSB1/B2
GPSL1/L2
阻 抗
50欧姆
极化方法
右旋圆极化
天线轴比
≤3dB
水平面笼盖角度
360°
输出驻波
≤2.0
最高增益
5.5dBi
相位中心误差
±2mm
增益
40±2dB
噪声系数
≤2dB
输出驻波
≤2.0
带内平坦度
±1dB
工作电压
3～18VDC
工作电流
≤45mA
差分传输延迟
≤5ns
天线尺寸
Φ190×67.4mm
接头形式
TNC阴头
工作温度
40℃～+85℃
存储温度
55℃～+85℃
湿度
95%不冷凝
太阳能供电系统
太阳能供电系统采取光伏太阳能板+锂电池的供电模式，锂电池组由锂电池通过串并联并加装相关的呵护和控制电路而成。
该电池采取了品质优良的电芯，科学的内部结构设计、先进的生产工艺，实现了电池的长寿命、高比能量、小内阻、使用温度规模宽、平安可靠等特性。
电源系统技术参数如下：
项目
参数
电池组标称容量Ah
50
电池组标称电压V
25.9
过充呵护电压V
29.6129.89
标准充电电流A
58
过放呵护电压V
19.0420.16
过流呵护电流A
1020
最年夜连续放电电流A
5
电池盒重量Kg
充电器
太阳能充电
充电器重量Kg
充电环境温度℃
045
应用环境温度℃
560
贮存温度℃
045
3.软件平台
专用GNSS数据处理软件包含一套监测预警管理软件和一套数据处理中心软件（内嵌高精度数据处理模块）。
其中，高精度数据处理软件采取北京北斗星通公司开发的北斗玉衡变形监测软件V1.0，该软件不但拥有自主的知识产权，同时还获得双软认证证书及中国软件著作权挂号证书。
专用GNSS数据处理软件安排在监控中心。
用于管理各监测区域内的监测点，监视各监测点的观测数据。
主要功能包含数据解算处理、监测数据管理查询、报表生成、二维三维图形显示、灾害预警及信息宣布等。
监测预警管理软件作为C/S架构的客户端软件，可以根据需要安排在需要进行监控管理的部分，实现远程管理。
软件著作权挂号证书
软件测评陈述
软件特点：
该专用软件除具有行业通用优势外，还具有以下特点：
智能收集：
支持主动问询和主动上报，工作时间、数据上传时间可配置
灵活监测：
满足实时与按期数据监测
远程控制：
可远程产品维护，配置系统参数，进行系统升级
多种通信：
可利用多种通信手段进行数据传输
数据阐发：
支持监测数据、报警数据、操纵数据的统计和阐发
曲线生成：
可自动生成历史数据曲线
报表输出：
可根据用户需要，自界说输出各类数据报表
优化管理：
支持设备管理、报警管理、设备参数管理
权限管理：
操纵者级别不合，系统授予的权限不合
自动报警：
可根据预设警界值进行风险断别，并可实现预警信息的自动播报
定制扩展：
根据用户需求，可接入雨量计、测深仪、倾斜计等多种主流传感器的监测数据。
软件相关功能及界面如下：
用户身份权限管理：
包含权限认证和用户管理两个部分。
用户需要登录才可以使用该系统。
已登录用户可以添加、删除、编辑和设置其属性信息。
登录窗口
GNSS数据管理：
针对实际监测的地质灾害区域内的监测点，连续、自动、实时地完成监测点GNSS原始数据的收集，完成变形数据的解算和阐发，并建立其属性信息数据表，实现在视图中查询、编辑。
其中，监测点管理包含坐标管理、属性信息管理、监测设备信息等。
二维界面
三维界面
变形阐发界面
监测点信息管理
信息查询：
用户可以在视图上通过点选相应的灾害点或监测点进行信息查询。
可以检查各类监测仪器的实时和历史数据。
基于GNSS导航系统解算的变形结果统计。
这样在中心机房就能全面系统地了解各个灾害点和监测点的详细情况。
站点信息查询
站点状态监控界面
五．技术优势
1、监测精度毫米级
目前我国自主的北斗卫星已全面笼盖亚太地区，信号稳定，速度快、精度高。
该监测系统GNSS接收机接收北斗卫星信号，采取高精度定位芯片和板卡。
定位精度高，平面精度±3.0mm，高程精度±5.0mm；满足高精度监测要求。
2、多种设备选择，设备性能优越
我公司自主研发全套系列GNSS接收机产品，涵盖从单频到双频，单系统到多系统。
拥有可兼容北斗、GPS、GLONASS多套卫星定位系统的GNSS接收机产品。
且设备工艺精良，全铝合金外壳，防摔抗震，防水达到IPx6品级，适合于野外卑劣条件下使用。
且在多个滑坡监测项目中实际应用中经受过严苛考验。
运行稳定可靠。
深受用户信赖。
3、多种数据传输方法，
设备可采取多种数据传输方法。
包含GPRS、3G、网线、无线网桥、通信光纤、数传电台等。
无论何等严酷的现场通信条件，总有一款产品适合你！
轻松达到用户使用要求，系统架构组建更便利灵活。
4、多种供电模式
可采取多种供电方法：
市电、太阳能锂电池、太阳能铅酸蓄电池等多种计划可选。
满足7*24小时设备工作，全年不间断实时自动化监测。
采取太阳能供电时，在严酷条件下，满足10天以上连续阴雨天正常工作。
5、扩展性强、兼容多种传感器
监测预警系统预留多种传感器接口。
可兼容雨量计、土壤含水率计、测斜仪等多种传感器。
达到一套系统，多种监测手段的目的。
6、系统功能完善、预警信息发送方法灵活多样
采取友好的软件界面设计，简单易操纵，且可根据用户需求，定制专门的预警信息发送方法，包含电脑提示框、手机短信，手机客户端、声光报警，高音喇叭等。
满足不合客户，不合管理层级的不合需求。
且可预设管理权限层级，以不合方法向不合管理权限人员发送不合预警信息。
做到有的放矢，目标明确，管理责任清晰。
7、无人值守，自动化监测
设备实现完全自动化监测，无需值守，全程免维护。
设备装置于高强度不锈钢设备箱内，防水防盗。
时间：
2021.02.12
创作人：
欧阳化
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