1、基于北斗系統的大橋自動化安全實時在線監測系統廣州中海達定位技術有限公司公司介紹2公司資質71 .大橋健康監測系統簡介82 .系統方案92.1 坐標系統102.2 系統結構102.3 硬件配置及設備選型132.5 軟件系統182.5.1 數據傳輸與數據采集系統(GPSDTUCenter)202.5.2 數據處理部分(ZNetMoniter)222.5.3 ZNetMoniter系統基本功能252.5.6 監測數據分發系統(ZWebMoniter)282.5.7 系統特點293傳統監測和自動化監測對比304技術先進性325北斗/GPS公路橋梁無人值守監測及預警系統設備336野外設備供電設計方案43

2、7橋監測站點的布設468成功項目案例52公司介紹廣州中海達定位技術有限公司(以下簡稱中海達定位)是廣州中海達衛星導航技術股份有限公司（股票代碼：300177）全資子公司。中海達現有員工近1500人，其中博士后、碩士、高級工程師等研發、技術精英近150名，均為長期致力于GNSS技術研發、生產、市場服務的行業專家及參與了GNSS國產化發展全過程的頂尖人才。中海達總部位于0,擁有自有產權甲級寫字樓3000平方米，擁有一流專業級GNSS仿真環境實驗室、技術研發中心、國內一流的GNSS制造車間，為客戶源源不斷地提供出類拔萃的產品。公司致力于GNSS技術的深層次研發，提供全球定位系統及相關行業完整高效的系

3、統解決方案，提供全面、快捷、周到的技術支持和服務。積極響應，快速行動，首問負責、跟蹤落實、徹底解決”是我們的服務理念中海達產品涵蓋：高精度測量型GNSS產品系列；超聲波數字化測深儀系列；GIS數據采集系統;海洋工程應用集成系統。是國內GNSS行業唯一能提供全面解決方案，根據用戶需求量身定制系統解決方案的的實力廠家。中海達測繪通過ISO9000質量管理體系認證,獲國家技術監督局頒發計量器具制造許可證，工業品生產許可證，榮獲軍事裝備定點生產制造認證，積累了大量的自主知識產權，以技術創新，高效服務，科學管理引領中國GNSS產業發展。中海達定位主要承擔著利用集團產品進行新的行業應用拓展的使命和任務，目

4、前已在全國建立起完善的渠道和銷售服務體系，依托分支機構和合作伙伴，共同為客戶提供服務。中海達定位主營中海達”品牌的系統工程業務，率先在行業推出安全衛士”系列在線監測系統，廣泛應用在尾礦庫、水庫大壩、滑坡、礦山高邊坡、橋梁、深基坑邊坡監測，精密機械控制等，為用戶提供最完善的系統服務，為工程安全和科學決策提供技術支撐。中海達定位將中海達獨有的GNSS技術和產品優勢率先引入工程應用領域，領先國內同行。憑借成熟的GNSS技術以及強大的團隊實力、工程設計、工程實施、人員培訓和后期支持等，形成全方位的專業技術與工程應用綜合解決方案。公司定位于高精度測量型GNSS研發、生產、銷售；GNSS高精度形變監測預警

5、系統；三維激光掃描系統。公司主要實力展現如下：1、中海達作為中國GNSS行業的軍企業，建立了中國最專業、最大的GNSS技術研發中心，擁有200多人的專業化研發團隊,致力于專業GNSS/GIS核心技術的研究，并建立了博士后科研工作站博士后科研工作站2、中海達建設了國際一流GNSS產品生產線，標準的5s車間管理，按照GB/T19001和GJB9001A標準進行質量管理，成為海軍軍事裝備承制單位質信o GB.'iiaoai： 20便廈皆理悻系a GJS9001A： 2009 盾管15體系生產粽鹿的53車栩管理國等一流的GNSS生產線隼產GN&E產品20000臺套白I瞟集產品5000臺

6、套超市海劃下產用四8門*的區雁生產統10中海達質量體系和為海軍某部組織的統一培訓第26次南極科考 中海達V8 GMSS顯卓越本色快把件事的舉雷fk院掙F一可哭上一'口卜渾蠡利中海里h GtEB IB長時間工柞穩定就修，Tf- Jfi而轉號隊昌fltfl 箕科情”民.懂認tt市耳疝& =#EHW庾T仇曄4月.餐調研晚儂書;。的«當隊=班生等1犍渾 事中制翟如笥hl»： 1 42吁萬批常F 被藏品牌獨以立%g楠事 臺舊自*. * ff(l =*1BT卜 而下TK舞正，WnEW H而世口匚礙，2 投一 3c X后：心便中海達V8RTK產品以卓越的性能在南極科考中應

7、用3、中海達專注GNSS核心技術的深入研發，在RTKGPS、GIS數據采集器、CORS系統、數字化測深儀等領域創造了多項中國第一，以技術創新作為企業發展的持續動力，以技術創新引領中國GNSS技術的發展潮流。中海達先進技術成果4、中海達立足中國，以成為國際一流的GNSS品牌”為目標，逐漸競逐國際市場，并取得了很好的銷售業績。如今，在美洲、歐洲、非洲、澳洲以及東南亞地區都可見到Hi-Target（中海達英文品牌）的廣泛應用身影。中海達產品遍布全球5、作為中國GNSS行業的知名品牌，中海達以全面實現高精度GNSS產品技術的國產化為己任，得到了行業領導和專家大力支持和關懷。中海達受到業內專家高度重視公

8、司資質橋梁變形監測軟件中華人民共和3月，家版權局計算機軟件著作權登記證書JZLUP匚，:二三，一二ij&ur.',總岸昌 口 也m 3 ahJmT口 口W可 nbsgirj .1.1.大橋健康監測系統簡介該健康監測系統旨在通過利用現代傳感器、信號采集與處理、通信、遠程控制、計算機技術、橋梁結構計算分析等技術為大橋管養者實時監測并掌控大橋的安全使用狀態，避免大橋災難性事故的發生，指導預防式維修管理根據上述需求，中海達公司采用公司自主知識產權GPS變形監測系統軟件(ZNetMonitor)平臺及硬件傳感器(中海達雙頻GPS接收機Vnet6),基于ADSL/光纖通訊，提供大橋運營期健

9、康監測系統之GPS變形監測子系統解決方案。='：-;1-GPS監測尸".二更應中領域國下陷所乃中海達高精度GPS曲測源統痕移監測；LT安全監測7- -健康監測卜4一)大堂陸提首刪雷旭理單曲酒2.系統方案橋體在運行期間都會受到行車荷載、風力、溫度以及突發的自然災害等外界因素的影響，也會受到混凝土收縮徐變、混凝土老化、混凝土碳化、鋼筋松弛、鋼筋銹蝕、斜拉索銹蝕、墩臺基礎沉降等內在因素的影響。在內外因素的影響之下，大跨度斜拉橋將產生幾何變化、內力變化和索力變化等各種效應。如果這些變化過大，超過了橋梁能夠承受的安全范圍，將會產生災難性的后果。為此，本方案將采用GPS技術，對橋梁進行連

10、續觀測。根據我國的公路養護技術規范（JTJ073296）中的有關規定和要求，以及大跨度橋梁塔柱高、跨度大和主跨段為柔性梁的特點，變形監測的包括橋梁墩臺沉降觀測、橋面線形與撓度觀測、主梁橫向水平位移觀測、高塔柱擺動觀測。2.1 坐標系統GPS解算出來的坐標是基于WGS84坐標系統的，而對橋梁特性的分析主要基于橋梁縱向、橫向及豎向，所以要建立分別平行橋梁3軸線的橋梁坐標系統。另外根據用戶要求，監測軟件可將監測結果轉換為自定義的本地坐標系統，坐標轉換過程為：WGS84空間直角坐標（XYZ）轉換到WGS84大地坐標（BLH）以WGS84橢球為基準采用恰當的中央子午線將大地經緯度高斯投影為平面格網坐標，

11、保持橢球高不變，從而形成平面格網坐標加橢球高的東北天坐標系平面格網坐標逆時針旋轉一個角度使之平行于橋梁縱軸和橫軸：保持橢球高不變，從而形成了平行于橋梁3個軸線的橋梁坐標系或本地坐標系。2.2 系統結構中海達GPS監測系統整體結構簡單、層次清晰、功能明確，系統由：數據采集系統、數據傳輸系統、數據處理系統、監測預警系統、綜合管理系統等五大系統組成，其中綜合管理縫蹄檢查.、數朝品延程下零）中海達高精度鴛解監罰推警系統怙杓麻麻圖系統是服務器軟件管理中心，數據處理系統是GNSS數據解算中心、監測預警系統是監測數據分析中心，也是中海達高精度變形監測預警系統的核心。整個系統的結構與功能如下圖所示：基捌算精度

12、他算坐標計算馳找生成、監側分析技警發布,綜合管理系統一一可有效進行用戶管理、數據管理、系統運行管理，確保系統安全和數據安全，可方便進行參數設置、狀態本地/遠程瀏覽、數據本地/遠程下載以及數據共享等。集數據采集系統一一中海達采集系統關鍵設備采用高精度進口主板，確保數據采集精確。數據采集系統一般由基準站、監測站以及包括野外電源和防雷系統組成的保障支持系統組成。數據傳輸系統一一中海達數據傳輸系統可采用RS232、專線有線或無線Modem、TCP/IP、UCP、GPRS無線和CDMA無線通信、UHF無線電臺等方式，組建傳輸網絡方便靈活。系統不僅支持野外就地拖拽式數據下載，還能實現遠程實時數據流傳輸和文

13、件包下載。理數據處理系統一一中海達數據處理系統可進行長時間連續實時數據處理，解算采用先進的卡爾曼濾波集成單歷元整數解算法，輕松達到毫米級定位精度，確保系統運行的穩定性和數據的可靠性。監測分析預警系統一一中海達監測分析預警系統的數據分析處理能力非常強大，分析角度多、手段豐富，能計算三維位移分量及各向變形速率，自動生成變形歷時曲線、變形分布圖和多因素相關圖；能根據實地地形數據生成三維仿真圖，并生成變形場等高圖或漸變色譜圖以及變形場任意剖面圖；能綜合其他監測數據進行初步分析與簡單評價；能根據預設警界值進行風險斷別，實時以短信、聲音或屏顯等形式進行多渠道狀態信息發布，異常狀態條件下還能適時多渠道多形式

14、進行預警信息播報（發布渠道包括運行技術人員、單位領導、上級管理部門信息中心等，形式包括短信、語音電話、警報聲音、大屏幕顯示等）。中海達GPS外部變形監測系統數據采集與數據傳輸的典型工作模式如下所示：tIU fit'll. lii田1mM-日-一t豆丁函三三一力妾彳二一-tr亭工有二千百百數據采集旨傳輸系統主要現竹歿爵蛆成及其進接示意怕根據實際條件與需要，系統供電也可配置成其它方式（如市電），數據傳輸則還可采用有線直連、無線電臺、GPR&無線網橋等方式。2.3 硬件配置及設備選型2.4.1GPS接收機推薦選用中海達VNet6型專業GPS接收機，其面板和背板如下圖所示：51向氏括于

15、叮曲就節第開笠挖餐或三中儒門為）B/次。8,什了匿XfL：Ft轉助生孱”用臺艮書制審逢口小呻/牛中白憫BNCJ阿弟箕事：6GN陽小FW出口圖口找M，第2削”7步帙加卜/沖涵也忖棹主也;之技術參數:雙頻雙星GNSS接收機，可配置高精度扼流圈ZYAGB-BS035,或者高性價比AT-2200天線。應用范圍適合橋梁和高層建筑物等震動監測、混凝土壩等高精度監測應用領域,支持一機多天線監測。最高輸出頻率50HZ220通道GPSL1C/A碼，L2C,L1/L2/L5跟蹤通道GLONASSL1C/A和P碼，L2P碼，L1/L2空基增強系統WAAS,EGNOS,MSAS,L-Band(Omnistar單歷元解

16、算精度：定位精度平面：戈2.5mm+1x10-6D),高程：戈5.0mm+1x10-6D)單歷元解算初始化時間：小于10分鐘動態解算精度平面：Y10mm+1x10-6D),高程：420mm+1x10-6D) 初始化可靠性：一般大于99.9%支持長基線解算輸入/輸出格式數據資料記錄 差分電文：CMR,CMR+,RTCM2.3,RTCM3.0,RTCM3.1,RTCA 觀測值數據：ZHD,RINEX,BINEX,RANGEA 定位數據/狀態信息：NMEA-0183V2.30 內置儲存容量：1GB 配置SD卡容量：4GB 儲存格式：ZHD.RINEX,BINEX 命名選擇的文件：多樣化 存入數據檢索

17、和調動：網絡下載 數據管理：支持循環存儲 5個RS232端口，支持氣象儀，傾斜儀，傳感 1個以太網端口 1個外部時鐘接口，支持外部高精度原子鐘接接口入 4個電源輸入口，相互獨立 1個GSM天線接口 以太網：RJ45連接器，支持HTTP、NTRIP,支持10個同時存在的TCP/IP數據流無線網：支持GPRS或CDMA接入藍牙：支持2.4GHz連接安全可選擇的HTTP登錄上網，實時認證，SSL認證用戶分級訪問權限、每次支持10個用戶同時登陸用戶界面5個LED指示，2個按鈕鍵盤，Web用戶界面電源 736V的直流電輸入 120Ah的蓄電池可以工作250個小時以上。 功率4W環境 工作溫度：-40C6

18、5c 存貯溫度：-40C80C 防水防塵：IP67 重量：1kg 大小：22.5x13.8x7cmrfiT t ,】fg E LfSBW - r*MB 皇111 ”* * iuJ.mtflr.ftit I匕%Urt4EMaj Bj膽iw7sli nanm rM 回2.4.2 GPS天線推薦采用型號為AT-2200型的專業大地測量型雙星雙頻GNSS天線，能有效降低多路徑信號的影響、精確跟蹤目前所有的GPS衛星發射的信號。學小大地刪屈型心的大拽7F2.4.3 天線連接線采用Syv-50-5-1型同軸電纜，其射頻信號保真高、衰減小，在不加天線信號放大器的情況下信號傳輸40米仍可滿足GPS接收機的正常

19、工作需要。2.4.4 電源系統電源系統可采用220V交流電，也可以用太陽能，也可使用UPS等。2.4.5 通訊系統通訊系統需要根據現場條件采用有線網絡或者無線網絡，或GPRS等通訊設備。2.4.6 其他附件：如連接接頭、避雷針、保護箱(罩)、電纜保護管等，以滿足GPS系統正常工作需要為基本原則。2.5軟件系統中海達高精度GPS形變監測系統是面向GPS形變監測綜合應用的專業化綜合應用系統，軟件系統主要包括三個子系統，包括：數據傳輸和采集系統(DTUCenter)高精度GPS形變監測數據處理系統(ZNetMoniter)基于Web的形變數據發布系統(ZWebMoniter)中海達高精度GPS形變監

20、測系統目標明確、結構簡單、流程清晰、功能完備，解決方案因地制宜、具有鮮明的針對性，系統設計時在確保監測功能及精度性能的前提下，能充分考慮工程的實際條件并兼顧工程投資的經濟性，合理設計系統結構，科學配置系統單元，最大程度實現系統要求與目標。系統運行穩定、數據可靠，能準確表達各監測點的運行狀態，能對相關數據進行分析并提出初步風險評價，還能多渠道多形式適時分級發布預警信息，為運行單位隨時隨地掌握工程結構安全和決策部門在關鍵時刻的決策分析提供了有效可靠的技術支持。中海達高精度GPS形變監測系統技術成熟、應用廣闊，本系統不僅在多個橋梁健康監測項目運行，還成功應用于滑坡地質災害監測、礦山邊坡變形監測、水庫

21、大壩變形監測、堤防渠道變形監測、深基坑及周邊影響區變形監測、高層建筑及大型場館健康監測等領域。中海達高精度GPS形變監測系統的主要應用領域如下圖所示：冰川運動監測大型橋梁雷溯工航監剿板塊澧移監測大型場館監瀾沉陷監測大壩監涮高層建筑監測滑地監測2.5.1 數據傳輸與數據采集系統(GPSDTUCenter)數據傳輸部分負責把GPS原始觀測數據(包括監測站和參考站)發送至數據處理和分析中心的計算機上，完全實現最高達50Hz連續高速精密數據采集。數據傳輸的方式可有多種，如：Internet有線網或無線、GMS、GPRS以及通訊電臺等。GPRSModem現場工作圖對于GPS應用，數據采集軟件可采用隨機配

22、置的軟件，但要求具有實時采集及自動轉換成RINEX格式數據文件的功能（如Topcon公司的PC-CDU數據采集軟件，如圖2.7所示，但它僅適用于Topcon系列的接收機）。為實現對多種接收機設備的兼容和網絡數據傳輸，我們為監測系統開發了專業的的數據采集軟件GPSDTUCenter,支持通過串口或Internet方式通訊，支持GPRS/CDMA/3G等通訊方式，系統主要界面如圖所示。PC-CDLJ flo r_GGp J口溶RUEb4c白F4GPS原始數據分析界面F'T.'CH1sCt(F|上屯嶗Tn-pfdRIh|rEB杷13德M型第KF127127GQ1KtW*，HI

23、4;1144叩Slatdrik鼬£kX1K口或。曲1CsHJlCKIdkcfY5口0¥MWiM(阻z福苒曰稀口也(Jcmkus.'znirgrDEOimDP»np151EM1g3T|他道斗立的日rjGPS實時數據采集2.5.2 數據處理部分(ZNetMoniter)數據處理部分包括GPS數據處理與數據管理。ZNetMoniter是專門為高精度GPS形變監測系統開發的一款基于Windows操作系統的應用軟件，該軟件采用特殊的算法進行基線解算，同時還具有可視化、數據管理及分析等功能。ZNetMoniter軟件算法先進,能運用小波精密分析法對數據進行分析處理，真

24、正實現單歷元毫米級高精度連續解算。其主界面如圖所示。基于C/S結構的ZNetMoniter工作界面UCIEMDntorugGMS 蓼天盛鬟甩上兩策0口看£口工罰騫七3q再 Hoiu tgriM StLbti3ta,"-* 3LJ圖2.10ZNetMoniter軟件主界面不同的應用所需求測量頻率是不一樣的，如處于危險期的滑坡、汛期的防洪堤、大壩等的監測中，所要求的測量頻率將比較高（如每小時一個測量結果）；另一方面，長時間的觀測數據可以平滑多路徑效應誤差，因此GPS的測量精度實際與觀測時間的長短有關。所以在實際應用中，必須在測量頻率和測量精度取得一個最佳的平衡點。下面是不同測量

25、頻率下ZNetMoniter系統測量精度（1倍中誤差，由多項目案例統計得出）。表ZNetMoniter系統測量精度(1倍)觀測時間實時30分鐘1小時2小時水平測方或向5mm+1ppm3.5mm+0.5ppm2.5mm+0.5ppm2mm+0.5ppm精豎度直方向10mm+1.5ppm7mm+1ppm5mm+1ppm4mm+1ppm2.5.3 ZNetMoniter系統基本功能(1) ZNetMoniter包括工程管理、測站管理、數據預處理、基線解算以及數據管理模塊。在連續運行的自動化監測應用中，實時下載并處理由數據采集軟件獲得的GPS觀測數據。經過基線解算后，可獲得每個監測點的位移量，并在結果

26、視圖中繪制出監測點的位移時程曲線圖。(2)能夠進行長期、自動化、穩定、不間斷運行，能實現最高20Hz的實時觀測，真正做到無人值守，放心又省心；(3)能進行基線解算、已知點符合歸算、坐標計算、精度估算;能計算三維位移分量及各向變形速率；能自動生成變形歷時曲線；能根據預設警界值進行預警信息或狀態信息發布;口 ta4lt' 0 UwiRk- 口*a Pl . Ekw*ri iD4Ml-Wg何“4 flMiHhi 4talHIZ/RIIVl11m埠1工*“曲aUril劉右？咕修電itowiniMMAiWMM斯1L»m Tzti Ki+isi-m各監測點歷史狀態監測(4)基于具有網絡接

27、口的接收機設備，可直接進行具有遠程數據傳輸、遠程狀態瀏覽、遠程系統設置以及數據管理、用戶管理、安全管理等功能；需fll注日甘加事峨兒黑麗Bicrsrorft副hHztht匚-癡Xj|文怦9M(1)看哥恒帆*®工具工卅*1如春OM,*1-1*zWE齊*a監測點接收機網絡管理(5)能計算三維位移分量及各向變形速率，能自動生成變形歷時曲線圖、變形分布圖、多變量相關圖，能根據實地地形數據生成三維仿真圖，并能生成實體變形場等高圖或漸變色譜圖以及變形場任意剖面圖。監測點變形場2.5.6監測數據分發系統(ZWebMoniter)圖WEB發布系統主界面ZWebMoniter能對變形監測數據進行初步分

28、析與簡單評價，能根據預設警界值和實測值進行判別，能及時進行多渠道（基于文件、數據庫、流數據）多形式（B/S及C/S結構）監測預警信息或狀態信息發布，隨時隨地掌握運行狀態，真正實現遠程監控和無人值守；系統主要包括：數據庫管理（查詢、刪除和備份）形變監測數據多形式存儲：基于文件、數據庫、流數據形變監測結果數據分發：支持面向B/S及C/S結構的在線監測系統建設，真正實現網絡化遠程監控和無人值守2.5.7系統特點中海達高精度GPS形變監測系統除具有行業通用優勢外，還有著以下幾個特點：數據采集快：完全實現最高達50Hz連續高速精密數據采集；監測精度高：算法先進，能運用小波精密分析法對數據進行分析處理，真

29、正實現單歷元毫米級高精度連續解算；硬件層次少：系統組成簡單、結構清晰、運行穩定、維護方便；分析手段多：能計算三維位移分量及各向變形速率，能自動生成變形歷時曲線圖、變形分布圖、多變量相關圖，能根據實地地形數據生成三維仿真圖，并能生成實體變形場等高圖或漸變色譜圖以及變形場任意剖面圖；信息發布快：能對變形監測數據進行初步分析與簡單評價，能根據預設警界值和實測值進行判別，能及時進行多渠道多形式預警信息或狀態信息發布，隨時隨地掌握運行狀態，真正實現遠程監控和無人值守；應用范圍廣：中海達高精度變形監測分析預警系統不僅能應用于橋梁健康監測，還能廣泛應用于滑坡等地質災害監測以及高邊坡、高剪力墻、港口、船塢、礦

30、山、水庫大壩和江河堤壩、大型場館和高層建筑健康監測中。3傳統監測和自動化監測對比傳統用于位移監測的儀器主要有：全站儀、位移傳感器和激光測試等。而這些傳統均存在嚴重不足之處。全站儀監測的不足：采用自動掃描法，需要對各個測點進行一周的連續掃描，而且各測點不同步以及大位移時不可測。位移傳感器的不足：它是一種接觸型傳感器，必須與測點相接觸，且對于難以接近的點無法測量，另外對于橫向位移測量比較困難。激光測試的不足：在橋梁晃動大時，由于無法捕捉到光點故無法進行量測，且惡劣天氣不可量測。從上述可以看出，傳統的位移監測設備與方法存在種種不足。而基于衛星導航系統的位移監測技術具有精度高、無人值守、全天候獲取實時

31、數據的優點。相比傳統的位移監測技術具有以下優6:八、衛星導航高精度位移監測技術VS傳統位移監測技術類別傳統監測技術北斗/GPS監測技術建設成本成本高成本低，約占傳統監測技術1/10維護便宜性需專業技術人貝，母年7E期標定；維護簡單，不需定期標位移監測數據質量橫向位移監測比較困難水平、高程方向都能達到高精度監測實時性一般需要后期處理，受天氣條件影響大實時、自動、信息化還具有如下主要優點：觀測站之間無須通視，點位選擇更加靈活。操作簡便，勿需進行手工重復勞動，可以節省大量人力物力定位精度高，定位精度水平為3mm,高程為6mm以內。響應快速，短基線快速定位，其觀測時間僅需數分鐘。全天候作業，真正實現連

32、續實時觀測?？芍苯犹峁┤S坐標及其絕對或相對變化量，沒有變形范圍限制，這是傳感器類、聲納類、光波類、影像類、頻譜類監測手段不可比擬的。自動化程度高，可以完全實現遠程控制、遠程監測、遠程數據下載與共享，方便實現預警信息發布?；谛l星導航技術的位移監測理論與方法，是當前逐漸被廣泛采用的位移監測新方法、新技術之一，也是極為重要的監測手段之一。如今，衛星導航位移監測技術已廣泛應用于地殼運動觀測，區域地面沉降監測，布設各種類型的工程測量控制網，軍事上導彈與智能炸彈的精確制導車輛導航等領域，并取得了一系列成果，在實踐中逐步發展、完善，積累了豐富的經驗。4技術先進性系統的先進性及創新體現在以下幾個方面：先進

33、的北斗/GPS高精度位移監測終端設備；國內領先的基于北斗/GPS多模多頻位移信號多路徑抑制的新算法，高精度單歷元實時在線監測技術和最優差分改正電文生成技術；國內首個針對高原山區公路橋梁、邊坡管理養護需求的實時在線位移監測系統；國內領先的產品化的位移監測與預警系統，可在國土、電力、水利等領域進行推廣應用；國內領先的橋梁實時動態及高精度靜態兼容監測，支持瞬變和徐變兩種模式?；诒倍?GPS高精度位移監測解算預警系統通過實現以上各個先進性技術使整個系統真正實現遠程無人值守實時監測與預警的能力。具備多方面的特點：監測指標全面、絕對位置真實、系統穩定可靠、技術指標優越、預警預報及時、數據采集連續、遠程管

34、理便捷、投資費用節約、硬件層次少、分析手段多、信息發布快、應用范圍廣，達到國際領先。5北斗/GPS公路橋梁無人值守監測及預警系統設備北斗/GPS兼容型的位移監測終端需要滿足以下要求：實時性強：系統的主要工作是對大量的過程狀態參數實現實時監測、數據存儲、數據處理、進行實時數據分析等。因此，要求在硬件上必須有實時時鐘和優先級中斷信息處理電路?？煽啃愿撸核遣杉酉到y最重要的一個要求，由于數據采集系統往往是安裝在被控對象的實際工作環境中，所以不僅溫度、濕度變化大，而且灰塵多、腐蝕性強，為了確?？刂葡到y的高可靠性，要求采集終端有防潮、防塵、防震的能力。硬件采取冗余技術、隔離屏蔽技術等。在軟件設計要可靠

35、、利用容錯技術、自診斷技術等，設置安全保護措施等。通信鏈路多樣化：支持多種數據傳輸鏈路，包括GPRS,3GCDMA等，通信鏈路單元可自由選擇。滿足高原山區野外作業環境的復雜多樣性，可靠性、適應性、標準性、經濟性等多項指標。從信息傳輸的角度來說，其中最基本、最重要的性能指標有兩個：通信的有效性和可靠性。有效性主要是指信息傳輸的“速度”問題，而可靠性主要是指信息傳輸的“質量”問題。終端設計框圖北斗/GPS高精度位移監測設備是一個系統整機，涉及到天線、射頻、基帶、控制、顯示和接口等眾多產品技術，以及完整的產品質量控制體系。為了確保北斗/GPS高精度監測設備的順利完成，擬采用的解決方案如下：采用中海達

36、現有的GPS系列高精度接收機的產品研發、試驗、生產和品管等10多年的測繪行業經驗，對本項目進行專項管理，并成立一支專業的研發隊伍，研發北斗/GPS的位移監測設備。首先，將研究設計北斗/GPS高精度位移監測設備的關鍵技術，例如北斗/GPS高精度監測型天線技術、北斗/GPS系統融合捕獲與跟蹤算法技術、Linux/WinCE嵌入式系統平臺技術和終端整機技術等。其次，在綜合考慮這些因素的基礎上，研究出北斗/GPS高精度位移監測設備的系統解決方案，應用這些方案就可以靈活的設計出北斗/GPS系統組合的高精度位移位移監測設備。位移監測終端設計原理框圖如下：避窩和終位移監測終端原理框圖終端詳細功能指標(1)功

37、能指標本項目首先實現高精度的定位功能。具備監測站的功能；本項目使用分體機做法，即天線和終端分開，通過天線電纜連接，可自由拆卸；通信能力較強：可實現2G/3G網絡接入，RJ45網口，RS232/485通信。實現更寬電壓接入，支持DC9-36V電壓輸入?？蓴U展性能高，GPRS,CDMA,3G等模塊定制，可擴展為4G網絡；符合高原山區野外標準和相關防護等級要求。特別防腐蝕，粉塵，防水等方面性能較高，無風扇設計。(2)技術指標跟蹤通道192通道北斗B1/B2GPSL1/L2定位精度平面士(3.0mm+1x10-6D)高程士(6.0mm+1x10-6D)初始化時間小于30秒初始化可靠性.一般大于99.9

38、%數據更新率1HZ通信能力內置2G/3G模塊：實現差分數據和遠程網絡數據傳輸;RS232/485通信：支持有線監測數據傳輸；供電功耗寬電壓輸入：支持DC9-36V直流電壓輸入；主副電源輸入：2個電源接口，主副電源輸入；功耗：4W;輸入輸出接口輸入輸出接口通信方式預留數功能描述備注北斗/GPS天線接口1TNC頭TNC2/3G天線接口12/3G信號SMA電源接口1IP65LEMO1B大2芯RJ45接口1有線網絡傳輸網線接口串口RS2321設置，電源，調試，小五芯通過按鈕切換，USB數據卜載LEMO1B大8芯，設置或調試功能共用3芯，通過按鈕切換；副電源2芯；總共需要7芯。串口RS232/4851傳

39、感器輸入、數據傳輸附加LEMO1B大10芯,485四芯與232復PPS事件觸發、引腳用、CAN口2芯、PPS一芯、事件觸發1芯總共需要8芯。數據資料記錄內置儲存容量4GB儲存速率1Hz命名選擇的文件多樣化存入數據檢索和調動遠程網絡下載安全可選擇的HTTP登錄上網，實時認證，SSL認證(3)物理性能要求防潮：符合高原野外安裝標準防腐蝕：符合高原野外安裝標準散熱能力：無風扇設計，符合高原野外安裝標準IP防護等級：IP65,防塵防水工作環境溫度：-4560度存儲溫度：-4585度終端外觀結構要求產品結構外觀總體要求符合高原野外安裝標準，符合高原山區地理環境條件要求，符合高原山區氣候環境和無人值守，防

40、盜標準C在符合上述指標說明的同時，應該注意一下幾點：方便安裝、拆卸、接插線和符合走線習慣；方便運輸，拆裝，不宜太重；外觀美觀度要求無需太高，要易于防盜和保管。終端硬件詳細設計(1)北斗/GPS高精度監測型天線的設計天線單元設計北斗/GPS高精度監測型天線采用微帶平板天線的形式，通過多層結構微帶天線及無源與有源設計相結合等技術途徑實現北斗/GPS的多頻接收性能、微帶天線陣的高增益和低輪廓特性。圖天線俯視圖圖線側視剖面圖低噪聲放大器單元設計在北斗/GPS高精度監測型天線中，低噪聲放大器單元(LNA)單元是不可缺少的重要組成部分，對接收機的靈敏度具有決定性的影響。LNA位于接收機前端主要部分，用于將

41、天線接收到的微弱衛星信號低噪聲放大。信號經過低噪聲放大、濾波處理后送入接收機處理。LNA信號通道模塊框圖如下圖所示。為了有效降低噪聲系數以提高系統靈敏度，采用兩級級低噪聲放大器級聯的方式在降低噪聲系數的同時提高了有源電路的增益，減小了后續無源電路對噪聲系數的影響，同時高抑制濾波器可以有效地抑制帶外干擾和噪聲。射期輸出直疏*人圖LNA通道組成框圖(2)北斗/GPS高精度位移監測芯片方案廣州中海達公司與和芯星通科技有限公司共同實施高精度北斗兼容型模塊的研制及產業化的項目，由和芯星通提供芯片，中海達生產整機，研發用于高精度北斗兼容型接收機，達到產業化的要求。北斗兼容型芯片主要性能指標：(1)多模多頻

42、支持信號：北斗B1/B2、GPSL1/L2(2)靜態定位精度水平：3mm+1ppm(RMS),垂直：5mm+1ppm(RMS)(3)動態定位精度水平：1cm+1ppm(RMS),垂直：2cm+1ppm(RMS)(4)數據更新率：1-10Hz(3)北斗/GPS高精度位移監測設備方案設計硬件電路結構功能框圖如下所示：圖硬件電路結構功能框圖北斗/GPS高精度位移監測終端由北斗/GPS接收模塊電路、北斗/GPS天線、ARMCPU、FLASH存儲器、接口電路/面板電路、GPRS模塊電路、電源電路、語音模塊電路等組成。(4)位移監測終端一體化和電磁兼容性設計位移監測終端包含北斗/GPS高精度的難點在于如何

43、處理北斗/GPS接收主板和北斗/GPS接收天線同時使用時的電磁兼容性，而定位模塊中的同頻射頻輻射信號在天線接近到一定距離時，這種輻射已經可以導致天線的有用信號被噪聲淹沒，這樣北斗/GPS接收機就無法定位或者接收能力下降。經過實驗測試，采用定位模塊與接收天線背馱式安裝結構，可解決電磁兼容性問題，創造了一種新的天線集成方式，使得高精度北斗/GPS接收機一體化、小型化成為可能。嵌入式系統軟件詳細設計軟件系統體系結構如下圖：圖軟件系統體系結構產品應用方向該位移監測終端適合在高原山區公路橋梁、邊坡位移監測中廣泛應用，在各類橋梁，邊坡，隧道中設計適合的監測點位，將本位移監測終端固定安裝在該點位上即可進行實時，無值守的監測，并將監測數據實時傳輸給位移監測遠程預警平臺進行綜合分析和預警。6野外設備供電設計方案1）電源系統實現方式：一般分為交流供電、太陽能和風光互補系統（太陽能+風能）供電幾種；交流電：適合公路旁方便走電的地方。太陽能：適合公路邊坡偏遠，交流電供電難度較高的地方。風光互補系統：適合公路邊坡偏遠，交流電供電難度較高的地方。設計太陽能系統需要的參數：負載功耗負載運行時間無陽光情況下，負載需要保持多久續航時間。在什么地理位置使用。（地級市）通過以上基本需求，就可以計算出該系統需要使用多大功率的太陽能板，多大容量的蓄電池。2）后備電源供電