自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理

上次課主要內容概述周期性重復觀察固定式連續(xù)觀察GPS一機多天線監(jiān)測技術多傳感器組合變形測量系統(tǒng)自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第1頁第6、7章

自動化監(jiān)測技術與

監(jiān)測資料整編測量工程與裝備系自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第2頁此次課主要內容自動化監(jiān)測系統(tǒng)設計監(jiān)測自動化系統(tǒng)設計示例監(jiān)測資料整編監(jiān)測數(shù)據預處理自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第3頁1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)設計概述：自動化監(jiān)測技術是從20世紀60年代起，伴隨計算機技術、網絡通訊技術發(fā)展而發(fā)展起來。自動化監(jiān)測三種形式：第一個是數(shù)據處理自動化，俗稱“后自動化”；第二種是實現(xiàn)數(shù)據采集自動化，俗稱“前自動化”；第三種是實現(xiàn)在線自動采集數(shù)據，離線資料分析，俗稱“全自動化”。自動化監(jiān)測主要包含數(shù)據采集自動化、數(shù)據傳輸自動化、數(shù)據管理自動化和數(shù)據分析自動化等內容。自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第4頁自動化監(jiān)測系統(tǒng)功效：（1）數(shù)據采集功效。1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)設計能自動采集各類傳感器輸出信號，并把模擬量轉換為數(shù)字量；數(shù)據采集能適應應答式和自報式兩種方式，能按設計方式自動進行定時測量，能接收命令進行選點、巡回檢測和定時檢測。現(xiàn)場數(shù)據采集裝置應有儲存器和掉電保護模塊，能暫存已經采集數(shù)據，并在掉電情況下不丟失數(shù)據。系統(tǒng)應設有備用電源，在斷電情況下，系統(tǒng)應能自動切換，并繼續(xù)工作一段時間，詳細連續(xù)工作時間應依據工程詳細要求確定，普通應在3天以上。（2）掉電保護功效。自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第5頁自動化監(jiān)測系統(tǒng)功效：1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)設計即對儀器本身工作性態(tài)進行檢驗，對發(fā)生故障儀器應自動報警?，F(xiàn)場數(shù)據通訊普通采取電纜、光纖和無線傳輸?shù)刃问?，對于遠程通訊普通采取因特網和微波方式。（3）自檢、自診療功效。（4）現(xiàn)場網絡數(shù)據通訊和遠程通訊功效。（5）防雷和抗干擾功效。為確保系統(tǒng)安全和正常運行，預防遭受雷擊和外界原因干擾，系統(tǒng)應具備本功效。系統(tǒng)防雷普通應進行專門設計。自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第6頁（6）數(shù)據管理功效。自動化監(jiān)測系統(tǒng)功效：1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)設計對監(jiān)測數(shù)據應采取數(shù)據庫技術進行有效管理，并編制對應管理系統(tǒng)軟件，對監(jiān)測數(shù)據實施查詢、修改、統(tǒng)計等操作，對數(shù)據異常及故障能進行顯示和報警。另外，為確保數(shù)據安全，系統(tǒng)應含有數(shù)據備份功效。（7）數(shù)據分析功效。對監(jiān)測數(shù)據進行及時分析處理是自動化監(jiān)測一個主要特征，是及時發(fā)覺工程隱患主要伎倆。普通數(shù)據分析主要是判斷數(shù)據正?；虍惓Ｌ卣?，并依據其異常特征作深入分析。自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第7頁設計標準：（1）適應性

1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)設計依據建筑物所處環(huán)境條件、建筑結構和運行工況不一樣，在設計監(jiān)測自動化系統(tǒng)時應有較強針對性。對于重點監(jiān)測項目和主要測點應優(yōu)先納入自動化監(jiān)測系統(tǒng)中，技術成熟項目優(yōu)先實現(xiàn)自動化。（2）經濟性系統(tǒng)建設造價應經濟、合理，采取性價比高儀器設備；同時，應盡可能考慮整套系統(tǒng)采取同一廠家產品，以提升系統(tǒng)兼容性、完整性，便于管理、維護和節(jié)約經費。自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第8頁設計標準：（3）準確性1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)設計系統(tǒng)測量數(shù)據應準確，精度滿足相關規(guī)范要求，在更換零部件時不影響數(shù)據連續(xù)性。（4）可靠性監(jiān)測設備選型應優(yōu)先考慮選取技術先進、成熟、經過多個現(xiàn)場環(huán)境長久考評、質量合格產品，設備故障率低，含有在雷電、高溫、高濕等惡劣環(huán)境下正常工作長久可靠性，有良好防雷、防濕、耐高溫等抗干擾能力。發(fā)生故障時能及時判斷、報警，并快速排除。為確保數(shù)據連續(xù)可靠，系統(tǒng)應含有備用人工觀察伎倆。自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第9頁（5）開放性和通用性設計標準：1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)設計系統(tǒng)應含有良好開放性和兼容性。開放性是針對用戶開放系統(tǒng)總線標準、系統(tǒng)數(shù)據采集單元程控命令和數(shù)據格式，以及接入任何種類標準信號傳感器。系統(tǒng)應易于操作，人機界面友好。（6）統(tǒng)一性數(shù)據采集系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)應相互兼容，即使采取不一樣數(shù)據采集子系統(tǒng)，也應能實現(xiàn)監(jiān)測信息統(tǒng)一管理。自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第10頁自動化監(jiān)測系統(tǒng)布置形式：1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)設計集中式監(jiān)測系統(tǒng)分布式監(jiān)測系統(tǒng)混合式監(jiān)測系統(tǒng)自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第11頁集中式監(jiān)測系統(tǒng)：1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)設計集中式系統(tǒng)是將傳感器經過集線箱或直接連接到采集器一端進行集中觀察。采集器自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第12頁集中式監(jiān)測系統(tǒng)：1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)設計不一樣類型傳感器要用不一樣采集器控制測量，由一條總線連接，形成一個獨立子系統(tǒng)。系統(tǒng)中有幾個傳感器，就有幾個子系統(tǒng)和幾條總線。采集器自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第13頁集中式監(jiān)測系統(tǒng)：1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)設計采集器集中式監(jiān)測系統(tǒng)高技術部件均集中在機房，工作環(huán)境好，便于管理，系統(tǒng)重復部件少，相對投資也較少，但系統(tǒng)傳輸是模擬量，易受外界干擾，系統(tǒng)風險集中，可靠性不高，技術復雜，電纜用量大，維護不便。自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第14頁依據不一樣監(jiān)測任務需要而埋設各類傳感器經過一定通信介質（普通為屏蔽電纜）接入布置其附近測控單元；由測控單元按照采集程序控制將監(jiān)測數(shù)據轉換、存放并經過數(shù)據通信網絡發(fā)送至遠方監(jiān)測計算機做深入分析和處理。分布式監(jiān)測系統(tǒng)：1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)設計分布式數(shù)據采集系統(tǒng)通常由監(jiān)測計算機、測控單元和傳感器組成自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第15頁分布式系統(tǒng)是把數(shù)據采集工作分散到靠近較多傳感器采集站(測控單元)來完成，然后將所測數(shù)據傳送到主機。這種系統(tǒng)要求每個觀察現(xiàn)場測控單元應是多功效智能型儀器，能對各種類型傳感器進行控制測量。分布式監(jiān)測系統(tǒng)：1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)設計分布式監(jiān)測系統(tǒng)傳輸是數(shù)字量，傳輸距離長，精度高，風險分散，可靠性高，技術簡單，電纜用量小，布置靈活，觀察速度快，但系統(tǒng)重復部件多，投資相對較大。自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第16頁網絡集成式結構是對分布式結構在開放性和標準化方向上做出本質改變系統(tǒng)結構，突破了分布式結構中因專用網絡封閉造成缺點，改變了分布式結構系統(tǒng)中模擬、數(shù)字信號混合分布式監(jiān)測系統(tǒng)：1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)設計自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第17頁雅安滑坡監(jiān)測示范工程2.自動化監(jiān)測系統(tǒng)示例第一古滑體第二古滑體GPS點蠕變體雅安峽口滑坡位于四川雅安北隴西鄉(xiāng)境內，隴西河中游峽谷東岸?；w物質為古崩塌堆積物。該地域是古滑坡區(qū)，復活體長500m，寬300m，呈東西方向，偏南約25.5°。自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第18頁雅安滑坡監(jiān)測示范工程2.自動化監(jiān)測系統(tǒng)示例滑坡體監(jiān)測包含整體變形監(jiān)測、內應力應變監(jiān)測、外部環(huán)境監(jiān)測如降雨量、地下水位監(jiān)測等。整體變形采取GPS定時復測方式進行?；鶞庶c2個，位于滑坡體東、北兩側基巖上。滑坡體上供布設了監(jiān)測點15個，均采取強制對中裝置。沿滑坡剖面布設測斜儀、裂縫計5組，雨量計、地下水位計3組。自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第19頁2.自動化監(jiān)測系統(tǒng)示例滑坡遠程監(jiān)測系統(tǒng)分為“野外信息采集及發(fā)送系統(tǒng)”，“北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)”和“地質災害監(jiān)測管理中心”三大組成部分。

數(shù)據采集系統(tǒng)

監(jiān)測中心

北斗通信系統(tǒng)實時監(jiān)測系統(tǒng)組成“北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)”在監(jiān)測系統(tǒng)中負擔傳輸數(shù)據任務滑坡遠程監(jiān)測系統(tǒng)工作流程是，由野外信息采集系統(tǒng)采集特征地質數(shù)據，由發(fā)送系統(tǒng)發(fā)送至北斗衛(wèi)星，應用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)通信功效將數(shù)據發(fā)送至地質災害監(jiān)測管理中心，由監(jiān)測中心監(jiān)測系統(tǒng)控制軟件對數(shù)據進行初步形式處理并存入數(shù)據庫，并經過北斗系統(tǒng)向野外系統(tǒng)發(fā)送反饋信息及控制指令。自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第20頁電池組電池組UPS采集儀電源傳感器數(shù)字采集儀工控機電源衛(wèi)星通訊機顯示器雨量計數(shù)字采集儀位移傳感器水位、水溫傳感器雨量計衛(wèi)星天線AC：220V電源2.自動化監(jiān)測系統(tǒng)示例監(jiān)控站設備清單：（1）、“北斗一號”衛(wèi)星通訊機（2）、工控機（3）、UPS（4）、數(shù)字采集儀（5）、傳感器供電電源（6）、設備機箱架（7）、雨量計數(shù)字采集箱（8）、傳感器品種：雨量計、水位、水溫計、位移計（9）、天線支架（10）、避雷裝置自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第21頁2.自動化監(jiān)測系統(tǒng)示例自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第22頁2.自動化監(jiān)測系統(tǒng)示例直流電源衛(wèi)通接收機微機顯示器鍵盤AC220V電源接線板鼠標接收機天線數(shù)據線接COM1自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第23頁概述欲使變形觀察起到監(jiān)視建筑物安全運行和充分發(fā)揮工程效益作用，除了進行現(xiàn)場觀察取得第一手資料外，還必須對監(jiān)測資料進行整理分析，包含：資料整編和資料分析。3.監(jiān)測資料整編對觀察資料進行聚集、審核、整理、編排，使之集中、系統(tǒng)化、規(guī)格化和圖表化，并刊印成冊稱為觀察資料整編。其目標是便于應用分析，向需用單位提供資料和歸檔保留。自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第24頁普通要求（《土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)范》）監(jiān)測資料整編包含平時資料整理與定時資料編印。3.監(jiān)測資料整編平時資料整理工作主要內容：（1）適時檢驗各觀察項目原始觀察數(shù)據和巡視檢驗統(tǒng)計正確性、準確性和完整性。如有漏測、誤讀(記)或異常，應及時補(復)測、確認或更正。（2）及時進行各觀察物理量計(換)算，填寫數(shù)據統(tǒng)計表格。自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第25頁普通要求（《土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)范》）監(jiān)測資料整編包含平時資料整理與定時資料編印。3.監(jiān)測資料整編平時資料整理工作主要內容：（3）隨時點繪觀察物理量過程線圖，考查和判斷測值改變趨勢。如有異常，應及時分析原因，并備忘文字說明。原因不詳或影響工程安全時，應及時上報主管部門。（4）隨時整理巡視檢驗統(tǒng)計(含攝像資料)，補充或修正相關監(jiān)測系統(tǒng)及觀察設施變動或檢驗、校(引)測情況，以及各種考證圖、表等，確保資料銜接與連續(xù)性。自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第26頁定時資料編印工作主要內容：（1）聚集工程基本概況、監(jiān)測系統(tǒng)布置和各項考證資料，以及各次巡檢資料和相關匯報、文件等。3.監(jiān)測資料整編水平位移觀察工作基點考證表編號型式規(guī)格埋設日期埋設位置基礎情況測定日期高程（m）備注年月日X(m)Y(m)年月日自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第27頁定時資料編印工作主要內容：（2）在平時資料整理基礎上，對整編時段內各項觀察物理量按時序進行列表統(tǒng)計和校對。此時如發(fā)覺可疑數(shù)據，普通不宜刪改，應加注說明，提醒讀者注意。3.監(jiān)測資料整編

水平位移量統(tǒng)計表觀察日期歷時測點編號及其累積水平位移量月日天P1P2…Pn…本年總量本年內特征值統(tǒng)計最大值測點號日期最小值測點號日期水平位移量較差備注水平位移正負號要求：向下游、向左岸為正；反之為負。本年總量為代數(shù)和。自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第28頁定時資料編印工作主要內容：（3）繪制能表示各觀察物理量在時間和空間上分布特征圖，以及相關原因相關關系圖。3.監(jiān)測資料整編水平位移測值過程線自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第29頁定時資料編印工作主要內容：（4）分析各觀察物理量改變規(guī)律及其對工程安全影響，并對影響工程安全問題提出運行和處理意見。（5）對上述資料進行全方面復核、匯編，并附以整編說明后，刊印成冊，建檔保留。3.監(jiān)測資料整編自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第30頁主要工作監(jiān)測物理量轉換監(jiān)測數(shù)據粗差檢驗系統(tǒng)誤差檢驗4.監(jiān)測數(shù)據預處理監(jiān)測資料分析工作必須以準確可靠監(jiān)測資料為基礎，在計算分析之前，必須對實測資料進行預處理。自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第31頁3σ準則

對于觀察數(shù)據序列描述該序列數(shù)據改變特征為若時，則認為是奇異值，應給予舍棄。4.監(jiān)測數(shù)據預處理粗差檢驗——自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第32頁統(tǒng)計檢驗法假設以前測值子樣為：此次測值為：則可求得樣本均值和方差為：當時，則認為測值無粗差，不然，認為測值異常。4.監(jiān)測數(shù)據預處理粗差檢驗——依據彈性力學理論，當相同材料建筑物在相同荷載作用下，假如其結構條件、材料性質、地基性質不變，則其變形量應相同。依據以上事實，可取歷年同一季節(jié)、相同荷載觀察值作為同一母體子樣。自動化監(jiān)測系統(tǒng)及變形測量的整理第33頁關聯(lián)分析法假設有測點Ａ與