应用架构概述

通达北斗监测解决方案是基于“北斗+物联网+云计算”技术,根据监测业务的需求将卫星天线和其他的环境传感器安装在监测物上,实时采集监测数据,采集的数据进行本地缓存和打包,通过4G通信网传到云服务器。由于形变监测数据采集频次高,数据量累计快,所以普通“服务器+数据库”模式无法满足系统要求,只能采用云方式对采集的数据进行存储、管理、统计分析??突Э芍苯油ü齈C的网页、手机APP、微信等进行访问,并可根据业务需求建立多级、多渠道的预警方式,如下图:

应用方案优势

应用架构-硬件展示

监测传感器:安装在监测物上(楼宇、坝体、桥梁、滑坡山体等),可以实时采集监测物的外部形状变化、内部变化、周围环境的参数,常用的传感器有表面形变监测、内部形变监测、雨量、视频等等,如下图:



· GNSS表面形变位移监测

利用高精GNSS卫星定位技术结合现代通讯技术、计算机技术、系统集成技术等技术手段,实时在线获得形变体上监测点高精度的三维坐标。通过对坐标变化数据的定量分析,实现对监测物的表面位移状况的实时监测,精度可达亚毫米级,实时水平解算精度优于±2.0mm,实时高程解算精度优于±5.0mm。



· 内部位移监测

固定式测斜仪由固定式测斜仪、测杆、导向轮、连接软缆、传输电缆等组成。测斜仪采用的是耐冲击型倾斜传感器,可靠性好稳定时间快,安装附件少组装方便,配合测斜管使用,可方便实现测量的自动化,广泛适用于测量土石坝、面板坝、边坡、路基、基坑、岩体滑坡等结构物的水平或垂直位移、垂直沉降及滑坡的监测,安装示意如下:



· 降雨量监测

翻斗式雨量计是一个可以实时观测雨量数据数字化的重要雨量观测仪器,它具有时间准确、自动记录数据和便于数据采集整编处理等优势川,安装示意如下:



· 数据采集器

大型的监测项目,单一的监测传感设备往往不能满足要求,需要融合多种监测传感设备协同监测,通过通达智能盒子将现场传感器端和云管理平台紧密结合,同时盒子内部提供BS结构的管理页面,方便维护远程管理监测设备。

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技术架构图

技术架构主要包括北斗接收设备层、数据采集层、数据传输层、数据存储层、业务功能平台层组成,系统架构图如下:

传感器部署示意图(实景)

数据采集层

由布置在地质和结构形变监测点的GNSS接收机、GNSS天线及各种环境监控传感器组成,完成设备自检和数据采集,采集的数据进行本地缓存,通过消息队列进行发送,支持断点续传。

数据传输层

由有线网络、光纤、无线网络及3G/4G/WiFi组成,将采集到的传感器数据完整、安全、及时传输到数据中心,整个数据传输过程不被篡改,设备接入安全认证。

数据存储层

数据存储,通过公有云(阿里云)和客户私有云双云模式,建立安全监控数据中心和灾备中心。数据存储结构兼容政府、应急预警、灾害预报系统的要求。

功能平台层

构建云端一体化(端:远程监测现场部署的传感器设备和视频、音频监控设备,云:指的是公有云或私有云的应用管理平台,一体化:通过通达盒子将端设备和应用云平台紧密联系,实现传感器数据实时采集,采集后的数据能安全、完整的传送到云应用平台,云应用平台发出的设备控制指令能安全、完整的传送到端设备里,整个过程实现无人值守),实现“监+测+管+控”一体化管理。

建立有效的云架构数据管理中心,以监测对象为单位进行,存储监测设施基本信息、结构信息、使用信息、巡检及修缮改造信息,还包括工程图纸、照片等文件信息,除了能管理存储与监测设施有关的普通结构化数据,还要能管理存储动态监测的大数据,实现多维数据集中管理平台,加工、处理、分析、存储、发布。

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如何解读形变曲线图

由于卫星观测结果存在不确定性的误差,通过一次的观测结果很难找到准确的形变数据,所以必须要通过连续观测,积累足够的样本数据集,通过数据集的整体趋势变化找到真正的形变数据,如下图:

稳定模式形变变化:监测数据始终在原点附近波动:

连续变化模式:指的是监测数据波动逐渐远离原点,如下图:

滑移模式:指的是突然发生剧烈形变变化,如下图,该建筑物监测从 2017-10-20至2018-05-22,这个期间总共发生了4次裂缝式沉降:

PC与手机端监测效果

监控大屏显示效果

安全预警???/strong>

安全预警??槭歉萦没柚玫脑ぞе到性ぞ墓δ?,系统支持多种报警提醒方式,手机短信通知和声光报警的提醒方式,从而确保用户能够及时收到预警。

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危楼监测

地铁沿线建筑、基坑、危旧房等受施工、地下水开采、地震、建筑工艺等内在和外力的影响下,会产生一定的起伏波动和姿态变化,如果超过一定界限,建筑就会产生变形、开裂、坍塌、倾倒等致命的危险。

利用北斗高精度自动化连续监测技术为基础,结合建筑领域相关传感器,建立一套高效率、高集成度、高可靠性的安全监测预警系统,能为城乡公共安全、防灾减灾能力的建设提供预警和有力的决策支持。

危楼监测(示范应用)

硬件部署示意图

建筑档案管理界面

做到对管辖区域内所有老旧危房建筑“一楼一档”管理功能,为房屋的安全、评估、修缮、防汛、灾害等数据进行全方位网络信息化管理,保障信息及时、准确和完整,掌握危险房屋治理和灭失情况,建立健全危险房屋登记、注销制度。

可视化形变监控

利用三维仿真技术,根据结构实时监测数值与初始数值绘成三维图形,并进行叠加进行展示。

建筑状态监控

根据每栋建筑的监控权限,有权限的客户可以查看每个建筑每个点的监测数据,并可以按时间段进行监测数据趋势分析,系统主要功能界面。

巡检日志管理

巡检人员可以查询自己的巡检日志记录,负责人可以查询到自己负责建筑的巡检日志记录。

地质滑坡监测

通过基于北斗高精度的毫米级服务,充分利用移动互联网等通信技术,对威胁城镇、重大工程所在区域、交通干线及其它重要设施的地质灾害隐患,布设专业监测仪器进行实时监测,形成监测数据智能采集、及时发送和自动分析的监测预警系统,来连续获得地质灾害大数据,并形成科学的预判,将会是有效的防灾减灾办法。

应用架构

硬件安装示例

在滑坡体寻找相对稳固的监测点,通过硬连接方式使得卫星天线与滑坡体成为一个整体,卫星天线和电缆都是防水的,接收机需要加装防水机柜,系统供电可以通过太阳能电池板进行。

滑坡差分数据算法

在滑坡体附近的稳固地基,设立1个或更多的参考监测点,并通过人工手段获得参考点的实际坐标值,参考点实际坐标值与卫星观测值进行比较,算出误差修正值,修正监测点的观测值。

山体滑坡预测理论模型

山体滑坡变形具有阶段性,典型的滑坡变形位移可分为3个阶段,即①初始变形阶段(监测点日变率在1mm以下)、②稳定变形阶段(监测点日变率在1-10mm之间)、③加速变形阶段(监测点日变率在10mm以上)。

多数据融合监测

山体滑坡监测长期暴露的在野外,受自然环境影响造成监测数据失真,遇突发极端天气(如暴雨)需要提高数据上传的频次,系统可以增加环境监控传感器,通过外部环境的数据融合对目标观测值和系统参数进行校准和调节。

桥梁监测

由于地震、撞击、共振等对桥梁的重要承重墩梁造成伤害的,可以根据桥梁的结构特性和观测需求,在关键部位安装北斗位置传感器,实时监测结构点的位移变化,及时判断桥梁的沉降及水平位移,通过人机联防、多维度的预警,及时降低重大事故的发生。

桥梁监测监测网部署示意

桥梁形变卫星监测点的数量通常为5个,分别布设于桥梁起始点、跨中1/4、跨中1/2、跨中3/4、桥梁的结束点,同时在桥梁的周边稳固地段设立基准观测点,两个基准观测点分别位于桥头和桥尾,基准观测点与监测点共同构成桥梁的监测网。此外可以在桥头、跨中1/2、桥尾同时设置视频监控点,卫星监测点监控到形变异常时,可以驱动附近的视频监控进行视频抓拍,并将抓拍的视频与形变数据同时传到监控中心。

桥梁监测硬件拓扑图

矿山采空区监测

矿山采空区是威胁矿山安全的重要因素。特别是周围采矿,放炮对采空区的影响,经常造成采空区矿顶岩石坠落和巷道坍塌。给矿上生产带来巨大的麻烦,严重威胁到矿山生产员工??赡芨笊洗丛趾π孕Ч?。因而需要对采空区重点地段进行长期实时监测。

矿区监测网络拓扑图

采空区是威胁矿山安全的重要因素,特别是周围采矿,放炮对采空区的影响,经常造成采空区矿顶岩石坠落和巷道坍塌。给矿上生产带来巨大的麻烦,严重威胁到矿山生产员工,可能给矿上带来灾害性效果。因而需要对采空区重点地段进行长期实时监测,采空区观测,是在矿区主、副井井筒及其主井井塔和副井井架周边架设卫星监测点,通过卫星监测点沉降反应出整个矿区的沉降情况,为了提高观测精度,可以在主副井周边稳固地段架设基准站,基准站和监测点共同构建整个矿区的监测网络。

硬件连接拓扑图

监测点安装示意图

监测点安装,是在主副矿井周边特别是地表承重的地段架设卫星监测天线,为了保证卫星信号的良好接收,卫星天线最好安装在离地1—1.5米的架子上,架子通过水泥底座与地表形成硬连接。由于矿区多处于开阔地带,所以架子上需要安装避雷设施。整个监测点的供电可以通过太阳能蓄电池进行,并将卫星接收机、太阳能蓄电池、无线路由器放置在防水机柜中。

基准站安装示意图

基准站应布设在采空区外围稳定地表,选点的要求是点位稳固,尽量埋设在基岩上或在楼顶上,基准点附近没有遮挡、视野开阔,以保证卫星信号的良好接收。为便于进行基准点的稳定性校核,同时为今后矿区的监测网提供可靠的,高精度的基准数据,基准点的数量最好为2个,构成框架网。

功能架构图

铁塔监测

监测因地面变化、地质灾害引起的塔基形变,在塔基旁边安装北斗高精度监测传感器,数据发送到千寻见微(FindMM)云平台,获得毫米级的结果。通达位置云平台获取各监测点实时三维坐标,并与初始坐标进行对比而获得该监测点倾斜和沉降变化量。

大坝监测

水库大坝安全一直是我国防汛抗洪的难点和重点,目前中国的大坝数量已居世界首位,但溃败率亦居世界前列,水库大坝在水负荷作用下会产生变形,当变形过大时,大坝将处于疲劳状态,严重时会有溃坝的危险,大坝及库区滑坡的变形监测不仅关系到工程自身的安危,更关系到下游人民的生命、财产安全,使用北斗静态毫米级的三维位置服务,生成高精度单元形变信息,通达位置云平台调用这些数据进行分析预警,并且将这些数据直观的展示在界面上,有效的对大坝进行监测和分析。

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北斗产业情况介绍

2018年3月30日我国成功发射第三十、三十一颗北斗导航卫星,并与此前发射的北斗三号卫星进行组网运行,按计划2018年底服务“一带一路 ”沿线国家和地区,基于北斗的位置产业将进入爆发期,北斗和云计算、大数据、互联网进行了融合,实现了‘北斗+互联网’新的产业模式,这种位置服务产业模式未来市场巨大。据统计,过去5年国内卫星导航产业年产值年均增长率超过15%,2017年突破2500亿元,北斗贡献率超过70%。乐观估计,2020年国内位置服务产业产值将达到4000亿元。

信息中心与北斗的关系

2014年,中国兵器工业集团公司成功竞标国家北斗地基增强系统研制建设项目,信息中心作为副总师单位,承担了项目的核心建设任务,包括:国家框架网基准网络系统、国家数据综合处理系统、国家北斗数据中心、信息安全防护体系及系统运维管理等工作。经过两年的艰苦努力,信息中心完成150个基准站和地震、气象、国土等6个分中心的链路建设,完成国家北斗数据综合处理中心建设,为整个国家北斗产业化应用奠定了坚实的基础。

通达与北斗的关系

中国兵器工业信息中心——北斗地面增强系统建设运维;地面增强系统数据中心管理维护。

北京通达信科科技有限公司——中国兵器工业信息中心全资子公司;应用软件研发、实施、服务与咨询为主营业务的高科技企业。

千寻位置服务——千寻位置是全球领先的精准位置服务公司,公司成立于2015年8月,有中国兵器工业集团和阿里巴巴集团共同出资设立。

通达位置服务云平台——2016年通达与千寻位置合作,开发基于北斗高精准位置服务的云应用平台。

通达的优势

通达位置服务体系框架

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