基于北斗定位系統(tǒng)的大壩壩體變形動態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于北斗定位系統(tǒng)的大壩壩體變形動態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)；其特征在于：包括在大壩壩體及上下游安裝的應(yīng)變定位片，利用北斗定位系統(tǒng)形成的定位收集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)，以及預(yù)警系統(tǒng)；定位收集系統(tǒng)能夠采集應(yīng)變定位片的信息，定位收集系統(tǒng)能夠與數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，將數(shù)據(jù)信息及時傳送至數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)還與預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信。在壩體應(yīng)力較大區(qū)域安裝應(yīng)變定位片，在壩前、后五公里處設(shè)置固定多個混凝土墻，混凝土墻中也設(shè)置應(yīng)變定位片，利用北斗定位系統(tǒng)實(shí)時定位，獲取壩體應(yīng)變定位片與混凝土墻相對距離，對于相對距離發(fā)生較大變化時會自動發(fā)布安全警報，以此能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)監(jiān)測大壩壩體變形。
【專利說明】
基于北斗定位系統(tǒng)的大壩壩體變形動態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種大壩壩體變形動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，具體來講是一種基于北斗定位系統(tǒng)的大壩壩體變形動態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國從1954年至2001年共發(fā)生水庫潰壩3400多座，這些事故不僅對國家經(jīng)濟(jì)造成了巨大的損失，而且更嚴(yán)重的是威脅到了人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。面對潰壩事件帶來的巨大損失，人們深刻的認(rèn)識到大壩的安全監(jiān)測的重要性。采用監(jiān)測技術(shù)對大壩壩體進(jìn)行變形監(jiān)測，測出大壩上各點(diǎn)的位置變化，才能分析大壩安全運(yùn)行狀態(tài)，并建立大壩的變形預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)大壩變形的定量預(yù)測。只有這樣，才能及時發(fā)現(xiàn)大壩的異常變化，對其安全性能做出準(zhǔn)確的判斷，然后采取必要措施，防止事故的發(fā)生。
[0003]現(xiàn)有的大壩變形監(jiān)測技術(shù)可以分為內(nèi)部監(jiān)測和外部監(jiān)測技術(shù)兩大類。內(nèi)部監(jiān)測技術(shù)主要是通過埋設(shè)在壩體內(nèi)部特定部位的儀器，如壓力盒、滲壓計(jì)等，對大壩的應(yīng)力應(yīng)變、滲流滲壓等進(jìn)行持續(xù)自動化監(jiān)測的技術(shù)。而外部監(jiān)測技術(shù)主要是通過各種變形監(jiān)測儀器，對大壩體主要部位布設(shè)的變形監(jiān)測點(diǎn)在某一時刻的空間位移或者某一特定方向的位移進(jìn)行測定的技術(shù)，目前主要有常規(guī)大地測量技術(shù)、GPS監(jiān)測技術(shù)、地面攝影測量技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)四種。隨著時間的推移，一些已建立的大中型水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)逐漸出現(xiàn)監(jiān)測儀器失效、儀器不穩(wěn)定以及測值不能反映工程實(shí)際情況等問題。如何對安全監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行鑒定已成為當(dāng)務(wù)之急。由于目前大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)鑒定尚無辦法和評價導(dǎo)則。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，在此提供一種基于北斗定位系統(tǒng)的大壩壩體變形動態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng);該系統(tǒng)改進(jìn)之后，在壩體應(yīng)力較大區(qū)域安裝應(yīng)變定位片(具有應(yīng)變和定位兩種作用)，在壩前、后五公里處設(shè)置固定多個混凝土墻，混凝土墻中也設(shè)置應(yīng)變定位片，利用北斗定位系統(tǒng)實(shí)時定位，獲取壩體應(yīng)變定位片與混凝土墻相對距離，對于相對距離發(fā)生較大變化時會自動發(fā)布安全警報，以此能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)監(jiān)測大壩壩體變形。
[0005]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，構(gòu)造一種基于北斗定位系統(tǒng)的大壩壩體變形動態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)，其特征在于:包括在大壩壩體及上下游安裝的應(yīng)變定位片，利用北斗定位系統(tǒng)形成的定位收集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)，以及預(yù)警系統(tǒng);所述定位收集系統(tǒng)能夠采集應(yīng)變定位片的信息，定位收集系統(tǒng)能夠與數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，將數(shù)據(jù)信息及時傳送至數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng);所述數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)還與預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信。
[0006]根據(jù)本實(shí)用新型所述基于北斗定位系統(tǒng)的大壩壩體變形動態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)，其特征在于:所述定位收集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集主機(jī)以及高精度北斗衛(wèi)星接收機(jī)兩部分，數(shù)據(jù)采集主機(jī)與高精度北斗衛(wèi)星接收機(jī)同在一個金屬殼體內(nèi)部;高精度北斗衛(wèi)星接收機(jī)包括M⑶和TF存儲器;定位收集系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集主機(jī)采集應(yīng)變定位片的信息，并通過高精度北斗衛(wèi)星接收機(jī)與數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信。
[0007]根據(jù)本實(shí)用新型所述基于北斗定位系統(tǒng)的大壩壩體變形動態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)，其特征在于:所述MCU選用S T公司的一款Cortex-M3芯片。
[0008]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:本實(shí)用新型通過在壩體應(yīng)力較大區(qū)域安裝應(yīng)變定位片(具有應(yīng)變和定位兩種作用)，在壩前、后五公里處設(shè)置固定多個混凝土墻，混凝土墻中也設(shè)置應(yīng)變定位片，利用北斗定位系統(tǒng)實(shí)時定位，獲取壩體應(yīng)變定位片與混凝土墻相對距離，對于相對距離發(fā)生較大變化時會自動發(fā)布安全警報，以此能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)監(jiān)測大壩壩體變形。
[0009]1.當(dāng)本套系統(tǒng)投入使用后，能夠利用大數(shù)據(jù)，分析大壩建成后內(nèi)部細(xì)微變形或是應(yīng)力變化，以此為今后工程提供寶貴經(jīng)驗(yàn)；
[00?0] 2.通過北斗定位，能夠減少人力物力投入，達(dá)到節(jié)能減排的目的。本實(shí)用新型的確定是經(jīng)過對國內(nèi)外大壩動態(tài)監(jiān)測方法系統(tǒng)梳理后提出的，旨在實(shí)時反饋系統(tǒng)，從而更好保障公眾人身財(cái)產(chǎn)以及大壩自身的穩(wěn)定與安全。本系統(tǒng)的核心是北斗定位系統(tǒng)，能夠與大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測功能。
【附圖說明】
[0011]圖1基于北斗定位系統(tǒng)的大壩壩體變形動態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)框圖
[0012]圖2是定位收集系統(tǒng)(收集站)框圖
[0013]圖3數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)(分析站)流程圖
[0014]圖4預(yù)警系統(tǒng)站(預(yù)警站)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面將結(jié)合附圖1-4對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0016]本實(shí)用新型通過改進(jìn)提供一種基于北斗定位系統(tǒng)的大壩壩體變形動態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)，可以按照如下方式予以實(shí)施;包括在大壩壩體及上下游安裝的應(yīng)變定位片I，利用北斗定位系統(tǒng)形成的定位收集系統(tǒng)2，數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)3，以及預(yù)警系統(tǒng)4;所述定位收集系統(tǒng)2能夠采集應(yīng)變定位片I的信息，定位收集系統(tǒng)2能夠與數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)3實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，將數(shù)據(jù)信息及時傳送至數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)3;所述數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)3還與預(yù)警系統(tǒng)4實(shí)現(xiàn)通
?目O
[0017]如圖2:所述定位收集系統(tǒng)2包括數(shù)據(jù)采集主機(jī)21以及高精度北斗衛(wèi)星接收機(jī)22兩部分，數(shù)據(jù)采集主機(jī)21與高精度北斗衛(wèi)星接收機(jī)22同在一個金屬殼體內(nèi)部;高精度北斗衛(wèi)星接收機(jī)22包括MCU22a和TF存儲器22b;定位收集系統(tǒng)2通過數(shù)據(jù)采集主機(jī)21采集應(yīng)變定位片I的信息，并通過高精度北斗衛(wèi)星接收機(jī)22與數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)3實(shí)現(xiàn)通信。所述MCU22a可以選用S T公司的一款Cortex_M3芯片。
[0018]該系統(tǒng)總體分為基站、收集站、分析站、預(yù)警站四大部分，詳情見圖1(基于北斗定位系統(tǒng)的大壩壩體變形動態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)框圖)。
[0019]1.基站主要功能是在大壩壩體及上下游安裝應(yīng)變定位片，為收集站收集資源提供先決條件。
[0020]2.收集站主要功能是利用北斗定位系統(tǒng)，將壩體及周邊應(yīng)變片實(shí)時定位，將定位數(shù)據(jù)反饋至分析站。
[0021 ] 3.對于分析站來講主要功能:
[0022]a、接收收集站傳來的數(shù)據(jù)。
[0023]b、分析數(shù)據(jù)，做出是否預(yù)警的處理。
[0024]C、保留各類數(shù)據(jù)，未今后我國大壩建設(shè)提供參考。
[0025]d、向預(yù)警站發(fā)出指令等。
[0026]4.預(yù)警主要功能:
[0027]a、接收分析站傳來指令。
[0028]b、做出預(yù)警處理。
[0029]系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理:
[0030](I)基站是整個系統(tǒng)的最基礎(chǔ)也是最重要的部分，主要是采用應(yīng)變定位片，利用水利專業(yè)知識，分析哪些部位是大壩易發(fā)生變形部位或應(yīng)力較大部位，在該位置安放應(yīng)變定位片，其次在大壩的上游和下游同時建立定位片網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)上、下游建立混凝土墻位置固定，則如果出現(xiàn)較大相對位置變化，便能在一定程度上說明，大壩發(fā)生變形，以此來實(shí)時監(jiān)控大壩變形等問題。
[0031](2)收集站主要設(shè)計(jì)思路及說明:北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Navigat1n SatelliteSystem)是中國正在實(shí)施的自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端三部分組成。空間端包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星。地面端包括主控站、注入站和監(jiān)測站等若干個地面站。收集站主要采取北斗定位系統(tǒng)，來實(shí)時監(jiān)測應(yīng)變定位片位置，并將數(shù)據(jù)信息及時傳送至分析站。
[0032](3)分析站主要設(shè)計(jì)思路及說明:分析站主要由大型計(jì)算機(jī)組組成，詳細(xì)見圖3(分析站設(shè)計(jì)思路)。分析站主要是為了接收由收集站傳來的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，得出各個時段相對位置的數(shù)據(jù)，如果相對位置數(shù)值在允許范圍內(nèi)，將自動保存數(shù)據(jù)，若數(shù)據(jù)超出規(guī)定值，會自動數(shù)據(jù)傳送至預(yù)警站。兩種結(jié)果都會將各類數(shù)據(jù)及時保存，以便于今后研究大壩變形機(jī)理等。
[0033](4)預(yù)警站主要設(shè)計(jì)思路及說明:預(yù)警站主要是接收來自分析站的命令，詳細(xì)見圖4(預(yù)警站設(shè)計(jì)思路)。當(dāng)收到來自分析站預(yù)警的指令時會自動啟動緊急指令，包括人為到到水下再次檢測等，以更好報障壩身安全，當(dāng)再次接到停止預(yù)警的指令時，指令解除。
[0034]高精度衛(wèi)星接收機(jī)一次輸出的數(shù)據(jù)量較大，要求緩存較大，通信鏈路斷時需要本地保存大量數(shù)據(jù)，要求外接T F存儲器作為北斗數(shù)據(jù)存儲器。M C U選用S T公司的一款Cortex—M3 芯片。
[0035]數(shù)據(jù)采集主機(jī)與高精度北斗衛(wèi)星接收機(jī)同在一個金屬殼體內(nèi)部，連接高精度北斗接收機(jī)的串口不需防雷處理，采用普通串口即可。UART1RS 232連接北斗接收機(jī)，采集北斗數(shù)據(jù)。
[0036]帶防護(hù)裝置的網(wǎng)口用于連接通信網(wǎng)絡(luò)，向數(shù)據(jù)處理中心發(fā)送采集的北斗定位數(shù)據(jù)和外部傳感數(shù)據(jù)。
[0037]高精度北斗衛(wèi)星接收機(jī)本身可以進(jìn)行水平和垂直位移測量，考慮成本及安裝方便等因素，時常將高精度北斗衛(wèi)星接收機(jī)與電子位移傳感器結(jié)合使用。位移傳感器包含水平位移和垂直位移傳感器，主要有電感式、電容式、光電式、霍爾式、渦流式位移傳感器，激光位移傳感器使用比較方便，不用其他外部設(shè)備，可以輸出數(shù)字和模擬信號，可以與數(shù)據(jù)采集主機(jī)的485接口或4?20 m A輸入接口相連接。
[0038]目前，大壩監(jiān)測在國內(nèi)外己快速發(fā)展，這里指出幾點(diǎn)應(yīng)值得注意:
[0039]I)由于多學(xué)科綜合分析以提高安全度，可能造成儀器增多、數(shù)據(jù)量增大、使數(shù)據(jù)分析加大工作量，延時預(yù)測結(jié)果，可能導(dǎo)致不良后果。所以及時處理數(shù)據(jù)是關(guān)鍵，并且選擇有效的測試儀器。新舊更換，控制數(shù)據(jù)量。
[0040]2)自動化設(shè)備的有效利用，一方面對自動化觀測數(shù)據(jù)定期通過人工比測檢核，以防設(shè)備失常；另方面對埋設(shè)壩體中或安置于廊道內(nèi)的設(shè)備定期維護(hù)、檢修，確保儀器的可
A+-.與巨O
[0041]本實(shí)用新型所提及的基于北斗定位系統(tǒng)的大壩變形監(jiān)測系統(tǒng)，為了減少系統(tǒng)本身定位帶來的誤差，需要遠(yuǎn)距離布置混凝土，且布置時要考慮到霧化等現(xiàn)象，以此來保證整個系統(tǒng)的耐久性。
[0042]大壩:檢測過程，首先建立基站、收集站、分析站、預(yù)警站四大部分，其中基站應(yīng)變定位片在主要安放在大壩壩體內(nèi)及大壩上下游的混凝土墻上，本系統(tǒng)使用的是北斗星通公司的BDM100 BD2/GPS雙系統(tǒng)導(dǎo)航授時模塊。BDM100是支持BD2/GPS定位導(dǎo)航、授時的經(jīng)濟(jì)型模塊，具備尺寸小、功耗低、重量輕等特點(diǎn)，尤其適合于大規(guī)模的北斗系統(tǒng)集成應(yīng)用。BDM100能夠?qū)崟r接收BD2和GPS導(dǎo)航衛(wèi)星信號，提供三維位置、三維速度和滿足精確授時需求;收集站主要利用北斗定位系統(tǒng)，實(shí)時反映各個應(yīng)變定位片的位置；
[0043]預(yù)警站具有預(yù)警器，主要負(fù)責(zé)接收分析站指令，做出相應(yīng)處理。
[0044]在以上系統(tǒng)布置完成后，開始進(jìn)入運(yùn)行期，運(yùn)行時，收集站利用自身定位系統(tǒng)，通過實(shí)時檢測各個應(yīng)變定位片位置，并將數(shù)據(jù)傳輸至分析站，分析站開始設(shè)定的預(yù)警值，在相對距離達(dá)到預(yù)警值后，將預(yù)警指令傳給預(yù)警站，預(yù)警站通過預(yù)警器向大壩管理人員傳送信號，進(jìn)行大壩人為檢測，當(dāng)檢測或維修后，警報解除。
[0045]對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實(shí)用新型。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)用新型將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于北斗定位系統(tǒng)的大壩壩體變形動態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)，其特征在于:包括在大壩壩體及上下游安裝的應(yīng)變定位片(I)，利用北斗定位系統(tǒng)形成的定位收集系統(tǒng)(2)，數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)(3)，以及預(yù)警系統(tǒng)(4);所述定位收集系統(tǒng)(2)能夠采集應(yīng)變定位片(I)的信息，定位收集系統(tǒng)(2)能夠與數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)(3)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，將數(shù)據(jù)信息及時傳送至數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)(3);所述數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)(3)還與預(yù)警系統(tǒng)(4)實(shí)現(xiàn)通信。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于北斗定位系統(tǒng)的大壩壩體變形動態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)，其特征在于:所述定位收集系統(tǒng)(2)包括數(shù)據(jù)采集主機(jī)(21)以及高精度北斗衛(wèi)星接收機(jī)(22)兩部分，數(shù)據(jù)采集主機(jī)(21)與高精度北斗衛(wèi)星接收機(jī)(22)同在一個金屬殼體內(nèi)部;高精度北斗衛(wèi)星接收機(jī)(22)包括MCU(22a)和TF存儲器(22b);定位收集系統(tǒng)(2)通過數(shù)據(jù)采集主機(jī)(21)采集應(yīng)變定位片(I)的信息，并通過高精度北斗衛(wèi)星接收機(jī)(22)與數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)(3)實(shí)現(xiàn)通?目O3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于北斗定位系統(tǒng)的大壩壩體變形動態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)，其特征在于:所述MCU(22a)選用S T公司的一款Cortex_M3芯片。
【文檔編號】G01B21/32GK205482910SQ201620304699
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】李發(fā)明, 薛林麗, 張芮瑜, 劉宗顯
【申請人】四川大學(xué)