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基于网络的桥梁健康GPS实时监测系统GPSensorGPSensor应用背景GPS（全球卫星定位系统）自八十年代中期投入民用后，已广泛地在导航、定位等各领域应用，尤其在测量界的控制测量中起了划时代的作用。正因为是它在静态相对定位中的高精度、高效益、全天候、不需通视等优点，使人们普遍采用其来代替常规的三角、三边、边角等常规测量方法，并在理论、实践中取得了可喜的成果。同时GPS技术在精密工程变形监测中也逐步得到广泛的应用。从国内外的有关研究和应用可以看出GPS是一个非常有效的桥梁健康监测技术，GPS与其它传感器结合用于桥梁健康监测已形成了趋势。目前GPS在桥梁监测中的最高精度在几个毫米，数据采样频率为20Hz。大部分的桥梁监测系统已经做到数据自动传输、自动解算处理、实时测量结果和测量结果图形实时演示为什么要实时监测•GPSensor系统为科学家，工程师，灾害监测人员提供实时的、极有价值的人工建筑或自然灾害预警信息。这套系统不用操作人员费时进行数据后处理、分析结果等工作，实时显示变形量，大大缩短了预警时间减少自然灾害对生命、财产的损失。而应用GPSensor系统，只要一个人在办公室里就可以远程管理几十个监测点。通过设定的临界值，管理者可以通过图形显示得到实时的告警，为决策者提供及时准确的灾害预警信息。避免重大生命、财产损失。GPSensorGPS实时监测可实现•监测系统无人值守，有人照看、自动运行，年运行可靠率95%以上•通过实时监测大桥的空间位移，确定大桥的变形状况、几何线形等，为研究索塔位移与环境变化(如温度、风等)的关系，报告大桥在各种工作环境下的结构载荷变化；评价大桥结构健康与安全状况提供资料•为斜拉桥位移监测提供数据源，报告大桥各主要构件的实际工作状况，为结构维护提供依据；•提供高质量的双频GPS测量数据，实时获得毫米级精度的位置数据。•报告大桥主要构件有否任何损坏或者累积性的损伤并设立报警系统；•对大桥主要构件有否潜在损坏及其主要构件的剩余使用寿命进行评估；•设定日常信道报警系统，用于桥梁的日常运营管理GPSensorGPS差分原理GPSensorGPSensor原理本系统是针对常规监测方法的局限性而开发，采用了当前最先进的GPS算法—卡尔曼滤波三差解，软件将原来在接收机内进行解算的工作移植到性能更高、速度更快、更稳定的计算机上来进行。系统中所有的GPS原始数据都通过网络（有线/无线）传回到控制中心的计算机上，软件对所有数据进行同步的、实时的解算。同时，所有的GPS接收机设置也都通过控制中心的计算机来执行。所有的数据及相关设置都采用工业级通讯协议TCP/IP协议，完全实现无人值守及远程控制。原理多传感器集成监测站TCP/IP数据流GPSensor实时的信息软件系统设计•软件基于Windows95/NT32bit结构•设计中采用了多线程，多任务设计的设计方法•图形用户界面，实时显示每个监测站的详细信息•－每个监测点的三维变化量•－每个站的现实和曾记录变化率线性图•－每个站的现实和曾记录三维单独向量线形图•－以图形显示每个监测站的误差评估GPSensor灵活方便的软件设计实时监控多个监测站•双频GPS数据解算•同一站点实时多重基线解算•优先解算高精度监测站点•高达20赫兹的实时解算更新率GPSensor自动告警•－北方向运动•－南方向运动•－东方向运动•－西方向运动•－向上运动•－向下运动•－变化率（基于以上任意一种向量）•－绝对位移•位移告警可以通过E-mail或短信方式GPSensor自动运行设计•监测站无人值守运行•任何地方任何时间进行遥控操控•系统参数远程设定•用户可以自动将软件监测信息实时发布到内部网页上GPSensor软件系统应用简述•一种利用全球定位系统进行实时的三维变形量分析的系统。这套软件对于人工建筑变形分析－－比如大型桥梁，水坝，大型人工建筑。以及油田沉陷，矿山采空区沉陷，城市地下水漏斗沉陷，火山监测，山体滑坡监测等等具有非常大的现实意义。GPSensor必要的信息•图形化的用户监测界面提供给用户实时的监测站变量显示。GPSensor软件的图形界面由工程师、相关科学家、地理学家共同设计，保证提供给用户的是最直接，最容易理解的界面。而且软件的界面是可以由用户自己定义，比如显示当前三维变化图形（三方向向量），变化率，或者某一站的长期变形量。很容易发现真正的问题所在，帮助您高效的完成工作！GPSensor系统组成参考站参考站监测站监测站监测站GPSensor软件GPSensor软件完备性监测数据库图形显示记录报警输出GPSensor系统组成GPSensor应用GPSensor苏通大桥桥梁健康监测系统采用的是GPSensor软件和天宝GPS接收机应用GPSensor润杨大桥桥梁健康监测系统采用的是GPSensor软件和华测GPS接收机应用GPSensor阳逻大桥桥梁健康监测系统采用的是GPSensor软件和华测GPS接收机GPS监测站实例GPSensor大桥监测点安装实例监测模式GPSensor软件根据监测点的性质可采用不同的监测模式精度如下：•静态卡尔曼滤波三差解模式（平面2mm、高程4mm）如图一。•准动态卡尔曼滤波三差解模式（平面5mm、高程1cm）•动态卡尔曼滤波三差解模式（平面1厘米，高程2厘米）如图二•三差解模式（平面1.5cm，高程3cm）如图三。•RTK整周解模式（平面2cm,高程4cm)如图四GPSensorGPSensor监测模式图一、静态卡尔曼滤波三差解00.20.40.60.811.21.41.61.82x104-10-505x10-3北向00.20.40.60.811.21.41.61.82x104-50510x10-3东向00.20.40.60.811.21.41.61.82x10400.010.020.03高程返回GPSensor监测模式图二、动态态卡尔曼滤波三差解050010001500-0.1-0.0500.050.1北向050010001500-0.2-0.100.10.2东向050010001500-0.0500.050.10.15高程返回GPSensor监测模式00.20.40.60.811.21.41.61.82x104-0.02-0.0100.01北向00.20.40.60.811.21.41.61.82x104-0.0100.010.02东向00.20.40.60.811.21.41.61.82x104-0.0500.05高程图三、三差解模式返回01000200030004000500060007000-0.04-0.0200.02北向01000200030004000500060007000-0.0200.020.04东向01000200030004000500060007000-0.0500.050.10.15高程GPSensor监测模式图四、RTK双差固定解模式返回•各个GPS机站的系统配置：为了保证GPS正常的运行工作，可以远程对各个参考站和移动站进行系统配置。•对各个测量站的数据进行实时采集•实时采集的数据分为两类：测量数据和状态、自检信息。•能够对影响数据采集的相关参数进行配置。如采样频率，开始工作，停止工作，触发工作等。•实时的数据采集的延迟不大于1秒。GPSensor系统成果系统要求--采集的测量数据1•GPS定位数据–坐标–水平精度、垂直精度–PDOP值–使用卫星颗数–解类型–数据时延GPSensor系统要求--采集的测量数据2•卫星数据–卫星颗数–每颗卫星的坐标–每颗卫星的信噪比–每颗卫星的仰角GPSensor采集的测量数据3•基线解信息–基线长度–基线中误差–相对误差–基线向量–RATIO值–基线协方差阵GPSensor采集的测量数据4•需要采集的状态数据主要如下：–数据采集软件本身的工作状态–各个基站的工作状态–各个基站的网络连接状态GPSensor采集的测量数据5•采集的实时数据进行本地存储，并可以进行数据的分析处理功能–实时数据显示–历史数据查询–历史数据统计–趋势图–数据对比–卫星状态–卫星视图–状态预警–数据管理（如果数据量非常大，必须考虑数据的备份和装卸）….GPSensor三维视图（采用直观的三维视图显示桥梁的位移）采集的测量数据6•实时数据发送•将实时数据按预定格式打包，调用本公司数据传输中间件接口将数据发出。•反向控制和服务器事件响应•必须实现本公司数据传输中间件中的事件响应接口。对服务器下达的反向控制命令进行响应。•简单的权限管理•一般用户只能浏览数据，系统管理员才可能对一些参数进行设置。GPSensor采用网络通讯方式GPSensor采用光纤或网线组成VPN通讯GPSensor监测系统参考站示意图GPSensor网络CMR+NMEAControlRT17RJ45UPS电源RS232RS422RS422Nport串口服务器避雷针RS422AC监测系统监测站示意图GPSensor监测系统电缆布设示意图GPSensor参考点GPS接收机安装示意图基准站的GPS主机安装于大桥管理处的办公室中GPSensor监测点GPS接收机安装示意图监测站的GPS主机安装于箱梁内GPSensorGPS天线安装示意图基准站GPS天线的架设监测站GPS天线的架设GPSensor监测系统采用的主机和天线华测X60天宝5700GPS天线GPSensor洪都大桥监测系统布置图GPS接收机GPS接收机北岸斜拉桥GPS监测点分布：主跨跨中两侧各布设1个共2个，边跨跨中布设1个，塔顶布设1个，共4个监测点。一个基准站独立架设基准站和北主桥共用，不另设。主缆跨中、1/4处以及主缆边跨跨中各布设1个GPS监测点，塔顶各布设1个共2个，共5个监测点GPSensor洪都大桥监测系统预算（一）描述数量单价(人民币)总价(人民币)Trimble5700GPS接收机及附件（主机及配件全美国原装进口）9套150,000.001,350,000.00GPSensor变形监测软件（目前国内最先进也是运用最多的桥梁健康监测软件）1套300,000.00300,000.00系统调试费25,000.0025,000.00小计壹佰陆拾柒万伍仟圆整（1,675,000.00）GPSensor洪都大桥监测系统预算（二）描述数量单价(人民币)总价(人民币)华测X60GPS接收机及附件（进口GPS芯片国内组装）9套100,000.00900,000.00GPSensor变形监测软件（目前国内最先进也是运用最多的桥梁健康监测软件）1套300,000.00300,000.00系统调试费25,000.0025,000.00小计壹佰贰拾贰万伍仟圆整（122,5000.00）