1、上次課主要內(nèi)容,概述 周期性重復(fù)觀測 固定式連續(xù)觀測 GPS一機(jī)多天線監(jiān)測技術(shù) 多傳感器組合變形測量系統(tǒng),第6、7章 自動化監(jiān)測技術(shù)與監(jiān)測資料的整編,測量工程與裝備系,本次課主要內(nèi)容,自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 監(jiān)測自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例 監(jiān)測資料的整編 監(jiān)測數(shù)據(jù)的預(yù)處理,1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì),概述：,自動化監(jiān)測技術(shù)是從20世紀(jì)60年代起，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。,自動化監(jiān)測的三種形式：第一種是數(shù)據(jù)處理自動化，俗稱“后自動化”；第二種是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集自動化，俗稱“前自動化”；第三種是實(shí)現(xiàn)在線自動采集數(shù)據(jù)，離線資料分析，俗稱“全自動化”。,自動化監(jiān)測主要包括數(shù)據(jù)采集的自動化、數(shù)據(jù)傳

2、輸?shù)淖詣踊?、?shù)據(jù)管理的自動化和數(shù)據(jù)分析的自動化等內(nèi)容。,自動化監(jiān)測系統(tǒng)的功能：,（1）數(shù)據(jù)采集功能。,1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì),能自動采集各類傳感器的輸出信號，并把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；數(shù)據(jù)采集能適應(yīng)應(yīng)答式和自報(bào)式兩種方式，能按設(shè)計(jì)的方式自動進(jìn)行定時測量，能接收命令進(jìn)行選點(diǎn)、巡回檢測和定時檢測。,現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集裝置應(yīng)有儲存器和掉電保護(hù)模塊， 能暫存已經(jīng)采集的數(shù)據(jù)，并在掉電情況下不丟失數(shù)據(jù)。系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有備用電源，在斷電情況下，系統(tǒng)應(yīng)能自動切換，并繼續(xù)工作一段時間，具體持續(xù)工作時間應(yīng)根據(jù)工程的具體要求確定，一般應(yīng)在3天以上。,（2）掉電保護(hù)功能。,自動化監(jiān)測系統(tǒng)的功能：,1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì),即對

3、儀器自身的工作性態(tài)進(jìn)行檢查，對發(fā)生故障的儀器應(yīng)自動報(bào)警。,現(xiàn)場數(shù)據(jù)通訊一般采用電纜、光纖和無線傳輸?shù)刃问?，對于遠(yuǎn)程通訊一般采用因特網(wǎng)和微波方式。,（3）自檢、自診斷功能。,（4）現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊和遠(yuǎn)程通訊功能。,（5）防雷和抗干擾功能。,為保證系統(tǒng)的安全和正常運(yùn)行，防止遭受雷擊和外界因素的干擾，系統(tǒng)應(yīng)具備本功能。系統(tǒng)的防雷一般應(yīng)進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)。,（6）數(shù)據(jù)管理功能。,自動化監(jiān)測系統(tǒng)的功能：,1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì),對監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行有效的管理，并編制相應(yīng)的管理系統(tǒng)軟件，對監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)行查詢、修改、統(tǒng)計(jì)等操作，對數(shù)據(jù)異常及故障能進(jìn)行顯示和報(bào)警。另外，為保證數(shù)據(jù)的安全，系統(tǒng)應(yīng)具有數(shù)據(jù)備

4、份功能。,（7）數(shù)據(jù)分析功能。,對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行及時的分析處理是自動化監(jiān)測的一個重要特征，是及時發(fā)現(xiàn)工程隱患的重要手段。一般的數(shù)據(jù)分析主要是判斷數(shù)據(jù)的正?；虍惓Ｌ卣?，并根據(jù)其異常特性作進(jìn)一步的分析。,設(shè)計(jì)原則：,（1）適應(yīng)性,1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì),根據(jù)建筑物所處的環(huán)境條件、建筑結(jié)構(gòu)和運(yùn)行工況的不同，在設(shè)計(jì)監(jiān)測自動化系統(tǒng)時應(yīng)有較強(qiáng)的針對性。對于重點(diǎn)監(jiān)測項(xiàng)目和重要測點(diǎn)應(yīng)優(yōu)先納入自動化監(jiān)測系統(tǒng)中，技術(shù)成熟的項(xiàng)目優(yōu)先實(shí)現(xiàn)自動化。,（2）經(jīng)濟(jì)性,系統(tǒng)建設(shè)的造價(jià)應(yīng)經(jīng)濟(jì)、合理，采用性價(jià)比高的儀器設(shè)備；同時，應(yīng)盡可能考慮整套系統(tǒng)采用同一廠家的產(chǎn)品，以提高系統(tǒng)的兼容性、完整性，便于管理、維護(hù)和節(jié)約經(jīng)費(fèi)。,設(shè)計(jì)

5、原則：,（3）準(zhǔn)確性,1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì),系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)應(yīng)準(zhǔn)確，精度滿足相關(guān)規(guī)范的要求，在更換零部件時不影響數(shù)據(jù)的連續(xù)性。,（4）可靠性,監(jiān)測設(shè)備選型應(yīng)優(yōu)先考慮選用技術(shù)先進(jìn)、成熟、通過多個現(xiàn)場環(huán)境長期考核、質(zhì)量合格的產(chǎn)品，設(shè)備的故障率低，具有在雷電、高溫、高濕等惡劣環(huán)境下正常工作的長期可靠性，有良好的防雷、防濕、耐高溫等抗干擾能力。發(fā)生故障時能及時判斷、報(bào)警，并迅速排除。為保證數(shù)據(jù)的連續(xù)可靠，系統(tǒng)應(yīng)具有備用的人工觀測手段。,（5）開放性和通用性,設(shè)計(jì)原則：,1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì),系統(tǒng)應(yīng)具有良好的開放性和兼容性。開放性是針對用戶開放系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集單元的程控命令和數(shù)據(jù)格式，以

6、及接入的任何種類標(biāo)準(zhǔn)信號傳感器。系統(tǒng)應(yīng)易于操作，人機(jī)界面友好。,（6）統(tǒng)一性,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)應(yīng)相互兼容，即使采用不同的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，也應(yīng)能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測信息的統(tǒng)一管理。,自動化監(jiān)測系統(tǒng)的布置形式：,1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì),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),集中式監(jiān)測系統(tǒng)：,1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì),集中式系統(tǒng)是將傳感器通過集線箱或直接連接到采集器的一端進(jìn)行集中觀測。,采集器,集中式監(jiān)測系統(tǒng)：,1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì),不同類型的傳感器要用不同的采集器控制測量，由一條總線連接，形成一個獨(dú)立的子系統(tǒng)。系統(tǒng)中有幾種傳感器，就有幾個子系統(tǒng)和幾條總線。,采集器,集中式監(jiān)測系統(tǒng)：,

7、1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì),采集器,集中式監(jiān)測系統(tǒng)的高技術(shù)部件均集中在機(jī)房，工作環(huán)境好，便于管理，系統(tǒng)重復(fù)部件少，相對投資也較少，但系統(tǒng)傳輸?shù)氖悄M量，易受外界干擾，系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)集中，可靠性不高，技術(shù)復(fù)雜，電纜用量大，維護(hù)不便。,根據(jù)不同監(jiān)測任務(wù)需要而埋設(shè)的各類傳感器通過一定的通信介質(zhì)（一般為屏蔽電纜）接入布置其附近的測控單元； 由測控單元按照采集程序的控制將監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、存儲并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至遠(yuǎn)方的監(jiān)測計(jì)算機(jī)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)的設(shè)計(jì),分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常由監(jiān)測計(jì)算機(jī)、測控單元和傳感器組成,分布式系統(tǒng)是把數(shù)據(jù)采集工作分散到靠近較多傳感器的采集站(測控單元

8、)來完成，然后將所測數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)。這種系統(tǒng)要求每個觀測現(xiàn)場的測控單元應(yīng)是多功能智能型儀器，能對各種類型的傳感器進(jìn)行控制測量。,分布式監(jiān)測系統(tǒng)：,1.自動化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì),分布式監(jiān)測系統(tǒng)傳輸?shù)氖菙?shù)字量，傳輸距離長，精度高，風(fēng)險(xiǎn)分散，可靠性高，技術(shù)簡單，電纜用量小，布置靈活，觀測速度快，但系統(tǒng)重復(fù)部件多，投資相對較大。,網(wǎng)絡(luò)集成式結(jié)構(gòu)是對分布式結(jié)構(gòu)在開放性和標(biāo)準(zhǔn)化的方向上做出本質(zhì)改變的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，突破了分布式結(jié)構(gòu)中因?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)的封閉造成的缺陷，改變了分布式結(jié)構(gòu)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)的設(shè)計(jì),雅安滑坡監(jiān)測示范工程,2.自動化監(jiān)測系統(tǒng)示例,雅安峽口滑坡位于四川雅安北

9、隴西鄉(xiāng)境內(nèi)，隴西河中游峽谷東岸?；w物質(zhì)為古崩塌堆積物。該地區(qū)是古滑坡區(qū)，復(fù)活體長500m，寬300m，呈東西方向，偏南約25.5。,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)測包括整體變形監(jiān)測、內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測、外部環(huán)境監(jiān)測如降雨量、地下水位監(jiān)測等。,整體變形采用GPS定期復(fù)測的方式進(jìn)行。,基準(zhǔn)點(diǎn)2個，位于滑坡體東、北兩側(cè)的基巖上。,滑坡體上供布設(shè)了監(jiān)測點(diǎn)15個，均采用強(qiáng)制對中裝置。,沿滑坡剖面布設(shè)測斜儀、裂縫計(jì)5組，雨量計(jì)、地下水位計(jì)3組。,2.自動化監(jiān)測系統(tǒng)示例,滑坡遠(yuǎn)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(dǎo)航定位系統(tǒng)”和“地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測管理中心”三大組成部分。,數(shù)

10、據(jù)采集系統(tǒng),監(jiān)測中心,北斗通信系統(tǒng),實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成,“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)” 在監(jiān)測系統(tǒng)中承擔(dān)傳輸數(shù)據(jù)的任務(wù),滑坡遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的工作流程是，由野外信息采集系統(tǒng)采集特征地質(zhì)數(shù)據(jù)，由發(fā)送系統(tǒng)發(fā)送至北斗衛(wèi)星，應(yīng)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的通信功能將數(shù)據(jù)發(fā)送至地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測管理中心，由監(jiān)測中心的監(jiān)測系統(tǒng)控制軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步形式處理并存入數(shù)據(jù)庫，并通過北斗系統(tǒng)向野外系統(tǒng)發(fā)送反饋信息及控制指令。,電池組,電池組,U P S,采集儀電源,傳感器數(shù)字采集儀,工控機(jī),電源,衛(wèi)星通訊機(jī),顯示器,雨量計(jì)數(shù)字采集儀,位移傳感器,水位、水溫傳感器,雨量計(jì),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(shè)備清單：

11、 （1）、“北斗一號”衛(wèi)星通訊機(jī) （2）、工控機(jī) （3）、UPS （4）、數(shù)字采集儀 （5）、傳感器供電電源 （6）、設(shè)備機(jī)箱架 （7）、雨量計(jì)數(shù)字采集箱 （8）、傳感器品種： 雨量計(jì)、水位、水溫計(jì)、位移計(jì) （9）、天線支架 （10）、避雷裝置,2.自動化監(jiān)測系統(tǒng)示例,2.自動化監(jiān)測系統(tǒng)示例,概述,欲使變形觀測起到監(jiān)視建筑物安全運(yùn)營和充分發(fā)揮工程效益的作用，除了進(jìn)行現(xiàn)場觀測取得第一手資料外，還必須對監(jiān)測資料進(jìn)行整理分析，包括：資料整編和資料分析。,3.監(jiān)測資料的整編,對觀測資料進(jìn)行匯集、審核、整理、編排，使之集中、系統(tǒng)化、規(guī)格化和圖表化，并刊印成冊稱為觀測資料的整編。其目的是便于應(yīng)用分析，向需

12、用單位提供資料和歸檔保存。,一般規(guī)定（土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)范）,監(jiān)測資料整編包括平時資料整理與定期資料編印。,3.監(jiān)測資料的整編,平時資料整理工作的主要內(nèi)容：,（1）適時檢查各觀測項(xiàng)目原始觀測數(shù)據(jù)和巡視檢查記錄的正確性、準(zhǔn)確性和完整性。如有漏測、誤讀(記)或異常，應(yīng)及時補(bǔ)(復(fù))測、確認(rèn)或更正。 （2）及時進(jìn)行各觀測物理量的計(jì)(換)算，填寫數(shù)據(jù)記錄表格。,一般規(guī)定（土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)范）,監(jiān)測資料整編包括平時資料整理與定期資料編印。,3.監(jiān)測資料的整編,平時資料整理工作的主要內(nèi)容：,（3）隨時點(diǎn)繪觀測物理量過程線圖，考察和判斷測值的變化趨勢。如有異常，應(yīng)及時分析原因，并備忘文字說明。原

13、因不詳或影響工程安全時，應(yīng)及時上報(bào)主管部門。 （4）隨時整理巡視檢查記錄(含攝像資料)，補(bǔ)充或修正有關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)及觀測設(shè)施的變動或檢驗(yàn)、校(引)測情況，以及各種考證圖、表等，確保資料的銜接與連續(xù)性。,定期資料編印工作的主要內(nèi)容：,（1）匯集工程的基本概況、監(jiān)測系統(tǒng)布置和各項(xiàng)考證資料，以及各次巡檢資料和有關(guān)報(bào)告、文件等。,3.監(jiān)測資料的整編,水平位移觀測工作基點(diǎn)考證表,定期資料編印工作的主要內(nèi)容：,（2）在平時資料整理基礎(chǔ)上，對整編時段內(nèi)的各項(xiàng)觀測物理量按時序進(jìn)行列表統(tǒng)計(jì)和校對。此時如發(fā)現(xiàn)可疑數(shù)據(jù)，一般不宜刪改，應(yīng)加注說明，提醒讀者注意。,3.監(jiān)測資料的整編,水平位移量統(tǒng)計(jì)表,定期資料編印工作的主

14、要內(nèi)容：,（3）繪制能表示各觀測物理量在時間和空間上的分布特征圖，以及有關(guān)因素的相關(guān)關(guān)系圖。,3.監(jiān)測資料的整編,水平位移測值過程線,定期資料編印工作的主要內(nèi)容：,（4）分析各觀測物理量的變化規(guī)律及其對工程安全的影響，并對影響工程安全的問題提出運(yùn)行和處理意見。 （5）對上述資料進(jìn)行全面復(fù)核、匯編，并附以整編說明后，刊印成冊，建檔保存。,3.監(jiān)測資料的整編,主要工作,監(jiān)測物理量的轉(zhuǎn)換 監(jiān)測數(shù)據(jù)的粗差檢驗(yàn) 系統(tǒng)誤差的檢驗(yàn),4.監(jiān)測數(shù)據(jù)的預(yù)處理,監(jiān)測資料分析工作必須以準(zhǔn)確可靠的監(jiān)測資料為基礎(chǔ)，在計(jì)算分析之前，必須對實(shí)測資料進(jìn)行預(yù)處理。,3準(zhǔn)則,對于觀測數(shù)據(jù)序列,描述該序列數(shù)據(jù)的變化特征為,若,時，則

15、認(rèn)為,是奇異值，應(yīng)予以舍棄。,4.監(jiān)測數(shù)據(jù)的預(yù)處理,粗差檢驗(yàn),統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法,假設(shè)以前的測值子樣為：,本次測值為：,則可求得樣本的均值和方差為：,當(dāng),時，則認(rèn)為測值無粗差，否則，認(rèn)為測值異常。,4.監(jiān)測數(shù)據(jù)的預(yù)處理,粗差檢驗(yàn),根據(jù)彈性力學(xué)理論，當(dāng)相同材料的建筑物在相同的荷載作用下，如果其結(jié)構(gòu)條件、材料性質(zhì)、地基性質(zhì)不變，則其變形量應(yīng)相同。根據(jù)以上事實(shí)，可取歷年同一季節(jié)、相同荷載的觀測值作為同一母體的子樣。,關(guān)聯(lián)分析法,假設(shè)有測點(diǎn)與，其觀測值分別為,與,它們的關(guān)系可用下列多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型描述：,用最小二乘法求得其估值，并可求出回歸中誤差為：,4.監(jiān)測數(shù)據(jù)的預(yù)處理,粗差檢驗(yàn),在變形監(jiān)測中，建筑物的水平位移、豎直位移等一般在同一部位布有多個測點(diǎn)，這些測點(diǎn)由于其所在地質(zhì)條件、荷載條件等都十分近似，其位移變化趨勢、位移量都有十分密切的聯(lián)系，因此可以利用這種相關(guān)性，來相互檢驗(yàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)是否異常。,系統(tǒng)誤差檢驗(yàn),4.監(jiān)測數(shù)據(jù)的預(yù)處理,U檢驗(yàn)法,將測值序列，特別是建筑物發(fā)生較大事件、監(jiān)測系統(tǒng)更新改造或出現(xiàn)故障等作為分界點(diǎn)，將測