RU2496124C1 - System for high-precision monitoring of displacements of engineering structures - Google Patents

System for high-precision monitoring of displacements of engineering structures Download PDF

Info

Publication number
RU2496124C1
RU2496124C1 RU2012135030/07A RU2012135030A RU2496124C1 RU 2496124 C1 RU2496124 C1 RU 2496124C1 RU 2012135030/07 A RU2012135030/07 A RU 2012135030/07A RU 2012135030 A RU2012135030 A RU 2012135030A RU 2496124 C1 RU2496124 C1 RU 2496124C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
displacements
input
processor
operator
Prior art date
Application number
RU2012135030/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Исаакович Жодзишский
Вадим Олегович Большаков
Олег Валерьянович Нестеров
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") filed Critical Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы")
Priority to RU2012135030/07A priority Critical patent/RU2496124C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2496124C1 publication Critical patent/RU2496124C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: system has a measurement module having a GLONASS/GPS navigation antenna, a GLONASS/GPS navigation receiver, a controller with nonvolatile memory, a transceiving communication module, an accumulator battery, an accumulator battery charging device, sensor equipment for the measurement module, external sensor equipment, a personal computer-based automated operator workstation with a processor.
EFFECT: high accuracy of calculating characteristics of displacements of engineering structures and continuous monitoring of parameters of displacements of engineering structures.
2 dwg

Description

Изобретение относится к области систем мониторинга смещения инженерных сооружений и может быть использовано для ведения непрерывного контроля смещений и колебаний элементов конструкций мостов, плотин, башен и других инженерных сооружений с целью ранней диагностики целостности сооружения, а также оперативного обнаружения потери устойчивости сооружения.The invention relates to the field of monitoring systems for the displacement of engineering structures and can be used to continuously monitor the displacements and vibrations of structural elements of bridges, dams, towers and other engineering structures with the aim of early diagnosis of the integrity of the structure, as well as the rapid detection of structural stability loss.

Из уровня техники известна структурированная система мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений (см. патент Российской Федерации на полезную модель RU 82048, опубл. 10.04.2009), содержащая центральный вычислительный модуль с компьютерной серверной станцией, который подключен к блоку инженерных систем. Система выполняет следующие функции: сбор параметров работы инженерных систем, формирование базы данных текущих параметров инженерных систем, определение трендов параметров работы инженерных систем и формирование базы данных трендов параметров, экстраполирование трендовых значений параметров работы инженерных систем на постоянный временной интервал, моделирование работы инженерных систем и определение расчетных значений параметров и их предельно допустимых значений, формирование базы данных расчетных параметров и их предельно допустимых значений, сравнение текущих параметров работы системы с расчетными параметрами и их предельно допустимыми значениями, сравнение экстраполированных значений и значений текущих параметров работы с расчетными параметрами и их предельно допустимыми значениями, определение возможных последствий, оценки ущерба и рекомендаций по реагированию по результатам компьютерного моделирования в случае превышения абсолютных значений текущих параметров и/или экстраполированных на постоянный временной интервал значений текущих параметров работы инженерных систем соответствующих значений расчетных параметров работы инженерных систем на величины, превышающие пороговые значения, фиксации состояния работы инженерных систем и/или прогнозируемое состояние работы инженерных систем и оценку возможных последствий, вызванных возникновением внештатной ситуации, и рекомендаций по реагированию на внештатные ситуации, а также формирования управленческих команд инженерной системе в автоматическом и/или полуавтоматическом режиме с участием оператора.The prior art structured monitoring and control system for engineering systems of buildings and structures (see the patent of the Russian Federation for utility model RU 82048, published April 10, 2009) contains a central computing module with a computer server station that is connected to the block of engineering systems. The system performs the following functions: collecting parameters of engineering systems, creating a database of current parameters of engineering systems, determining trends in the parameters of engineering systems and creating a database of trends of parameters, extrapolating the trend values of the parameters of engineering systems for a constant time interval, modeling the operation of engineering systems and determining the calculated values of the parameters and their maximum permissible values, the formation of a database of the calculated parameters and their maximum d permissible values, comparing the current parameters of the system with the calculated parameters and their maximum permissible values, comparing extrapolated values and values of the current parameters of the work with the calculated parameters and their maximum permissible values, determining possible consequences, assessing damage and responding to the results of computer simulation in the case of exceeding the absolute values of the current parameters and / or extrapolated to a constant time interval values of the current parameter in the operation of engineering systems, the corresponding values of the calculated parameters of the engineering systems by values exceeding threshold values, fixing the state of the engineering systems and / or the forecasted state of the engineering systems and assessing the possible consequences caused by an emergency, and recommendations for responding to emergency situations, and also the formation of management teams of the engineering system in automatic and / or semi-automatic mode with the participation of the operator.

Из уровня техники известен способ мониторинга технического состояния здания и сооружения (объекта) (см. заявка на изобретение Российской Федерации RU 2008106992, опубл. 10.09.2010), который включает возбуждение колебаний объекта на собственных частотах, регистрацию вибраций, и/или ускорений колебаний, и/или скоростей колебаний, и/или амплитуд колебаний, и/или наклонов, и/или прогибов, и/или напряжений, и/или нагрузок, и/или измерения абсолютной и неравномерной осадки, и/или геодезических параметров, и/или контроль трещин, стыков, швов, отличающийся тем, что осуществляют фильтрацию параметров технического состояния зданий и сооружений на две группы параметров: группу параметров технического состояния нижней части объекта и группу параметров технического состояния верхней части объекта, определяют с использованием параметров технического состояния нижней части объекта путем математического (компьютерного) моделирования объекта расчетные параметры строительных конструкций верхней части объекта, сравнивают расчетные параметры строительных конструкций верхней части объекта с аналогичными параметрами строительных конструкций верхней части объекта, определенных по результатам натурных измерений от датчиков для мониторинга технического состояния верхней части объекта, корректируют параметры математической модели объекта при условии, что расчетные параметры строительных конструкций верхней части объекта, определенные по результатам математического моделирования, отличаются от аналогичных параметров строительных конструкций верхней части объекта, определенных по результатам натурных измерений на величину больше заданного порога, определяют по измеренным параметрам технического состояния нижней части объекта тренды параметров технического состояния нижней части объекта, экстраполируют трендовые значения параметров технического состояния нижней части объекта на заданный временной интервал, определяют на основе данных экстраполяции параметров технического состояния нижней части объекта прогнозные расчетные параметры технического состояния строительных конструкций верхней части объекта, фиксируют для потребителя прогнозную оценку будущего технического состояния объекта на основе сравнительного анализа прогнозных расчетных параметров технического состояния строительных конструкций верхней части объекта с предельно допустимыми значениями.The prior art method for monitoring the technical condition of a building and structure (object) (see application for invention of the Russian Federation RU 2008106992, published 10.09.2010), which includes the excitation of object vibrations at natural frequencies, registration of vibrations, and / or accelerations of vibrations, and / or vibration rates, and / or vibration amplitudes, and / or slopes, and / or deflections, and / or stresses, and / or loads, and / or measurements of absolute and uneven precipitation, and / or geodetic parameters, and / or control of cracks, joints, joints, characterized in that that filter parameters of the technical condition of buildings and structures into two groups of parameters: a group of parameters of the technical condition of the lower part of the object and a group of parameters of the technical condition of the upper part of the object, determined using the parameters of the technical condition of the lower part of the object by mathematical (computer) modeling of the object, the calculated parameters of building structures the upper part of the object, compare the calculated parameters of building structures of the upper part of the object with anal The parameters of the mathematical model of the object are adjusted by the physical parameters of the building structures of the upper part of the object, determined by the results of field measurements from sensors to monitor the technical condition of the upper part of the object, provided that the calculated parameters of the building structures of the upper part of the object, determined by the results of mathematical modeling, differ from similar parameters building structures of the upper part of the object, determined by the results of field measurements by a value of b longer than a predetermined threshold, determine from the measured parameters of the technical condition of the lower part of the object the trends of the parameters of the technical state of the lower part of the object, extrapolate the trend values of the parameters of the technical condition of the lower part of the object for a given time interval, determine the predicted calculated parameters of the technical the state of building structures of the upper part of the object, fix a predictive estimate for the consumer the future technical condition of the facility based on a comparative analysis of the predicted design parameters of the technical condition of building structures of the upper part of the facility with maximum permissible values.

Из уровня техники известны способ и устройство для относительного спутникового позиционирования движущихся платформ (см. патент США на изобретение US 6961018, опубл. 01.11.2005). Изобретение направлено на определение относительного положения движущихся платформ с использованием спутниковых навигационных технологий и оборудования, установленного на платформах. Оно основано на принципах космической навигации - дифференциальных системах и использует дифференциальную ГНСС в режимах, приводящих к минимуму передачи данных и расчетных нагрузок на вспомогательные процессоры. Изобретение обеспечивает точное позиционирование и относительную навигацию.The prior art method and device for relative satellite positioning of moving platforms (see US patent for the invention US 6961018, publ. 01.11.2005). The invention is aimed at determining the relative position of moving platforms using satellite navigation technologies and equipment installed on the platforms. It is based on the principles of space navigation - differential systems and uses differential GNSS in modes that minimize data transfer and design loads on auxiliary processors. The invention provides accurate positioning and relative navigation.

Из уровня техники известны способ и устройство для наземной съемки участков с одной или более неустойчивой зоной (см. патент США на изобретение US 7199872, опубл. 03.04.2007). Изобретение относится к области наземной съемки (мониторинга) участка с одной или более неустойчивыми зонами и хотя бы одной контрольной точкой, размещенной за пределами зон нестабильности, где контроль смещений осуществляется по относительным показаниям датчиков, размещенных в различных точках участка.The prior art method and device for ground-based surveying of areas with one or more unstable zones (see US patent for invention US 7199872, publ. 03.04.2007). The invention relates to the field of ground-based survey (monitoring) of a site with one or more unstable zones and at least one control point located outside the zones of instability, where the displacement is controlled by the relative readings of sensors located at different points of the site.

Из уровня техники известна измерительная сейсмическая система с использованием GPS-приемников (см. патент США на изобретение US 7117094, опубл. 15.07.2004). Система мониторинга трехмерных сейсмических данных, включающая множество цифровых датчиков, центра управления и обработки данных, базовая GPS-станция с антенной, расположенная в максимально открытой в верхней полуплоскости полусферой, и роверными GPS-приемниками, использующими сигналы базовой станции для определения своего местоположения с высокой точностью.The prior art measuring seismic system using GPS receivers (see US patent for invention US 7117094, publ. 15.07.2004). A system for monitoring three-dimensional seismic data, including many digital sensors, a control and data processing center, a GPS base station with an antenna located in the hemisphere as open as possible in the upper half-plane, and rover GPS receivers that use the base station signals to determine their location with high accuracy .

Из уровня техники известен метод и система GPS и WAAS фазовых измерений для относительного позиционирования (см. патент США на изобретение US 6469663, опубл. 24.10.2000). Метод точного определения относительного положения между двумя точками с помощью информации о фазах несущих из приемников, способных производить кодовые и фазовые измерения сигналов, передаваемых со спутников GPS, а также сигналов, передаваемых с WAAS, EGNOS, MSAS или других широкозонных дифференциальных систем спутников (далее именуемые просто как «спутники WAAS»). Эти сигналы обрабатываются в приемных системах для определения относительной позиции, для съемки или иных приложений. Обработка сигналов ведется аналогично той, которая используется в существующих GPS-фазовых приемниках. Метод отличается более быстрым и надежным разрешением неоднозначности фазовых измерений, защитой от пропуска фазовых циклов и потери части спутников, а также возможностью расширения рабочего диапазона, позволяя увеличить базу между приемниками путем включения ионосферной модели, представленной WAAS.The prior art method and system of GPS and WAAS phase measurements for relative positioning (see US patent for the invention US 6469663, publ. 24.10.2000). A method for accurately determining the relative position between two points using information on the phases of the carriers from receivers capable of making code and phase measurements of signals transmitted from GPS satellites, as well as signals transmitted from WAAS, EGNOS, MSAS or other wide-area differential satellite systems (hereinafter referred to as just like WAAS satellites). These signals are processed in receiving systems to determine the relative position, for shooting or other applications. Signal processing is carried out similarly to that used in existing GPS phase receivers. The method is characterized by a faster and more reliable resolution of the ambiguity of phase measurements, protection from missing phase cycles and the loss of some satellites, as well as the possibility of expanding the operating range, allowing you to increase the base between receivers by including the ionospheric model presented by WAAS.

Известные из уровня техники технические решения обладают следующими недостатками:Known from the prior art technical solutions have the following disadvantages:

- недостаточная точность измерения смещений инженерных сооружений.- lack of accuracy in measuring displacements of engineering structures.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности расчета характеристик смещений инженерных сооружений и непрерывный контроль параметров смещений инженерных сооружений.The technical result of the claimed invention is to increase the accuracy of calculating the displacement characteristics of engineering structures and continuous monitoring of the displacement parameters of engineering structures.

Технический результат достигается тем, что система высокоточного мониторинга инженерных сооружений содержит измерительный модуль, включающий навигационную антенну ГЛОНАСС/GPS, навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS, контроллер с энергонезависимой памятью, приемопередающий модуль связи, аккумуляторную батарею, устройство зарядки аккумуляторной батареи, датчиковую аппаратуру измерительного модуля; внешнюю датчиковую аппаратуру, автоматизированное рабочее место оператора на базе ПЭВМ с процессором, при этом устройство зарядки аккумуляторной батареи соединено с аккумуляторной батареей, которая соединена с контроллером с энергонезависимой памятью, выход навигационной антенны ГЛОНАСС/GPS подключен к входу навигационного приемника ГЛОНАСС/GPS, вход-выход навигационного приемника соединен с первым входом-выходом контроллера с энергонезависимой памятью, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом приемопередающего модуля связи, второй вход-выход которого служит для обмена данными с автоматизированным рабочим местом оператора на базе ПЭВМ с процессором через средства связи по протоколу TCP/IP, выход датчиковой аппаратуры измерительного модуля соединен с входом контроллера с энергонезависимой памятью, выход внешней датчиковой аппаратуры соединен с автоматизированным рабочим местом оператора на базе ПЭВМ с процессором через средства связи по протоколу TCP/IP, при этом автоматизированное рабочее место оператора на базе ПЭВМ с процессором имеет выход для передачи информации во внешние системы (диспетчерские центры).The technical result is achieved by the fact that the system of high-precision monitoring of engineering structures contains a measuring module, including a GLONASS / GPS navigation antenna, a GLONASS / GPS navigation receiver, a non-volatile memory controller, a transceiver communication module, a battery, a battery charging device, sensor equipment of the measuring module; external sensor equipment, a PC-based operator’s automated workstation with a processor, while the battery charging device is connected to the battery, which is connected to the controller with non-volatile memory, the output of the GLONASS / GPS navigation antenna is connected to the input of the GLONASS / GPS navigation receiver, the input is the output of the navigation receiver is connected to the first input-output of the controller with non-volatile memory, the second input-output of which is connected to the first input-output of the transceiver communication channel, the second input-output of which is used to exchange data with a PC-based operator’s workstation with the processor via TCP / IP communications, the output of the sensor equipment of the measuring module is connected to the controller input with non-volatile memory, the output of the external sensor equipment is connected to an automated operator’s workstation based on a personal computer with a processor through communication facilities using the TCP / IP protocol, while an automated operator’s workstation based on a personal computer with a processor has an output for Transferring information to external systems (dispatch centers).

Процессор ПЭВМ автоматизированного рабочего места оператора выполнен с возможностью:The processor of the personal computer of the operator’s workstation is configured to:

- слежения за смещениями элементов конструкций инженерных сооружений по трем пространственным координатам;- tracking the displacements of structural elements of engineering structures in three spatial coordinates;

- сбора данных с измерительных модулей;- data collection from measuring modules;

- анализа полученных данных и определение смещений контролируемых точек;- analysis of the data and determination of the displacements of the controlled points;

- определения спектральных характеристик смещений (резонансных частот конструкции);- determination of the spectral characteristics of the displacements (resonant frequencies of the structure);

- формирования сигналов тревоги в случае выхода смещений контролируемых параметров за пределы установленных границ;- the formation of alarms in the event that the displacements of the controlled parameters go beyond the established boundaries;

- отображения результатов обработки информации в удобном для оператора виде;- displaying the results of information processing in a form convenient for the operator;

- документирования и хранения полученных данных.- documenting and storing received data.

Признаки и сущность настоящего изобретения поясняются в последующем детальном описании, поясняемом чертежами, где показано следующее.The features and essence of the present invention are explained in the following detailed description, illustrated by drawings, where the following is shown.

Фиг.1 - Структурная схема системы высокоточного мониторинга смещений инженерных сооружений, где:Figure 1 - Structural diagram of a system of high-precision monitoring of displacements of engineering structures, where:

11…1L - измерительные модули;1 1 ... 1 L - measuring modules;

2 - контроллер с энергонезависимой памятью;2 - controller with non-volatile memory;

3 - навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS;3 - navigation receiver GLONASS / GPS;

4 - навигационная антенна ГЛОНАСС/GPS;4 - navigation antenna GLONASS / GPS;

5 - приемопередающий модуль связи;5 - transceiver communication module;

6 - аккумуляторная батарея;6 - rechargeable battery;

7 - устройство зарядки аккумуляторной батареи;7 - device for charging the battery;

81…8M - датчиковая аппаратура измерительного модуля;8 1 ... 8 M - sensor equipment of the measuring module;

91…9N - внешняя датчиковая аппаратура;9 1 ... 9 N - external sensor equipment;

10 - средства связи;10 - communications;

11 - автоматизированное рабочее место оператора на базе ПЭВМ с процессором;11 - computer operator’s workstation based on a PC with a processor;

12 - внешние потребители информации.12 - external consumers of information.

Фиг.2 - Алгоритм работы процессора автоматизированного рабочего места оператора на базе ПЭВМ с процессором, где:Figure 2 - The algorithm of the processor automated workstation operator based on a PC with a processor, where:

13 - блок сбора «сырых» измерений от измерительных модулей;13 - block collection of "raw" measurements from the measuring modules;

14 - блок формирования общего массива эфемерид наблюдаемых навигационных спутников;14 - block forming a common array of ephemeris observed navigation satellites;

15 - блок прогноза эфемерид наблюдаемых навигационных спутников;15 - block forecast ephemeris observed navigation satellites;

16 - блок подготовки одномоментных «сырых» измерений и эфемерид;16 - unit for preparing instantaneous "raw" measurements and ephemeris;

17 - блок фильтрации и контроля непрерывности измерений;17 - block filtering and monitoring the continuity of measurements;

18 - блок решения навигационной задачи для опорных и контролируемых точек;18 - block solving a navigation problem for reference and controlled points;

19 - блок фильтрации рассчитанных координат;19 - block filtering the calculated coordinates;

20 - блок данных о координатах и динамике объекта;20 - a block of data on the coordinates and dynamics of the object;

21 - блок решения навигационной задачи в дифференциальном режиме «статика»;21 - block solving the navigation problem in the differential mode "static";

22 - блок решения навигационной задачи в дифференциальном режиме «динамика»;22 - block solving a navigation problem in the differential mode "dynamics";

23 - блок решения навигационной задачи в дифференциальном режиме «колебания»;23 - block solving a navigation problem in the differential mode of "oscillation";

24 - блок специальной обработки;24 - block special processing;

25 - блок пересчета рассчитанных характеристик в параметры сооружения;25 - block recalculation of the calculated characteristics in the parameters of the structure;

26 - блок отображения результатов;26 - block display results;

27 - блок передачи данных внешним потребителям.27 - data transmission unit to external consumers.

Измерительные модули устанавливаются в выбранные на этапе обследования контролируемые точки объекта (сооружения), а один из измерительных модулей устанавливается на опорный объект, относительно которого будут измеряться характеристики смещений контролируемого объекта. Измерительные модули, установленные на контролируемом объекте, обозначаются как контрольные точки, измерительный модуль, установленный на опорном объекте, обозначается как опорная точка. Измерительные модули соединяются с автоматизированным рабочим местом оператора на базе ПЭВМ с процессором с помощью средств связи, например проводных линий связи, беспроводных линий связи, в том числе посредством сети Интернет.The measuring modules are installed in the controlled points of the object (structure) selected at the inspection stage, and one of the measuring modules is installed on the reference object, relative to which the characteristics of the displacements of the controlled object will be measured. The measuring modules installed on the controlled object are designated as control points, the measuring module installed on the reference object is designated as the reference point. The measuring modules are connected to the computer operator’s workstation with a processor using communication tools, such as wired communication lines, wireless communication lines, including via the Internet.

При необходимости на контролируемый объект вместе с измерительными модулями устанавливается датчиковая аппаратура, например инклинометры, акселерометры, датчики влажности, датчики температуры и т.п., которая соединяется с автоматизированным рабочим местом оператора на базе ПЭВМ с процессором с помощью средств связи, например проводных линий связи, беспроводных линий связи, в том числе посредством сети Интернет с помощью преобразующих устройств. Часть датчиков входит в состав измерительного модуля.If necessary, sensor equipment, for example, inclinometers, accelerometers, humidity sensors, temperature sensors, etc., is installed on the controlled object along with measuring modules, which is connected to the computer operator’s workstation with the processor using communication tools, for example, wire lines , wireless communication lines, including via the Internet using converting devices. Some sensors are part of the measuring module.

Измерения с использованием навигационного поля глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) не могут проводиться во всех критически важных точках сооружения и не могут обеспечить контроль целого ряда важных параметров. Поэтому эффективность мониторинга сооружений существенно возрастает, если дополнительно применять инерциальную и другую датчиковую аппаратуру, например инклинометры, акселерометры, датчики влажности, температуры и т.п. При этом часть датчиков целесообразно размещать внутри измерительных модулей, а другую часть - вне модулей. Измерительные модули и внешние датчики соединяются с автоматизированным рабочим местом оператора на базе ПЭВМ с процессором с помощью средств связи, например проводных или беспроводных линий связи.Measurements using the navigation field of global navigation satellite systems (GNSS) cannot be carried out at all critical points of the structure and cannot provide control of a number of important parameters. Therefore, the effectiveness of monitoring structures significantly increases if you additionally use inertial and other sensor equipment, such as inclinometers, accelerometers, humidity, temperature, etc. In this case, it is advisable to place part of the sensors inside the measuring modules, and the other part outside the modules. The measuring modules and external sensors are connected to the computer workstation of the operator on the basis of the PC with the processor using communication tools, such as wired or wireless communication lines.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

На навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS (3) через навигационную антенну ГЛОНАСС/GPS (4) поступают сигналы ГНСС ГЛОНАСС/GPS и вместе с данными, полученными от встроенных датчиков (81…8M), сохраняются посредством контроллера с энергонезависимой памятью (2), после этого поступая на приемо-передающий модуль связи (5). Из приемопередающего модуля связи (5) сигнал с помощью средств связи (10) передается на автоматизированное рабочее место оператора на базе ПЭВМ с процессором (11), которое принимает данные со всех измерительных модулей (11…1L) в виде «сырых» измерений и эфемеридной информации, буферизует их (ставит в очередь на обработку), кроме того записывает в файловый архив для возможности постобработки. Данные с отдельно стоящих датчиков (91…9N), не требующих прецизионной временной привязки в реальном времени, также передаются на автоматизированное рабочее место оператора на базе ПЭВМ с процессором (11), где проходят совместную обработку с данными, получаемыми с измерительных модулей (11…1L). Результаты обработки передаются во внешние системы (12), например в диспетчерские центры.The GLONASS / GPS navigation receiver (3) receives the GNSS GLONASS / GPS signals via the GLONASS / GPS navigation antenna (4) and, together with the data received from the built-in sensors (8 1 ... 8 M ), is stored by means of a controller with non-volatile memory (2) , then acting on the transceiver communication module (5). From the transceiver communication module (5), the signal is transmitted via communication means (10) to the operator’s workstation on the basis of a PC with a processor (11), which receives data from all measuring modules (1 1 ... 1 L ) in the form of "raw" measurements and ephemeris information, buffers them (queues them for processing), in addition, writes them to a file archive for post-processing capabilities. Data from stand-alone sensors (9 1 ... 9 N ) that do not require a precise real-time time reference are also transmitted to the operator’s workstation based on a PC with a processor (11), where they undergo joint processing with data received from the measuring modules ( 1 1 ... 1 L ). The processing results are transmitted to external systems (12), for example, to dispatch centers.

Блок сбора «сырых» измерений от измерительных модулей 13 принимает данные со всех измерительных модулей в виде кодовых псевдодальностей, фазовых измерений и эфемеридной информации, буферизует их (ставит в очередь на обработку), кроме того записывает в файловый архив для постобработки. Параллельно с накоплением измерений в блоке сбора «сырых» измерений от измерительных модулей 13, в блоке формирования общего массива эфемерид наблюдаемых навигационных спутников 14 формируется массив эфемеридной информации наблюдаемых спутников. По эфемеридной информации в блоке прогноза эфемерид наблюдаемых навигационных спутников 15 производится расчет координат спутников на пятисекундные интервалы времени, что позволяет снизить нагрузку на процессор. Достаточно рассчитать координаты спутника на три момента времени (t, (t+5), (t+10)) и построить интерполирующий полином второго порядка для промежутка времени [t, t+10]:The raw measurement collection unit from the measurement modules 13 receives data from all measurement modules in the form of pseudorange codes, phase measurements and ephemeris information, buffers them (puts it in the queue for processing), and also writes it to a file archive for post-processing. In parallel with the accumulation of measurements in the block of collection of "raw" measurements from the measuring modules 13, in the block for generating a common ephemeris array of the observed navigation satellites 14, an array of ephemeris information of the observed satellites is formed. According to the ephemeris information in the ephemeris forecast block of the observed navigation satellites 15, the coordinates of the satellites are calculated at five-second time intervals, which allows to reduce the load on the processor. It is enough to calculate the satellite’s coordinates for three points in time (t, (t + 5), (t + 10)) and construct an interpolating second-order polynomial for the time interval [t, t + 10]:

[ x y z ] = [ a 1 a 2 a 3 ] t 2 + [ b 1 b 2 b 3 ] t + [ c 1 c 2 c 3 ]

Figure 00000001
[ x y z ] = [ a one a 2 a 3 ] t 2 + [ b one b 2 b 3 ] t + [ c one c 2 c 3 ]
Figure 00000001

При обработке измерений, полученных с темпом 20 Гц (за 10 с - 200 отсчетов), это позволит выполнить всего 3 вычисления с использованием численного интегрирования (вместо 200), а для вычисления координат спутников внутри интервала [t, t+10] использовать полином вида:When processing measurements obtained at a rate of 20 Hz (in 10 s - 200 samples), this will allow performing only 3 calculations using numerical integration (instead of 200), and to calculate the coordinates of the satellites within the interval [t, t + 10], use a polynomial of the form :

[ x y z ] = [ a 1 a 2 a 3 ] t 2 + [ b 1 b 2 b 3 ] t + [ c 1 c 2 c 3 ]

Figure 00000002
[ x y z ] = [ a one a 2 a 3 ] t 2 + [ b one b 2 b 3 ] t + [ c one c 2 c 3 ]
Figure 00000002

Как показывают расчеты, погрешность интерполяции не превышает 1 мм.As calculations show, the interpolation error does not exceed 1 mm.

В блоке подготовки одномоментных «сырых» измерений и эфемерид 16 группируются одномоментные «сырые» измерения от измерительных модулей контролируемой и опорной точек и соответствующие им координаты спутников, которые передаются в блок фильтрации и контроля непрерывности измерений 17 для фильтрации и контроля непрерывности измерений. В блоке фильтрации и контроля непрерывности измерений 17 с помощью разностей фазовых измерений псевдодальности выявляются и восстанавливаются сбои приемника при слежении за фазой колебаний несущей частоты, а также проводится экстраполяция одиночных выпавших измерений.In the unit for preparing instantaneous "raw" measurements and ephemeris 16, grouping instantaneous "raw" measurements from the measuring modules of the controlled and reference points and the corresponding satellite coordinates are transmitted to the filtering and monitoring unit for measuring continuity 17 for filtering and monitoring the continuity of measurements. In the filtering and monitoring unit for measuring continuity 17, using the differences of the phase measurements of the pseudorange, the malfunctions of the receiver are detected and restored when tracking the phase of oscillations of the carrier frequency, and extrapolation of single dropped measurements is carried out.

В блоке решения навигационной задачи для опорных и контролируемых точек 18 решается навигационная задача независимо для каждой из контролируемой точек с помощью аналитического метода. На данном шаге уточняется сдвиг часов приемника измерительного модуля от системного времени. Формируется очередь на обработку данных в блоках решения навигационной задачи в дифференциальном режиме «статика» 21, решения навигационной задачи в дифференциальном режиме «динамика» 22, решения навигационной задачи в дифференциальном режиме «колебания» 23, специальной обработки 24 для решения в них дифференциальной задачи. Информация о координатах и сдвиге времени каждого измерительного модуля фильтруется в блоке фильтрации рассчитанных координат 19. В блоке данных о координатах и динамике объекта 20 формируется статистика об осредненных координатах и динамике контролируемых точек. Далее в блоках решения навигационной задачи в дифференциальном режиме «статика» 21, решения навигационной задачи в дифференциальном режиме «динамика» 22, решения навигационной задачи в дифференциальном режиме «колебания» 23, специальной обработки 24 ведется обработка информации в дифференциальном режиме с целью:In the unit for solving the navigation problem for reference and controlled points 18, the navigation problem is solved independently for each of the controlled points using the analytical method. At this step, the clock shift of the receiver of the measuring module from the system time is specified. A queue is formed for processing the data in the blocks for solving the navigation problem in the differential mode "statics" 21, solving the navigation problem in the differential mode "dynamics" 22, solving the navigation problem in the differential mode "oscillation" 23, special processing 24 for solving the differential problem in them. Information on the coordinates and time shift of each measuring module is filtered in the filtering unit of the calculated coordinates 19. In the data unit on the coordinates and dynamics of object 20, statistics are generated on the averaged coordinates and dynamics of the controlled points. Further, in the blocks for solving the navigation problem in the "static" differential mode 21, solving the navigation problem in the "dynamic" differential mode 22, solving the navigation problem in the "oscillation" differential mode 23, special processing 24, the information is processed in differential mode to:

- определения постоянной составляющей базовой линии (режим обработки «статика») (21);- determination of the constant component of the baseline (processing mode "static") (21);

- определения отклонений базовой линии с фильтрацией шумов (режим обработки «динамика» или «движение» - блок) (22);- determination of deviations of the baseline with noise filtering (processing mode “speaker” or “movement” - block) (22);

- определения спектральных параметров отклонений базовой линии (режим обработки «колебания» - блок) (23);- determination of the spectral parameters of the deviations of the baseline (processing mode "oscillation" - block) (23);

- блок специальной обработки 24 предусмотрен для других специфичных способов обработки информации (например, для высокоточного контроля просадки грунта сооружения без требований к точности в плоскости).- a special processing unit 24 is provided for other specific methods of processing information (for example, for high-precision control of the subsidence of the soil of a structure without requirements for accuracy in the plane).

В блоке пересчета рассчитанных характеристик в параметры сооружения 25 полученные результаты обработки сравниваются с пороговыми значениями для контролируемого сооружения и формируются, в частности, сигналы тревоги.In the unit for converting the calculated characteristics to the parameters of the structure 25, the obtained processing results are compared with threshold values for the controlled structure and, in particular, alarms are generated.

Блок отображения результатов 26 предназначен для подготовки информации к отображению, а блок передачи данных внешним потребителям 27 - для представления ее внешним потребителям (диспетчерские центры, системы имитационного моделирования, поддержки принятия решений и т.п.).The results display unit 26 is intended to prepare information for display, and the data transfer unit to external consumers 27 is intended to be presented to external consumers (control centers, simulation systems, decision support, etc.).

В качестве средств связи могут использоваться, например оптический модем Jetcon 2401-mw, преобразователь интерфейса MOXAIA-240-LX-T, VDSL-медиа конвертер Рlanet VC-234.As communication tools, for example, a Jetcon 2401-mw optical modem, an MOXAIA-240-LX-T interface converter, a VDSL-media converter Planet VC-234 can be used.

В процессе испытаний системы высокоточного мониторинга смещений инженерных сооружений осуществлялось слежение за смещениями элементов конструкций инженерных сооружений (мостов, высотных зданий и т.д.) по трем пространственным координатам путем сбора и обработки данных с измерительных модулей - контролируемых точек, и измерительных модулей - опорных точек.In the process of testing the system of high-precision monitoring of displacements of engineering structures, the displacements of structural elements of engineering structures (bridges, high-rise buildings, etc.) were monitored in three spatial coordinates by collecting and processing data from measuring modules - controlled points, and measuring modules - reference points .

Анализ полученных данных показал определение смещений контролируемых точек с погрешностью 0,3-1 см, определение спектральных характеристик смещений (резонансных частот конструкции) в диапазоне частот 0,1-10 Гц с погрешностью не более 1 мм, что доказывает достижение указанного технического результата.An analysis of the data obtained showed the determination of the displacements of the controlled points with an error of 0.3-1 cm, the determination of the spectral characteristics of the displacements (resonant frequencies of the structure) in the frequency range of 0.1-10 Hz with an error of not more than 1 mm, which proves the achievement of the specified technical result.

Claims (1)

Система высокоточного мониторинга инженерных сооружений, содержащая измерительный модуль, включающий навигационную антенну ГЛОНАСС/GPS, навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS, контроллер с энергонезависимой памятью, приемопередающий модуль связи, аккумуляторную батарею, устройство зарядки аккумуляторной батареи, датчиковую аппаратуру измерительного модуля; внешнюю датчиковую аппаратуру, автоматизированное рабочее место оператора на базе ПЭВМ с процессором, при этом устройство зарядки аккумуляторной батареи соединено с аккумуляторной батареей, которая соединена с контроллером с энергонезависимой памятью, выход навигационной антенны ГЛОНАСС/GPS подключен к входу навигационного приемника ГЛОНАСС/GPS, вход-выход навигационного приемника соединен с первым входом-выходом контроллера с энергонезависимой памятью, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом приемопередающего модуля связи, второй вход-выход которого служит для обмена данными с автоматизированным рабочим местом оператора на базе ПЭВМ с процессором через средства связи по протоколу TCP/IP, выход датчиковой аппаратуры измерительного модуля соединен с входом контроллера с энергонезависимой памятью, выход внешней датчиковой аппаратуры соединен с автоматизированным рабочим местом оператора на базе ПЭВМ с процессором через средства связи по протоколу TCP/IP, при этом автоматизированное рабочее место оператора на базе ПЭВМ с процессором имеет выход для передачи информации во внешние системы - диспетчерские центры, при этом процессор ПЭВМ автоматизированного рабочего места оператора выполнен с возможностью:
- слежения за смещениями элементов конструкций инженерных сооружений по трем пространственным координатам;
- сбора данных с измерительных модулей;
- анализа полученных данных и определение смещений контролируемых точек;
- определения спектральных характеристик смещений - резонансных частот конструкции;
- формирования сигналов тревоги в случае выхода смещений контролируемых параметров за пределы установленных границ;
- отображения результатов обработки информации в удобном для оператора виде;
- документирования и хранения полученных данных.
A system for high-precision monitoring of engineering structures, comprising a measuring module, including a GLONASS / GPS navigation antenna, a GLONASS / GPS navigation receiver, a non-volatile memory controller, a transmitter-receiver communication module, a battery, a battery charging device, and sensor equipment for a measuring module; external sensor equipment, a PC-based operator’s automated workstation with a processor, while the battery charging device is connected to the battery, which is connected to the controller with non-volatile memory, the output of the GLONASS / GPS navigation antenna is connected to the input of the GLONASS / GPS navigation receiver, the input is the output of the navigation receiver is connected to the first input-output of the controller with non-volatile memory, the second input-output of which is connected to the first input-output of the transceiver communication channel, the second input-output of which is used to exchange data with a PC-based operator’s workstation with the processor via TCP / IP communications, the output of the sensor equipment of the measuring module is connected to the controller input with non-volatile memory, the output of the external sensor equipment is connected to an automated operator’s workstation based on a personal computer with a processor through communication facilities using the TCP / IP protocol, while an automated operator’s workstation based on a personal computer with a processor has an output for Transferring information to external systems - control centers, the processor PC automated operator workstation configured to:
- tracking the displacements of structural elements of engineering structures in three spatial coordinates;
- data collection from measuring modules;
- analysis of the data and determination of the displacements of the controlled points;
- determination of the spectral characteristics of the displacements - the resonant frequencies of the structure;
- the formation of alarms in the event that the displacements of the controlled parameters go beyond the established boundaries;
- displaying the results of information processing in a form convenient for the operator;
- documenting and storing received data.
RU2012135030/07A 2012-08-15 2012-08-15 System for high-precision monitoring of displacements of engineering structures RU2496124C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012135030/07A RU2496124C1 (en) 2012-08-15 2012-08-15 System for high-precision monitoring of displacements of engineering structures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012135030/07A RU2496124C1 (en) 2012-08-15 2012-08-15 System for high-precision monitoring of displacements of engineering structures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2496124C1 true RU2496124C1 (en) 2013-10-20

Family

ID=49357278

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012135030/07A RU2496124C1 (en) 2012-08-15 2012-08-15 System for high-precision monitoring of displacements of engineering structures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2496124C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2683369C2 (en) * 2017-06-20 2019-03-28 Алексей Владимирович Молчанов Method and system for monitoring structure conditions
RU2683871C2 (en) * 2016-02-25 2019-04-02 Алексей Владимирович Молчанов Method and system of non-destructive monitoring constructions of structures and method and system for monitoring the location of structures based on such a method
RU2696856C1 (en) * 2018-10-31 2019-08-07 Тримбл Инк. Post-processing position data of global satellite navigation system (gnss) using mirror gnss data
US10852180B2 (en) 2016-12-22 2020-12-01 Nuovo Pignone Tecnologie Srl Module with sensors arrangement
RU2751053C1 (en) * 2020-08-14 2021-07-07 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Information and analytical system for monitoring mechanical safety of constructions of complex engineering structures
RU2760505C1 (en) * 2021-02-25 2021-11-25 Георгий Яковлевич Шайдуров Radar method for monitoring the geodetic site of high-altitude hydroelectric dams
RU2779777C1 (en) * 2021-11-15 2022-09-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" Device for determining the spatial coordinates of controlled elements of engineering or natural objects during geodetic monitoring in real time under extreme ambient temperatures by means of navigation equipment receiving signals from spacecraft (sc) of global navigation satellite systems (gnss), including glonass/gps sc signals

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6469663B1 (en) * 2000-03-21 2002-10-22 Csi Wireless Inc. Method and system for GPS and WAAS carrier phase measurements for relative positioning
US6961018B2 (en) * 2003-10-06 2005-11-01 The Insitu Group, Inc. Method and apparatus for satellite-based relative positioning of moving platforms
US7642956B2 (en) * 2005-02-04 2010-01-05 Sepa-Sistemi Elettronici Per Automazione S.P.A. System and method for monitoring and surveying movements of the terrain, large infrastructures and civil building works in general, based upon the signals transmitted by the GPS navigation satellite system
RU2446411C2 (en) * 2009-05-29 2012-03-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" (ООО "Газпром ВНИИГАЗ") Method of monitoring displacements of earth's surface and deformation of structures on territory of mineral deposits
RU116862U1 (en) * 2011-12-09 2012-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) DEVICE FOR DETERMINING SPATIAL PARAMETERS OF OBJECTS OF RAILWAY INFRASTRUCTURE
RU2453809C2 (en) * 2010-08-10 2012-06-20 Учреждение Российской академии наук Институт горного дела УрО РАН (ИГД УрО РАН) Method of measuring relative deformation and displacement of underground and surface structures

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6469663B1 (en) * 2000-03-21 2002-10-22 Csi Wireless Inc. Method and system for GPS and WAAS carrier phase measurements for relative positioning
US6961018B2 (en) * 2003-10-06 2005-11-01 The Insitu Group, Inc. Method and apparatus for satellite-based relative positioning of moving platforms
US7642956B2 (en) * 2005-02-04 2010-01-05 Sepa-Sistemi Elettronici Per Automazione S.P.A. System and method for monitoring and surveying movements of the terrain, large infrastructures and civil building works in general, based upon the signals transmitted by the GPS navigation satellite system
RU2446411C2 (en) * 2009-05-29 2012-03-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" (ООО "Газпром ВНИИГАЗ") Method of monitoring displacements of earth's surface and deformation of structures on territory of mineral deposits
RU2453809C2 (en) * 2010-08-10 2012-06-20 Учреждение Российской академии наук Институт горного дела УрО РАН (ИГД УрО РАН) Method of measuring relative deformation and displacement of underground and surface structures
RU116862U1 (en) * 2011-12-09 2012-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) DEVICE FOR DETERMINING SPATIAL PARAMETERS OF OBJECTS OF RAILWAY INFRASTRUCTURE

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2683871C2 (en) * 2016-02-25 2019-04-02 Алексей Владимирович Молчанов Method and system of non-destructive monitoring constructions of structures and method and system for monitoring the location of structures based on such a method
US10852180B2 (en) 2016-12-22 2020-12-01 Nuovo Pignone Tecnologie Srl Module with sensors arrangement
RU2683369C2 (en) * 2017-06-20 2019-03-28 Алексей Владимирович Молчанов Method and system for monitoring structure conditions
RU2696856C1 (en) * 2018-10-31 2019-08-07 Тримбл Инк. Post-processing position data of global satellite navigation system (gnss) using mirror gnss data
US11156722B2 (en) 2018-10-31 2021-10-26 Trimble Inc. Post-processing global navigation satellite system (GNSS) position data using mirrored GNSS data
RU2751053C1 (en) * 2020-08-14 2021-07-07 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Information and analytical system for monitoring mechanical safety of constructions of complex engineering structures
RU2760505C1 (en) * 2021-02-25 2021-11-25 Георгий Яковлевич Шайдуров Radar method for monitoring the geodetic site of high-altitude hydroelectric dams
RU2779777C1 (en) * 2021-11-15 2022-09-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" Device for determining the spatial coordinates of controlled elements of engineering or natural objects during geodetic monitoring in real time under extreme ambient temperatures by means of navigation equipment receiving signals from spacecraft (sc) of global navigation satellite systems (gnss), including glonass/gps sc signals
RU2800188C1 (en) * 2022-12-08 2023-07-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" Method for high-precision determination of angles of inclination of controlled engineered or natural object during geodetic monitoring using computer vision technology in real time under extremely low ambient temperatures, and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2496124C1 (en) System for high-precision monitoring of displacements of engineering structures
Guzman-Acevedo et al. GPS, accelerometer, and smartphone fused smart sensor for SHM on real-scale bridges
Yi et al. Recent research and applications of GPS‐based monitoring technology for high‐rise structures
Yi et al. Recent research and applications of GPS based technology for bridge health monitoring
Yi et al. Experimental assessment of high-rate GPS receivers for deformation monitoring of bridge
Moschas et al. Noise characteristics of high-frequency, short-duration GPS records from analysis of identical, collocated instruments
CN103471544B (en) A kind of high precision displacement deformation monitoring application system based on the Big Dipper
EP3524954B1 (en) System for precision measurement of structure and method therefor
US10670493B2 (en) Safety diagnosis system for structure
CN206410668U (en) Building safety monitoring equipment based on big-dipper satellite and sensor
CN208721024U (en) A kind of two-dimensional surface deformation monitoring system based on microwave interference
CN106767378A (en) Building safety monitoring equipment and monitoring method based on big-dipper satellite and sensor
CN106595537A (en) Building safety state monitoring device based on BeiDou satellite and monitoring method thereof
CN108050964A (en) A kind of two-dimensional surface deformation monitoring method and system based on microwave interference
US20140207380A1 (en) Evaluating Surface Data
JP7061856B2 (en) Displacement monitoring device and displacement monitoring method
Roberts et al. Structural dynamic and deflection monitoring using integrated GPS and triaxial accelerometers
RU2467298C1 (en) System of satellite monitoring of engineering facilities displacements using satellite navigation systems glonass/gps
Glabsch et al. Monitoring the Hornbergl landslide using a recently developed low cost GNSS sensor network
Yu et al. Performance assessment of high-rate GPS/BDS precise point positioning for vibration monitoring based on shaking table tests
Bogusz et al. GNSS-based multi-sensor system for structural monitoring applications
KR100760215B1 (en) Structure construction management system using GNSS
KR100270347B1 (en) Structual safety evaluation system using gps
JP4140699B2 (en) Slope monitoring system
Pehlivan Identification of structural displacements utilizing concurrent robotic total station and GNSS measurements

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20150724