CN205482910U - 基于北斗定位系统的大坝坝体变形动态监测的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于北斗定位系统的大坝坝体变形动态监测的系统；其特征在于：包括在大坝坝体及上下游安装的应变定位片，利用北斗定位系统形成的定位收集系统，数据处理分析系统，以及预警系统；定位收集系统能够采集应变定位片的信息，定位收集系统能够与数据处理分析系统实现数据通信，将数据信息及时传送至数据处理分析系统；所述数据处理分析系统还与预警系统实现通信。在坝体应力较大区域安装应变定位片，在坝前、后五公里处设置固定多个混凝土墙，混凝土墙中也设置应变定位片，利用北斗定位系统实时定位，获取坝体应变定位片与混凝土墙相对距离，对于相对距离发生较大变化时会自动发布安全警报，以此能够实现动态监测大坝坝体变形。

Description

基于北斗定位系统的大坝坝体变形动态监测的系统

技术领域

本实用新型涉及一种大坝坝体变形动态监测系统，具体来讲是一种基于北斗定位系统的大坝坝体变形动态监测的系统。

背景技术

我国从1954年至2001年共发生水库溃坝3400多座，这些事故不仅对国家经济造成了巨大的损失，而且更严重的是威胁到了人们的生命和财产安全。面对溃坝事件带来的巨大损失，人们深刻的认识到大坝的安全监测的重要性。采用监测技术对大坝坝体进行变形监测，测出大坝上各点的位置变化，才能分析大坝安全运行状态，并建立大坝的变形预测模型，实现大坝变形的定量预测。只有这样，才能及时发现大坝的异常变化，对其安全性能做出准确的判断，然后采取必要措施，防止事故的发生。

现有的大坝变形监测技术可以分为内部监测和外部监测技术两大类。内部监测技术主要是通过埋设在坝体内部特定部位的仪器，如压力盒、渗压计等，对大坝的应力应变、渗流渗压等进行持续自动化监测的技术。而外部监测技术主要是通过各种变形监测仪器，对大坝体主要部位布设的变形监测点在某一时刻的空间位移或者某一特定方向的位移进行测定的技术，目前主要有常规大地测量技术、GPS监测技术、地面摄影测量技术、三维激光扫描技术四种。随着时间的推移，一些已建立的大中型水库大坝安全监测系统逐渐出现监测仪器失效、仪器不稳定以及测值不能反映工程实际情况等问题。如何对安全监测系统进行鉴定已成为当务之急。由于目前大坝安全监测系统鉴定尚无办法和评价导则。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，在此提供一种基于北斗定位系统的大坝坝体变形动态监测的系统；该系统改进之后，在坝体应力较大区域安装应变定位片（具有应变和定位两种作用），在坝前、后五公里处设置固定多个混凝土墙，混凝土墙中也设置应变定位片，利用北斗定位系统实时定位，获取坝体应变定位片与混凝土墙相对距离，对于相对距离发生较大变化时会自动发布安全警报，以此能够实现动态监测大坝坝体变形。

本实用新型是这样实现的，构造一种基于北斗定位系统的大坝坝体变形动态监测的系统，其特征在于：包括在大坝坝体及上下游安装的应变定位片，利用北斗定位系统形成的定位收集系统，数据处理分析系统，以及预警系统；所述定位收集系统能够采集应变定位片的信息，定位收集系统能够与数据处理分析系统实现数据通信，将数据信息及时传送至数据处理分析系统；所述数据处理分析系统还与预警系统实现通信。

根据本实用新型所述基于北斗定位系统的大坝坝体变形动态监测的系统，其特征在于：所述定位收集系统包括数据采集主机以及高精度北斗卫星接收机两部分，数据采集主机与高精度北斗卫星接收机同在一个金属壳体内部；高精度北斗卫星接收机包括MCU和TF存储器；定位收集系统通过数据采集主机采集应变定位片的信息，并通过高精度北斗卫星接收机与数据处理分析系统实现通信。

根据本实用新型所述基于北斗定位系统的大坝坝体变形动态监测的系统，其特征在于：所述MCU选用ＳＴ公司的一款Cortex-M3芯片。

本实用新型的优点在于：本实用新型通过在坝体应力较大区域安装应变定位片（具有应变和定位两种作用），在坝前、后五公里处设置固定多个混凝土墙，混凝土墙中也设置应变定位片，利用北斗定位系统实时定位，获取坝体应变定位片与混凝土墙相对距离，对于相对距离发生较大变化时会自动发布安全警报，以此能够实现动态监测大坝坝体变形。

1.当本套系统投入使用后，能够利用大数据，分析大坝建成后内部细微变形或是应力变化，以此为今后工程提供宝贵经验；

2.通过北斗定位，能够减少人力物力投入，达到节能减排的目的。本实用新型的确定是经过对国内外大坝动态监测方法系统梳理后提出的，旨在实时反馈系统，从而更好保障公众人身财产以及大坝自身的稳定与安全。本系统的核心是北斗定位系统，能够与大数据、互联网结合，从而实现实时监测功能。

附图说明

图1基于北斗定位系统的大坝坝体变形动态监测的系统框图

图2是定位收集系统（收集站）框图

图3数据处理分析系统（分析站）流程图

图4预警系统站（预警站）流程图。

具体实施方式

下面将结合附图1-4对本实用新型进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型通过改进提供一种基于北斗定位系统的大坝坝体变形动态监测的系统，可以按照如下方式予以实施；包括在大坝坝体及上下游安装的应变定位片1，利用北斗定位系统形成的定位收集系统2，数据处理分析系统3，以及预警系统4；所述定位收集系统2能够采集应变定位片1的信息，定位收集系统2能够与数据处理分析系统3实现数据通信，将数据信息及时传送至数据处理分析系统3；所述数据处理分析系统3还与预警系统4实现通信。

如图2：所述定位收集系统2包括数据采集主机21以及高精度北斗卫星接收机22两部分，数据采集主机21与高精度北斗卫星接收机22同在一个金属壳体内部；高精度北斗卫星接收机22包括MCU22a和TF存储器22b；定位收集系统2通过数据采集主机21采集应变定位片1的信息，并通过高精度北斗卫星接收机22与数据处理分析系统3实现通信。所述MCU22a可以选用ＳＴ公司的一款Cortex-M3芯片。

该系统总体分为基站、收集站、分析站、预警站四大部分，详情见图1（基于北斗定位系统的大坝坝体变形动态监测的系统框图）。

1.基站主要功能是在大坝坝体及上下游安装应变定位片，为收集站收集资源提供先决条件。

2.收集站主要功能是利用北斗定位系统，将坝体及周边应变片实时定位，将定位数据反馈至分析站。

3.对于分析站来讲主要功能：

a、接收收集站传来的数据。

b、分析数据，做出是否预警的处理。

c、保留各类数据，未今后我国大坝建设提供参考。

d、向预警站发出指令等。

4.预警主要功能：

a、接收分析站传来指令。

b、做出预警处理。

系统设计原理：

（1）基站是整个系统的最基础也是最重要的部分，主要是采用应变定位片，利用水利专业知识，分析哪些部位是大坝易发生变形部位或应力较大部位，在该位置安放应变定位片，其次在大坝的上游和下游同时建立定位片网络，假设上、下游建立混凝土墙位置固定，则如果出现较大相对位置变化，便能在一定程度上说明，大坝发生变形，以此来实时监控大坝变形等问题。

（2）收集站主要设计思路及说明：北斗卫星导航系统（Navigation Satellite System)是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。收集站主要采取北斗定位系统，来实时监测应变定位片位置，并将数据信息及时传送至分析站。

（3）分析站主要设计思路及说明：分析站主要由大型计算机组组成，详细见图3（分析站设计思路）。分析站主要是为了接收由收集站传来的数据，对数据进行加工处理，得出各个时段相对位置的数据，如果相对位置数值在允许范围内，将自动保存数据，若数据超出规定值，会自动数据传送至预警站。两种结果都会将各类数据及时保存，以便于今后研究大坝变形机理等。

（4）预警站主要设计思路及说明：预警站主要是接收来自分析站的命令，详细见图4（预警站设计思路）。当收到来自分析站预警的指令时会自动启动紧急指令，包括人为到到水下再次检测等，以更好报障坝身安全，当再次接到停止预警的指令时，指令解除。

高精度卫星接收机一次输出的数据量较大，要求缓存较大，通信链路断时需要本地保存大量数据，要求外接ＴＦ存储器作为北斗数据存储器。ＭＣＵ选用ＳＴ公司的一款Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３芯片。

数据采集主机与高精度北斗卫星接收机同在一个金属壳体内部，连接高精度北斗接收机的串口不需防雷处理，采用普通串口即可。ＵＡＲＴ１ＲＳ２３２连接北斗接收机，采集北斗数据。

带防护装置的网口用于连接通信网络，向数据处理中心发送采集的北斗定位数据和外部传感数据。

高精度北斗卫星接收机本身可以进行水平和垂直位移测量，考虑成本及安装方便等因素，时常将高精度北斗卫星接收机与电子位移传感器结合使用。位移传感器包含水平位移和垂直位移传感器，主要有电感式、电容式、光电式、霍尔式、涡流式位移传感器，激光位移传感器使用比较方便，不用其他外部设备，可以输出数字和模拟信号，可以与数据采集主机的４８５接口或４～２０ｍＡ输入接口相连接。

目前，大坝监测在国内外己快速发展，这里指出几点应值得注意：

1）由于多学科综合分析以提高安全度，可能造成仪器增多、数据量增大、使数据分析加大工作量，延时预测结果，可能导致不良后果。所以及时处理数据是关键，并且选择有效的测试仪器。新旧更换，控制数据量。

2）自动化设备的有效利用，一方面对自动化观测数据定期通过人工比测检核，以防设备失常；另方面对埋设坝体中或安置于廊道内的设备定期维护、检修，确保仪器的可靠。

本实用新型所提及的基于北斗定位系统的大坝变形监测系统，为了减少系统本身定位带来的误差，需要远距离布置混凝土，且布置时要考虑到雾化等现象，以此来保证整个系统的耐久性。

大坝：检测过程，首先建立基站、收集站、分析站、预警站四大部分，其中基站应变定位片在主要安放在大坝坝体内及大坝上下游的混凝土墙上，本系统使用的是北斗星通公司的BDM100 BD2/GPS双系统导航授时模块。BDM100 是支持BD2/GPS 定位导航、授时的经济型模块，具备尺寸小、功耗低、重量轻等特点，尤其适合于大规模的北斗系统集成应用。BDM100 能够实时接收BD2 和GPS 导航卫星信号，提供三维位置、三维速度和满足精确授时需求；收集站主要利用北斗定位系统，实时反映各个应变定位片的位置；

预警站具有预警器，主要负责接收分析站指令，做出相应处理。

在以上系统布置完成后，开始进入运行期，运行时，收集站利用自身定位系统，通过实时检测各个应变定位片位置，并将数据传输至分析站，分析站开始设定的预警值，在相对距离达到预警值后，将预警指令传给预警站，预警站通过预警器向大坝管理人员传送信号，进行大坝人为检测，当检测或维修后，警报解除。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种基于北斗定位系统的大坝坝体变形动态监测的系统，其特征在于：包括在大坝坝体及上下游安装的应变定位片（1），利用北斗定位系统形成的定位收集系统（2），数据处理分析系统（3），以及预警系统（4）；所述定位收集系统（2）能够采集应变定位片（1）的信息，定位收集系统（2）能够与数据处理分析系统（3）实现数据通信，将数据信息及时传送至数据处理分析系统（3）；所述数据处理分析系统（3）还与预警系统（4）实现通信。

2.根据权利要求1所述基于北斗定位系统的大坝坝体变形动态监测的系统，其特征在于：所述定位收集系统（2）包括数据采集主机（21）以及高精度北斗卫星接收机（22）两部分，数据采集主机（21）与高精度北斗卫星接收机（22）同在一个金属壳体内部；高精度北斗卫星接收机（22）包括MCU（22a）和TF存储器（22b）；定位收集系统（2）通过数据采集主机（21）采集应变定位片（1）的信息，并通过高精度北斗卫星接收机（22）与数据处理分析系统（3）实现通信。

3.根据权利要求2所述基于北斗定位系统的大坝坝体变形动态监测的系统，其特征在于：所述MCU（22a）选用ＳＴ公司的一款Cortex-M3芯片。