CN211905695U - 基于gnss技术的大坝安全监测系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于GNSS技术的大坝安全监测系统。所述基于GNSS技术的大坝安全监测系统，用于对大坝安全进行监测，包括：GNSS监测装置、GNSS基准装置、数据采集装置、综合采集控制器以及安全监测评价平台，其中，所述基准站产生误差因子并及时发送给附近的监测站，以修正所述GNSS原始定位数据，获得GNSS定位数据，所述安全监测评价平台实时接收和处理所述综合采集控制器采集到的传感器数据和GNSS定位数据，以对大坝的安全情况进行实时监测。本实用新型提供的基于GNSS技术的大坝安全监测系统，有效地解决了当前大坝安全监测的精度误差大、不能够全天候全天时获取大坝实时且高精度的数据的问题。

Description

基于GNSS技术的大坝安全监测系统

技术领域

本实用新型涉及传感器网络技术领域，特别涉及一种基于GNSS 技术的大坝安全监测系统。

背景技术

水库大坝是调控水资源时空分布、优化水资源配置的重要工程措施，也是江河防洪工程体系的重要组成部分，它是经济社会发展的重要基础设施，在防洪、灌溉、发电、供水、航运等方面发挥着无可替代的作用。随着水利大坝工程数量的不断增加，大坝安全监测已是水库工程管理工作中最重要的一项工作。大坝一旦出现异常状态，不仅要损失全部工程效益，而且溃坝洪水将使下游人民生命财产遭受毁灭性损失，必须通过大坝安全监测技术及时发现和处理。

大坝的安全监测主要采用两种方式：传统人工监测和现代化远程监测。传统人工监测方法主要采用人工观测和现场巡视检查，对大坝坝体、坝肩、近坝区岸坡及坝周围环境所作测量及观察，通过合理的计算和分析对工程的工作状态进行评估。人工监测结果的准确性与可靠性与操作人员的技术水平和专业素养密切相关，受到多种因素的影响，监测环境十分复杂，监测难度大，每一次监测作业对于监测技术人员来说是一项不小的挑战。此外，人工方式受气象条件、操作方式限制，难以提高监测频率，无法做到全天时全天候地监测。

现代化远程监测方法能够有效克服传统人工监测的耗时长，人工成本高、效率低等缺点，通过构筑大坝安全监测系统，实现对大坝的自动化、远程监控、自检、及时预警的高效监测。不仅减少了人工的投入，并且实现不间断持续监测，不受气候条件与时间的影响，大大提高了监测效率，减少了外业工作强度。为后续的监测大数据分析评价、对大坝进行有效的趋势性数据分析提供基础性服务。

随着大坝安全监测技术的不断发展，行业信息化水平的不断提高，“无人值班”的自动化监测评价系统受到越来越多的大坝安全运管单位的青睐，自动化监测评价系统的应用也越来越广泛。然而，现有的自动化监测评价系统仍然存在一些缺陷：

首先，现代大坝监测系统数据采集仍多需要人工值守，无法做到全天候全天时获取实时数据，自动化、实时性、集成化程度较低，精度指标偏低，难以实现大规模的快速监测覆盖和推广；

其次，由于卫星星历误差、大气延迟误差(电离层延迟、对流层延迟)和卫星的钟差等原因，影响实时定位的精度，现代大坝监测系统的可靠性较低，精度误差较大。

因此，对于一种新型的大坝安全监测系统的需求是存在的，以解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种基于GNSS技术的大坝安全监测系统，其中，所述大坝安全监测系统能够全天候全天时获取大坝实时且高精度的数据，对大坝的安全情况进行实时监测。

本实用新型的另一目的在于提供一种基于GNSS技术的大坝安全监测系统，其中，所述大坝安全监测系统通过叠加GNSS设备对 GNSS原始定位数据进行误差修正，可靠性高，精度误差低。

本实用新型的另一目的在于提供一种基于GNSS技术的大坝安全监测系统，其中，所述大坝安全监测系统的观测站点间无需通视，监测选点灵活。

本实用新型的另一目的在于提供一种基于GNSS技术的大坝安全监测系统，其中，所述大坝安全监测系统适用于各类异性坝和特长堤坝，适用范围广泛。

本实用新型的另一目的在于提供一种基于GNSS技术的大坝安全监测系统，其中，所述大坝安全监测系统可一次性获得GNSS观测站的三维坐标，实现监测时间和定位的严格统一。

本实用新型提供的基于GNSS技术的大坝安全监测系统，有效地解决了当前大坝安全监测的精度误差大、不能够全天候全天时获取大坝实时且高精度的数据的问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于GNSS技术的大坝安全监测系统，以对大坝安全进行监测，包括：

GNSS监测装置，所述监测装置包括多个监测站，所述监测站间隔地设置于大坝坝体上，每个所述监测站上均设置测量天线，所述测量天线用于接收GNSS原始定位数据；

GNSS基准装置，所述基准装置包括多个基准站，所述基准站设置于大坝的一侧，所述基准站与相应的所述监测站间隔预设距离，所述基准站产生误差因子并及时发送给附近的监测站，以修正所述 GNSS原始定位数据，获得GNSS定位数据，提升所述监测站的定位精度；

数据采集装置，所述数据采集装置采集与大坝安全监测相关的信息并生成传感器数据；

综合采集控制器，所述综合采集控制器与所述数据采集装置可通信地连接，接收和存储所述数据采集装置采集的传感器数据，所述综合采集控制器与所述监测装置可通信地连接，接收所述监测装置产生的修正后的GNSS定位数据；以及

安全监测评价平台，所述安全监测评价平台与所述综合采集控制器可通信地连接，实时接收和处理所述综合采集控制器采集到的传感器数据和GNSS定位数据，以对大坝的安全情况进行实时监测。

优选地，所述基于GNSS技术的大坝安全监测系统，其中，所述 GNSS基准装置为所述监测站进行差分解算提供所述误差因子。

优选地，所述基于GNSS技术的大坝安全监测系统，其中，每个所述基准站上配备GNSS接收机，所述GNSS接收机进行GNSS观测产生所述误差因子并及时发送给附近的监测站。

优选地，所述基准站与相应监测站的预设距离不大于1千米。

优选地，所述综合采集控制器包括GNSS接收存储单元、传感器数据接收存储单元、移动网络通讯单元、数据传输单元和供电单元，其中，所述供电单元与所述综合采集控制器内其他单元电连接并为其供电，所述GNSS接收存储单元与所述GNSS监测装置可通信地连接，接收并存储GNSS定位数据，所述传感器数据接收存储单元与所述数据采集装置可通信地连接，接收和存储所述数据采集装置获取的传感器数据，所述数据传输单元与所述GNSS接收存储单元和传感器数据接收存储单元分别可通信地连接，所述移动网络通讯单元配合所述数据传输单元，将GNSS定位数据与传感器数据实时传输至所述安全监测评价平台，以实时将数据进行处理和展示。

优选地，所述GNSS接收存储单元与所述与所述测量天线通过 RS232串口连接。

优选地，所述传感器接收存储单元设有多个预留接口，以将多个传感器接入。

优选地，所述监测站上设置单一测量天线。

优选地，所述监测站上设置至少两测量天线。

通过对随后的描述和附图的理解，本实用新型进一步的目的和优势将得以充分体现。

本实用新型的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1为本实用新型提供的基于GNSS技术的大坝安全监测系统的结构关系示意图；

图2为本实用新型提供的基于GNSS技术的大坝安全监测系统的所述综合采集控制器的示意图。

具体实施方案

以下说明书和权利要求中使用的术语和词不限于字面的含义，而是仅由本发明人使用以使得能够清楚和一致地理解本实用新型。因此，对本领域技术人员很明显仅为了说明的目的而不是为了如所附权利要求和它们的等效物所定义的限制本实用新型的目的而提供本实用新型的各种实施例的以下描述。

在这里使用的术语仅用于描述各种实施例的目的且不意在限制。如在此使用的，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地指示例外。另外将理解术语“包括”和/或“具有”当在该说明书中使用时指定所述的特征、数目、步骤、操作、组件、元件或其组合的存在，而不排除一个或多个其它特征、数目、步骤、操作、组件、元件或其组的存在或者附加。

包括技术和科学术语的在这里使用的术语具有与本领域技术人员通常理解的术语相同的含义，只要不是不同地限定该术语。应当理解在通常使用的词典中限定的术语具有与现有技术中的术语的含义一致的含义。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。

如图1至图2所示依据本申请较佳实施例的基于GNSS技术的大坝安全监测系统被阐明，其中，本实用新型提供的基于GNSS技术的大坝安全监测系统1，解决了当前大坝安全监测的精度误差大、不能够全天候全天时获取大坝实时且高精度的数据的问题。

如图1所示，一种基于GNSS技术的大坝安全监测系统1，以对大坝安全进行监测，包括：GNSS监测装置2，所述监测装置2包括多个监测站21，所述监测站21间隔地设置于大坝坝体上，每个所述监测站21上均设置测量天线22，所述测量天线22用于接收GNSS 原始定位数据；GNSS基准装置3，所述GNSS基准装置3包括多个基准站31，所述基准站31设置于大坝的一侧，所述基准站31与所述监测站21间隔预设距离，所述基准站31产生误差因子10并及时发送给附近的监测站21，以修正所述GNSS原始定位数据，获得GNSS 定位数据20，提升所述监测站21的定位精度；数据采集装置4，所述数据采集装置4采集与大坝安全监测相关的信息并生成传感器数据30；综合采集控制器5，所述综合采集控制器5与所述数据采集装置4可通信地连接，接收和存储所述数据采集装置4采集的传感器数据30，所述综合采集控制器5与所述GNSS监测装置2可通信地连接，接收所述GNSS监测装置2产生的修正后的GNSS定位数据20；以及安全监测评价平台6，所述安全监测评价平台6与所述综合采集控制器5可通信地连接，实时接收和处理所述综合采集控制器5采集到的传感器数据30和GNSS定位数据20，以对大坝的安全情况进行实时监测。

本领域技术人员应当理解的是，影响GNSS实时定位精度的因素主要有卫星星历误差、大气延迟(电离层延迟、对流层延迟)误差和卫星的钟差等，这些误差在总体上具有较高的空间相关性，因此，在一定的间隔距离内，两个GNSS监测站在同一时间分别进行单点定位时，由于上述误差对两个GNSS监测站的影响大体相同。

基于此，在每个已知坐标点的基准站31上配备设置GNSS接收机32，所述GNSS接收机32与间隔距离范围内的相应的GNSS监测站21一起进行GNSS观测。所述GNSS接收机32获取定位数据，结合基准站31已知坐标信息进行计算处理，可获得相应位置的误差因子10，所述GNSS接收机32将产生所述误差因子10并及时发送给附近的监测站21。所述GNSS基准装置3为所述监测站21进行差分解算提供所述误差因子10，以供所述GNSS监测装置2对所述GNSS原始定位数据进行修正获得GNSS定位数据20。

进一步地，所述基准站31与相应的所述监测站21的距离不大于 1km，以避免所述基准站31与所述监测站21的误差因子具有较大的差异，从而保障所述GNSS定位数据20的精度。因此，所述大坝安全监测系统1具有较高的可靠性，通过叠加GNSS设备对GNSS原始定位数据进行误差修正，可靠性高，精度误差低。所述大坝安全监测系统1可一次性获得GNSS观测站的三维坐标，实现监测时间和定位的严格统一。

值得一提的是，在有GNSS地基增强参考站覆盖的区域，可以直接使用这些参考站作为基准站31。优选地，这些参考站与所述监测站21的距离不大于1km。对于建坝地址不能被地基增强参考站信号有效覆盖的，则需要在大坝附近新建GNSS基准站31。通常地，一座大坝需要在坝体上设置至少一GNSS基准站31。当大坝的坝体长度超过1km时，只需要间隔地设置多个GNSS基准站即可。其中，所述基准站31与所述监测站21应当间隔预设距离，该预设距离不大于1千米。因此，所述大坝安全监测系统1可适用于各类异性坝和特长堤坝，适用范围广泛。

通常地，根据大坝的坝形可间隔地布设4至16个所述监测站21。所述监测站21上可选择地设置单一测量天线22，即采用一机单天线模式进行定位测量。所述监测站21还可设置至少两测量天线22，即采用一机双(多)天线模式。在实践中，可根据需求进行相应的选择。

特别地，所述数据采集装置4采集与大坝安全监测相关的信息并生成传感器数据30，其中，所述数据采集装置4包含多个功能性传感器以实现对所述大坝安全监测信息的采集。具体地，所述数据采集装置4可选地包含有渗压计、量水堰计、土压力计、应力应变计、雨量计、水位计、温度计、裂缝仪等多种智能传感设备中的一种或多种，可选择地采集与大坝安全监测相关的孔隙水压力、地下水位、土压力变化、应力应变等信息，也可同时采集大坝所在地的环境量，如水位、雨量、温度等信息。此外，还可根据实际需要，接入倾斜仪、静力水准仪等其他传感器，获取相应信息。

更进一步地，所述综合采集控制器5包括GNSS接收存储单元 51、传感器数据接收存储单元52、移动网络通讯单元53、数据传输单元54和供电单元55，其中，所述供电单元55与所述综合采集控制器5内其他单元电连接并为其供电，所述GNSS接收存储单元51 与所述GNSS监测装置2可通信地连接，接收并存储GNSS定位数据 20，所述传感器数据接收存储单元52与所述数据采集装置4可通信地连接，接收和存储所述数据采集装置4获取的传感器数据30，所述数据传输单元54与所述GNSS接收存储单元51和传感器数据接收存储单元52分别可通信地连接，所述移动网络通讯单元53配合所述数据传输单元54，将GNSS定位数据20与传感器数据30实时传输至所述安全监测评价平台6，以实时将数据进行处理和展示。

具体地，所述GNSS接收存储单元51接收GNSS定位数据20，并对GNSS定位数据20进行存储，所述GNSS接收存储单元51与所述测量天线22之间通过RS232串口连接，从而能够支持同时接收最多4个卫星天线的数据。进一步地，可支持同时接收最多4个北斗卫星天线的数据。

所述传感器接收存储单元52用于接收和存储来自数据采集装置 4的传感器数据30，所述传感器接收存储单元52具有较强的可扩展性，除可接收上述传感器参数外，还设有多个预留接口，以接入其他传感器。

基于本申请所述的大坝安全监测系统1，能够全天候全天时获取大坝实时且高精度的数据，对大坝的安全情况进行实时监测。此外，由于所述大坝安全监测系统1的观测站点间无需通视，因此监测选点灵活。

本实用新型提供的基于GNSS技术的大坝安全监测系统1，有效地解决了当前大坝安全监测的精度误差大、不能够全天候全天时获取大坝实时且高精度的数据的问题。所述基于GNSS技术的大坝安全监测系统1不涉及复杂的设备和材料引入，应用效果好，适用性强，具有较高的可推广性。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种基于GNSS技术的大坝安全监测系统，以对大坝安全进行监测，其特征在于，包括：

GNSS监测装置，所述监测装置包括多个监测站，所述监测站间隔地设置于大坝坝体上，每个所述监测站上均设置测量天线，所述测量天线用于接收GNSS原始定位数据；

GNSS基准装置，所述基准装置包括多个基准站，所述基准站设置于大坝的一侧，所述基准站与相应的所述监测站间隔预设距离，所述基准站产生误差因子并及时发送给附近的监测站，以修正所述GNSS原始定位数据，获得GNSS定位数据，提升所述监测站的定位精度；

数据采集装置，所述数据采集装置采集与大坝安全监测相关的信息并生成传感器数据；

综合采集控制器，所述综合采集控制器与所述数据采集装置可通信地连接，接收和存储所述数据采集装置采集的传感器数据，所述综合采集控制器与所述GNSS监测装置可通信地连接，接收所述GNSS监测装置产生的修正后的GNSS定位数据；以及

安全监测评价平台，所述安全监测评价平台与所述综合采集控制器可通信地连接，实时接收和处理所述综合采集控制器采集到的传感器数据和GNSS定位数据，以对大坝的安全情况进行实时监测。

2.根据权利要求1所述的基于GNSS技术的大坝安全监测系统，其中，所述GNSS基准装置为所述监测站进行差分解算提供所述误差因子。

3.根据权利要求2所述的基于GNSS技术的大坝安全监测系统，其中，每个所述基准站上配备GNSS接收机，所述GNSS接收机进行GNSS观测产生所述误差因子并及时发送给附近的监测站。

4.根据权利要求1所述的基于GNSS技术的大坝安全监测系统，其中，所述基准站与相应监测站的预设距离不大于1千米。

5.根据权利要求1所述的基于GNSS技术的大坝安全监测系统，其中，所述综合采集控制器包括GNSS接收存储单元、传感器数据接收存储单元、移动网络通讯单元、数据传输单元和供电单元，其中，所述供电单元与所述综合采集控制器内其他单元电连接并为其供电，所述GNSS接收存储单元与所述GNSS监测装置可通信地连接，接收并存储GNSS定位数据，所述传感器数据接收存储单元与所述数据采集装置可通信地连接，接收和存储所述数据采集装置获取的传感器数据，所述数据传输单元与所述GNSS接收存储单元和传感器数据接收存储单元分别可通信地连接，所述移动网络通讯单元配合所述数据传输单元，将GNSS定位数据与传感器数据实时传输至所述安全监测评价平台，以实时将数据进行处理和展示。

6.根据权利要求5所述的基于GNSS技术的大坝安全监测系统，其中，所述GNSS接收存储单元与所述与所述测量天线通过RS232串口连接。

7.根据权利要求6所述的基于GNSS技术的大坝安全监测系统，其中，所述传感器接收存储单元设有多个预留接口，以将多个传感器接入。

8.根据权利要求1所述的基于GNSS技术的大坝安全监测系统，其中，所述监测站上设置单一测量天线。

9.根据权利要求1所述的基于GNSS技术的大坝安全监测系统，其中，所述监测站上设置至少两测量天线。

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