北斗卫星导航桥梁在线变形监测系统讲解

基于北斗系统的大桥自动化安全实时在线监测系统广州中海达定位技术有限公司公司介绍 2公司资质71. 大桥健康监测系统简介 82. 系统方案 92.1 坐标系统102.2系统结构102.3 硬件配置及设备选型132.5 软件系统182.5.1 数据传输与数据采集系统（GPSDTUCenter）202.5.2 数据处理部分（ZNetMoniter） 222.5.3 ZNetMoniter系统基本功能252.5.6 监测数据分发系统（ZWebMoniter）282.5.7系统特点293传统监测和自动化监测对比 304技术先进性325北斗/GPS公路桥梁无人值守监测及预警系统设备336野外设备供电设计方案437桥监测站点的布设468成功项目案例 52公司介绍广州中海达定位技术有限公司（以下简称中海达定位）是广州中海达卫星导航技术股份有限公司（股票代码：300177）全资子公司。

中海达现有员工近1500人，其中博士后、硕士、高级工程师等研发、技术精英近150名，均为长期致力于GNSS技术研发、生产、市场服务的行业专家及参与了GNSS国产化发展全过程的顶尖人才。

中海达总部位于广州，拥有自有产权甲级写字楼3000平方米，拥有一流专业级GNSS仿真环境实验室、技术研发中心、国内一流的GNSS制造车间，为客户源源不断地提供出类拔萃的产品。

公司致力于GNSS 技术的深层次研发，提供全球定位系统及相关行业完整高效的系统解决方案，提供全面、快捷、周到的技术支持和服务。

“积极响应，快速行动，首问负责、跟踪落实、彻底解决”是我们的服务理念中海达产品涵盖：高精度测量型GNSS产品系列；超声波数字化测深仪系列；GIS数据采集系统；海洋工程应用集成系统。

是国内GNSS行业唯一能提供全面解决方案，根据用户需求量身定制系统解决方案的的实力厂家。

中海达测绘通过ISO9000质量管理体系认证，获国家技术监督局颁发计量器具制造许可证，工业品生产许可证，荣获军事装备定点生产制造认证，积累了大量的自主知识产权，以技术创新，高效服务，科学管理引领中国GNSS产业发展。

中海达定位主要承担着利用集团产品进行新的行业应用拓展的使命和任务，目前已在全国建立起完善的渠道和销售服务体系，依托分支机构和合作伙伴，共同为客户提供服务。

中海达定位主营“中海达”品牌的系统工程业务，率先在行业推出“安全卫士”系列在线监测系统，广泛应用在尾矿库、水库大坝、滑坡、矿山高边坡、桥梁、深基坑边坡监测，精密机械控制等，为用户提供最完善的系统服务，为工程安全和科学决策提供技术支撑。

中海达定位将中海达独有的GNSS技术和产品优势率先引入工程应用领域，领先国内同行。

凭借成熟的GNSS技术以及强大的团队实力、工程设计、工程实施、人员培训和后期支持等，形成全方位的专业技术与工程应用综合解决方案。

公司定位于高精度测量型GNSS研发、生产、销售；GNSS高精度形变监测预警系统；三维激光扫描系统。

公司主要实力展现如下：1、中海达作为中国GNSS行业的军企业，建立了中国最专业、最大的GNSS技术研发中心，拥有200多人的专业化研发团队，致力于专业GNSS/GIS核心技术的研究，并建立了博士后科研工作站。

博士后科研工作站2、中海达建设了国际一流GNSS产品生产线，标准的5S车间管理，按照GB/T19001和GJB9001A标准进行质量管理，成为海军军事装备承制单位。

中海达质量体系和为海军某部组织的统一培训中海达V8 RTK产品以卓越的性能在南极科考中应用3、中海达专注GNSS核心技术的深入研发，在RTK GPS、GIS 数据采集器、CORS系统、数字化测深仪等领域创造了多项中国第一，以技术创新作为企业发展的持续动力，以技术创新引领中国GNSS技术的发展潮流。

中海达先进技术成果4、中海达立足中国，以“成为国际一流的GNSS品牌”为目标，逐渐竞逐国际市场，并取得了很好的销售业绩。

如今，在美洲、欧洲、非洲、澳洲以及东南亚地区都可见到Hi-Target(中海达英文品牌)的广泛应用身影。

中海达产品遍布全球5、作为中国GNSS行业的知名品牌，中海达以全面实现高精度GNSS产品技术的国产化为己任，得到了行业领导和专家大力支持和关怀。

中海达受到业内专家高度重视公司资质桥梁变形监测软件1. 大桥健康监测系统简介该健康监测系统旨在通过利用现代传感器、信号采集与处理、通信、远程控制、计算机技术、桥梁结构计算分析等技术为大桥管养者实时监测并掌控大桥的安全使用状态，避免大桥灾难性事故的发生，指导预防式维修管理。

根据上述需求，中海达公司采用公司自主知识产权GPS变形监测系统软件（ZNetMonitor）平台及硬件传感器（中海达双频GPS 接收机Vnet6），基于ADSL/光纤通讯，提供大桥运营期健康监测系统之GPS 变形监测子系统解决方案。

2. 系统方案桥体在运行期间都会受到行车荷载、风力、温度以及突发的自然灾害等外界因素的影响，也会受到混凝土收缩徐变、混凝土老化、混凝土碳化、钢筋松弛、钢筋锈蚀、斜拉索锈蚀、墩台基础沉降等内在因素的影响。

在内外因素的影响之下，大跨度斜拉桥将产生几何变化、内力变化和索力变化等各种效应。

如果这些变化过大，超过了桥梁能够承受的安全范围，将会产生灾难性的后果。

为此，本方案将采用GPS技术，对桥梁进行连续观测。

根据我国的《公路养护技术规范》(J TJ 073296) 中的有关规定和要求，以及大跨度桥梁塔柱高、跨度大和主跨段为柔性梁的特点，变形监测的包括桥梁墩台沉降观测、桥面线形与挠度观测、主梁横向水平位移观测、高塔柱摆动观测。

2.1 坐标系统GPS 解算出来的坐标是基于WGS84 坐标系统的,而对桥梁特性的分析主要基于桥梁纵向、横向及竖向,所以要建立分别平行桥梁3轴线的桥梁坐标系统。

另外根据用户要求，监测软件可将监测结果转换为自定义的本地坐标系统，坐标转换过程为:WGS84 空间直角坐标( X Y Z) 转换到WGS84 大地坐标( BL H) 以WGS84 椭球为基准采用恰当的中央子午线将大地经纬度高斯投影为平面格网坐标,保持椭球高不变,从而形成平面格网坐标加椭球高的东北天坐标系平面格网坐标逆时针旋转一个角度使之平行于桥梁纵轴和横轴,保持椭球高不变,从而形成了平行于桥梁3 个轴线的桥梁坐标系或本地坐标系。

2.2系统结构中海达GPS监测系统整体结构简单、层次清晰、功能明确，系统由：①数据采集系统、②数据传输系统、③数据处理系统、④监测预警系统、⑤综合管理系统等五大系统组成，其中综合管理系统是服务器软件管理中心，数据处理系统是GNSS 数据解算中心、监测预警系统是监测数据分析中心，也是中海达高精度变形监测预警系统的核心。

整个系统的结构与功能如下图所示：①综合管理系统——可有效进行用户管理、数据管理、系统运行管理，确保系统安全和数据安全，可方便进行参数设置、状态本地/远程浏览、数据本地/远程下载以及数据共享等。

②数据采集系统——中海达采集系统关键设备采用高精度进口主板，确保数据采集精确。

数据采集系统一般由基准站、监测站以及包括野外电源和防雷系统组成的保障支持系统组成。

③数据传输系统——中海达数据传输系统可采用RS232、专线有线或无线Modem、TCP/IP、UCP、GPRS 无线和CDMA 无线通信、UHF 无线电台等方式，组建传输网络方便灵活。

系统不仅支持野外就地拖拽式数据下载，还能实现远程实时数据流传输和文件包下载。

④数据处理系统——中海达数据处理系统可进行长时间连续实时数据处理，解算采用先进的卡尔曼滤波集成单历元整数解算法，轻松达到毫米级定位精度，确保系统运行的稳定性和数据的可靠性。

⑤监测分析预警系统——中海达监测分析预警系统的数据分析处理能力非常强大，分析角度多、手段丰富，能计算三维位移分量及各向变形速率，自动生成变形历时曲线、变形分布图和多因素相关图；能根据实地地形数据生成三维仿真图，并生成变形场等高图或渐变色谱图以及变形场任意剖面图；能综合其他监测数据进行初步分析与简单评价；能根据预设警界值进行风险断别，实时以短信、声音或屏显等形式进行多渠道状态信息发布，异常状态条件下还能适时多渠道多形式进行预警信息播报（发布渠道包括运行技术人员、单位领导、上级管理部门信息中心等，形式包括短信、语音电话、警报声音、大屏幕显示等）。

中海达GPS 外部变形监测系统数据采集与数据传输的典型工作模式如下所示：根据实际条件与需要，系统供电也可配置成其它方式（如市电），数据传输则还可采用有线直连、无线电台、GPRS、无线网桥等方式。

2.3 硬件配置及设备选型2.4.1GPS接收机推荐选用中海达VNet6 型专业GPS 接收机，其面板和背板如下图所示：技术参数：2.4.2GPS天线推荐采用型号为AT-2200 型的专业大地测量型双星双频GNSS 天线，能有效降低多路径信号的影响、精确跟踪目前所有的GPS 卫星发射的信号。

2.4.3天线连接线采用Syv-50-5-1 型同轴电缆，其射频信号保真高、衰减小，在不加天线信号放大器的情况下信号传输40 米仍可满足GPS 接收机的正常工作需要。

2.4.4电源系统电源系统可采用220V交流电，也可以用太阳能，也可使用UPS 等。

2.4.5通讯系统通讯系统需要根据现场条件采用有线网络或者无线网络，或GPRS等通讯设备。

2.4.6其他附件：如连接接头、避雷针、保护箱（罩）、电缆保护管等，以满足GPS 系统正常工作需要为基本原则。

2.5 软件系统中海达高精度GPS 形变监测系统是面向GPS形变监测综合应用的专业化综合应用系统，软件系统主要包括三个子系统，包括：数据传输和采集系统（DTUCenter）高精度GPS形变监测数据处理系统（ZNetMoniter）基于Web的形变数据发布系统（ZWebMoniter）中海达高精度GPS 形变监测系统目标明确、结构简单、流程清晰、功能完备，解决方案因地制宜、具有鲜明的针对性，系统设计时在确保监测功能及精度性能的前提下，能充分考虑工程的实际条件并兼顾工程投资的经济性，合理设计系统结构，科学配置系统单元，最大程度实现系统要求与目标。

系统运行稳定、数据可靠，能准确表达各监测点的运行状态，能对相关数据进行分析并提出初步风险评价，还能多渠道多形式适时分级发布预警信息，为运行单位随时随地掌握工程结构安全和决策部门在关键时刻的决策分析提供了有效可靠的技术支持。

中海达高精度GPS 形变监测系统技术成熟、应用广阔，本系统不仅在多个桥梁健康监测项目运行，还成功应用于滑坡地质灾害监测、矿山边坡变形监测、水库大坝变形监测、堤防渠道变形监测、深基坑及周边影响区变形监测、高层建筑及大型场馆健康监测等领域。

中海达高精度GPS 形变监测系统的主要应用领域如下图所示：2.5.1 数据传输与数据采集系统（GPSDTUCenter）数据传输部分负责把GPS原始观测数据（包括监测站和参考站）发送至数据处理和分析中心的计算机上，完全实现最高达50Hz 连续高速精密数据采集。