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1、水库大坝GNSS自动化形变监测解决方案1.背景：我国是世界上拥有水库大坝最多的国家。这些水库大坝在防洪、发电、供水、灌溉等方 面发挥巨大效益的同时，所存在的安全风险不容忽视。当前我国水库大坝安全监测工作存在 监测项目不完善、施工安装不规范、运行管护能力不足等问题，导致部分安全监测系统建成 后不能正常运行，造成建设资金浪费甚至影响大坝安全管理工作。水库大坝在调节水流方面 具有重要的作用，全面做好水库大坝安全监测工作是确保水库安全、稳定运行的关键所在。 2.系统架构数据采集子系统：由GNSS接收机及天线组成，可以有效提供监测精度及可靠性;数据传输通讯子系统：根据现场情况，可以选择LoRa、4G及北
2、斗短报文等通讯方 式进行数据传输；数据处理、分析子系统：采用专用CDM解算软件进行自动化数据处理、分析； 辅助支持子系统：系统具备完善的防雷系统（包括电力线路防雷和直接雷防护）和 稳定的供电系统（太阳能供电和市电配合使用）。采用一台GNSS接收机作为基准站，多台GNSS接收机作移动站。基站接收差分数据之 后可以通过有线（串口）或者无线（电台或者外网服务器）的方式传输数据。通过串口传输 数据需要架设GNSS天线线缆，考虑到大坝的现场环境以及基站和移动站的距离。推荐采用 无线传输数据的方式，推荐采用外网服务器的方法。以外网服务器作为数据传输方式的情况下,TCP/IP协议的服务器，需要开设多个端口（
3、即 每一台GNSS接收机需要开设一个端口）。NTRIP协议的服务器，可以只开设一个端口（登 录账号和密码不重复即可）。基本系统架构如下图所示：图1外网服务器传输监测点可以选择当地勘测设计研究院布设的大坝位移监测点，接收机架设环境尽量空旷 无遮挡，保证接收机的搜星环境。架设环境如下图所示：个、多个或全部数据折线。支持监测数据与图像的导出,4.产品推荐A300是上海司南卫星导航技术股份有限公司针 对地质灾害监测行业应用自主研发的新一代普适型 GNSS接收机。接收机采用低功耗设计，可根据内置的 MEMS传感器和监测点位置变化来自动切换工作模式, 进一步降低监测站系统的功耗。A300拥有丰富的无线 通
4、讯方式，可搭配导航云平台实现对设备的远程监控 和管理，进而降低整个监测系统的建设和运营成本。 高度集成的一体式设计，安装方便，同时支持IP68防 水防尘，可适应各种严苛的野外环境。特点： 支持外接各类传感器，支持阀值触发预警 低功耗设计，MEMS传感器与GNSS技术相结合，实现自主监测 无线通讯丰富，支持4G、NB-loT、BT、LoRa等多种通讯 支持云服务功能，可远程监测和管理接收机 专业抗震、防水防尘、防雷击设计，适应野外环境8G内存支持循环存储技术优势：mm级精度，三星八频抗干扰能力强；7*24小时连续不间断观测测站间无需通视； 远程访问监测数据，以图表方式显示测量结果； 内部储存8G
5、,可设置自动记录原始数据；CDMonitor软件自动解算数据，输出三维坐标； 短信、电子邮件自动报警。精度与可靠性： 单点定位精度：HWL 5nb VW3.0m (1。，PD0PW4) 静态精度：H： (2. 5+0.5X106XD) mm , V： (5. 0+0. 5X 10 6XD) mm RTK 精度：H： (8+lX106XD) mm , V： (15+1X1O6XD) mm数据格式 差分格式支持：CMR, RTCM2. X, RTCM. X 输出格式支持：标准及扩展的NMEA-0183, RTCM2.X, RTCM3. X 数据更新率：60s、30s、15s、10s、5s、1Hz、
6、2Hz、5Hz、10Hz 通讯配置 网络模块：4G全网通、NB-loT 蓝牙 Bluetooth ： 4, 1/2. 1+EDR, 2. 4GHz LoRa 收发频段：410MHz-470MHz通讯协议 网络：TCP、MQTT、Ntrip 串口： RS232协议、RS485协议 USB： USB2. 0CDMonitor是由上海司南卫星导航技术有限公司基于GNSS全球卫星定位系 统并利用现代通讯技术进行的实时与准时GNSS原始数据分析、处理、独立环网 平差及数据管理等功能研发的系统软件。这套软件对于人工建筑变形分析，比如 大型桥梁，水坝，大型人工建筑以及油田沉陷，矿山采空区沉陷，城市地下水漏
7、斗沉陷，火山监测，山体滑坡监测等等具有非常大的现实意义。GNSS （全球卫星定位系统）自八十年代中期投入民用后，已广泛地在导航、 定位等各领域应用，尤其在测量界的控制测量中起了划时代的作用。正因为是它 在静态相对定位中的高精度、高效益、全天候、不需通视等优点，使人们普遍采 用其来代替常规的三角、三边、边角等方法，并在理论、实践中取得了可喜的成 果。在精密工程变形监测中也逐步得到广泛的应用。由CDMonitor为核心构成的变形监测网络中的每个GNSS接收机只需要输出 GNSS的原始数据和星历，原始数据包含了 GNSS解算所有必要的伪距和载波相位 数据等，星历指GNSS卫星发播的广播星历。数据通过
8、广域网、局域网络、串口、 无线设备等传到控制中心，控制中心的CDMonitor软件根据每台GNSS接收机对 应的IP地址和端口号，获得每个监测点的原始实时数据流，CDMonitor软件对 这些原始数据进行实时差分解算，得到各个监测站的坐标，并存入数据库或发送 给客户端。利用CDMonitor软件能进行7X24小时不间断观测。而且，与传统的RTK方 式相比，CDMonitor具有精度更高，实时性更强的特点。CDMonitor支持各种主 流品牌的单多频GNSS接收机混合监控。CDMonitor采用了 C/S架构，用户可以 进行远程监控。具体的CDMonitor实时差分变形监测软件的工作流程可用下图
9、表示：CDMonitor工作流程如图所示，CDMonitor变形监控软件实现了各个监控站的实时差分定位，并 具有图形显示、接收机设置、监控站参数设置、观测数据记录、报警等功能。采用C/S架构的CDMonitor软件方便用户在办公室、监控中心、家中监测系 统的健康状况。4. 2 CDMonitor数据处理软件2. 1 CDMonitor的基本功能CDMonitor实时差分变形监控软件具有下面的一些基本功能： 对GNSS原始数据进行7X24小时实时差分处理，进行变形监测，永不间 断；根据接收机的原始数据输出率，数据更新率最高可达20Hz；可根据系统参数设置，对不同的监测站的实时差分结果进行Kalm
10、an滤波, 达到不同的动态要求和精度要求；可同时处理多个基站和监测站的数据；根据多天运行的结果，建立近期的大气延迟（对流层、电离层）模型， 提高定位精度和可靠性；多基站支持，多基站不但提高了系统的可靠性，而且，根据多基站的观 测数据，可以建立电离层模型，提高长距离监测的精度；根据多基站的 处理结果，可以实现实时网平差功能，提高点位精度和可靠性；原始数据后处理功能； 输入接口协议：RS232、CAN、TCP/IP； 输出接口（远程服务）协议：TCP/IP；实时显示接收机的信号跟踪状况，如星空图、信噪比、钟差等；实时显示基线的变化情况，点位的移动情况等；原始数据、解算结果的自动保存功能，可根据用户
11、需求进行设置；对监测站、基站接收机的远程设置功能，软件上有各个GNSS接收机的独 立监控模块,可以向GNSS接收机发送用户更改参数的命令（如采样间隔、 高度截止角等）；系统完备性监测功能，可对整个系统的健康状况进行监测；环境参数输入功能。比如，输入监测站周围障碍物的分布情况，在数据 处理时，能剔除常规方法不能自动剔出的坏数据，提高定位精度。具有防死机功能，一旦某个监测站出现死机现象，软件马上会通过数据 信号触发的方式实现接收机自动重启；可以调整各个监测站的位置更新率；支持网络分布式计算；软件实现C/S架构，客户端可以运行在远程；提供第三方软件接口，如用COM组件的方式实现，可实现远程查询、管
12、理、报警；另外，CDMonitor软件可用于桥梁、大坝、矿区等的监测，可针对不同的工 作环境对用户图形界面进行定制。如针对风电场沉降监测，CDMonitor的客户端 能提供如下功能：数据库功能，长期观测的数据能保存在数据库中； 三维动画； 整体变形示意图；历史数据分析；报警功能，报警项可根据用户要求设定，可通过短信、电子邮件等方式 进行报警。 权限管理：一般用户只能浏览数据，系统管理员才可能对一些参数进行 设置。数据分析，即对监控点进行频域和时域分析。4. 2. 2数据记录连接数据库，CDMonitor能够记录用户需要保留的各项信息，根据用户的选 择，记录的内容如下：GNSS定位数据坐标；精度
13、（水平和垂直）；PDOP 值；使用卫星颗数；解类型。卫星数据卫星颗数；每颗卫星的坐标； 每颗卫星的信噪比； 每颗卫星的仰角；基线解信息基线向量；基线误差（中误差和相对误差）； 比率值；协方差阵。系统状态数据软件本身的工作状态；各个机站的工作状态是否正常； 网络连接状态。大坝监测可以架设雨量计，采用太阳能电板加集成箱的供电方式(GNSS接收机可以露天, 供电箱建议做好防水处理)，基本架设方式如下图所示。3.设配配置方法导航大师APP是一款基于高精度GNSS实现导航定位应用的手机软件。该软件集合多 种配置功能，界面条理清晰、易学易懂、方便实用、操作轻松，仅用一部安卓端智能手机即 可完成相应GNSS
14、接收机的配置操作。下面演示本APP的基本使用方法。(1)打开导航大师APP,点击连接设备，可以通过手机蓝牙连接需要配置的设备。设备蓝 牙命名即为设备SN编号。主机情急 吠态信息 位置信息 卫星信息主机信息状态信息位置信息卫星信息设备配置R星第昂出口选续 主机控制G4G)电台*专NB-loT工作”奉叵由数据传粕故据存信设备配置4G&4GNB-loT叵I电台数据传输有工作频率rh数据存储串口选择 主机控制(2)点击“主机信息”，此功能可查看当前连接设备的具体型号，SN号，各固件版本信 息等。在“状态信息”中，可以查看当前设备的工作模式，存储容量，电台及4G功能的开 关状态。主机信息状态信息设备型号
15、A300工作频率15s设备SN号A31L02077系统固件A300-20211019T存储容量剩余7160/7360 MB板卡固件K803:600A9-21313电台关闭4G电台固件已开启设备插入4G卡之后，可以点击4G按钮，查看当前连接设备的4G信号强度和网络连接 状态。选用4G通讯时，请打开4G网络通讯开关，“网络状态”应显示已连接且“信号强 度”应大于20, “网络状态”若未连接，应检查4G卡是否欠费，是否安装正确，检查 完毕后，重启设备。若“信号强度”低于20,应排除周围环境影响(环境恶劣，可以考虑 站点迁址)，尽量满足信号强度要求。移动网络APN4Gcmnet 模块型号信号强度SIM
16、卡状态网络状态EC2024正常已连接取消确定使用电台作为数据传输方式，点击“电台”，在此界面可查看和配置电台模式、协议、 功率和频率等信息。发射点击“数据传输”，可配置当前连接设备的数据传输协议（可选择TCP、MQTT、 Ntrip协议）地址和端口号。15：00数据传输* 错？ 0 和1ODO15：45今 *堂C3加0D平台未定义TCP/IP： 1005RTCM32 服务器MQTT1：1883端口NTRIP Server: 2000RTCM32 产品IDNTRIP Client: 0NULL 设备ID鉴权码KeepAliveQOS1 O2 O3卜传房室1h 7取消确定Hg 八 I则 7cpOn
17、eNe t贵州监测平台司MQTT平台点击“数据存储”查看、设置设备的数据存储,RECORD启动记录名称存储空间RECORDMB文件间隔4h数据格式取消确定4h解算软件(CDMonitor)使用方法(1)新建项目，点击Ale-NEW,新建项目，点击保存选择项目名称及保存路径。Untitled - CDMonitor 2021File Edit Station View GNSS Process Tools Window Help NewCtrl*NOpen.Ctrl*OSaveCtrlSSave As. Auto Save Untitled - CDMonitor 2021File Edit S
18、tation View GNSS Process Tools Window HelpcdmI ?MessageG3 Save As的新法文件夹* WPS网盘脏，修改日期美空大小ReceiverEphemeris至此电ISJ 3D对象.牍-电片,；下或J音乐克面J Windows (C:)_ DATA1 (D:)没有与搜索条毋匹配的项.,网珞MS) | 取消刘修(N)：(2)基准站和监测站设置点击 Station-Add One Base Station,设置基准站,Data Format 选择 RTCM32( MSM4), Interface可以选择TCPIP或NTRIP协议的数据传输方式。点
19、击setup配置IP和 端口号。Station PropertyXStation Property IOrg. lat (WGS84) | 0:00:00.00000SOrg. Lon. (WGS84) pSOOOOOOOOOWOrg. H. (WGS84) |0.0000确定一I取消 | 帮助点击 Station-Add One Rover Station,设置监测站，Data Format 选择 RTCM32 （MSM4）, Interface可以选择TCPIP或NTRIP协议的数据传输方式。点击setup 配置IP和端口号。Station PropertyXStation Propert
20、y | Rover Setup |Name: 丫0Station Type: |Rover StationData Format |RTCM32(MSM4)三 Setup.Receiver Type: |SINOGNSS Interface: |NTRIPInterface Info: 0,0.0.0: 3000 UserPwdMountPoint:RefCoor.: |lnvalidOrg. lat (WGS84)0:00:00.(X000SOrg. Lon. (WGS84)0:00:00,00000WOrg. H. (WGS84) 口确定 取消 | 帮助 I基准站和监测站配置完成后，点击“
21、station”，可以查看设备对应的IP和端口、连接状态, 经纬度坐标和高程等信息。g wwoxdm CDMonttor 2020& Station GHSS Ptocen Window Hp回囹回|S| 附回囹回|S| 附CDMcnitOf SubonUitwuxu 向 B*idmelntwundni UtpVievrww.cdM MeJMgetiftwuncdB Reeirtilntwun.cdmI No. Sutiori Tehfo.Date F- ComclLongltu4L77560e62.110RMS0.009（3）静态解算点击“Baselines”在图框中形成的基线（若基线较多删
22、除不需要的基线），右 键选中一条基线单击“Property”进行静态基线设置Real-time static strategyStandard dynamic strateReal-time static strateDevelopeTdebug mode| AutoAutoSingle frequency-Only L1/G1/B1 All observations lono. freeEvaluate iono delayNo.：基线序号，对应TCP结果服务中的监测点ID信息，关联站点名；圆 圈不同颜色代表不同解状态，绿色为固定解，红色为浮动解，灰色为不解算/尚 未解算；绿色即为数据达到解
23、算要求，开始解算。监测平台介绍（1）监测平台首页，按提示输入信息后，点击“登录L（2）登录成功，进入“地图监测”， .可查看实时地图项目分布和预警信息/ 1 1 .仁A/ 3 口的._-/ 二.二 二二. * 广（2）登录成功，进入“地图监测”， .可查看实时地图项目分布和预警信息/ 1 1 .仁A/ 3 口的._-/ 二.二 二二. * 广宿安（A息（3）点击“项目管理”，展开“全部项目”、“项目信息”和“点位概况: 点击“全 部项目”，可查看所有项目的基本信息（4）点击点位概况= 可查看所选监测系统的设备分布点位图（5）点击“站点管理。查看项目中各站点位置信息（经度、纬度和高程），状 态信息（是否在线，状态更新时间）A出名IirJIW*4NUM4WtWM WMTOSMOStXif $33143 1J9msg” M ft 4)EpMME WB皿Miat tl 17visit SI430ns2t21gl3 nt117WMA出名IirJIW*4NUM4WtWM WMTOSMOStXif $33143 1J9msg” M ft 4)EpMME WB皿Miat tl 17visit SI430ns2t21gl3 nt117WM（6）点击“数据管理”，可分日期分时段查看具体数据信息与数据折线图，点击“监测类别 可选择查看其他类别的数据和图像。可勾选不同数据，已显示单