产品方案

中科海时北斗GNSS建筑监测系统

中科海时北斗GNSS建筑监测系统是基于北斗高精度和物联网的危房形变安全监测预警系统,是北斗“一带一路”高精度位置与时间服务中心的典型示范应用系统。系统由北斗检测终端,数据处理云平台和用户应用管理软件组成。通过北斗检测终端配置的北斗高精度变形监测终端提供基准差分信息;其他终端安装在建筑物顶部实时采集建筑物三维空间状态信息,将数据通过移动通信网络发至管理平台进行显示、存储、计算和分析;最终认证的用户可应用管理软件使得通过认证的用户可以通过IE 浏览器访问,并可以实时通过手机短信等形式获取报警信息。具有无人值守、分级报警、云端建模、智能判断、辅助决策、故障自检、时钟同步、太阳能供电、无线传输、精准可靠等优势。从根本上解决危房形变数据采集困难、相关机构人手少、业务压力大等诸多因素,提高对重点隐患点的监测和监控能力,同时提升对突发事件的应对能力。



总体设计

GNSS监测系统组成系统由北斗检测终端,数据处理云平台和用户应用管理软件组成。其中北斗检测终端配置1台北斗高精度变形监测终端在基准站上,提供基准差分信息;其他终端安装在建筑物的顶部,实时采集建筑物三维空间状态信息,称为前端设备。 北斗检测终端由北斗高精度定位模块、无线通信模块、充电控制电路、蓄电池、GNSS高精度天线等组成,负责采集建筑物位置处相应的高精度原始观测数据,将这些数据通过移动通信网络发至管理平台;数据处理云平台接收来自北斗检测终端现场采集的建筑物状态数据,并把它记录在本地数据库中,同时对数据进行显示、存储、计算和分析;最终通过用户应用管理软件使得通过认证的用户可以通过IE 浏览器访问,并可以实时通过手机短信等形式获取报警信息。 北斗检测终端安装在一个金属外壳的机箱里,在壳体外部固定太阳能电池和天线,并统一安装在建筑物上。数据处理云平台通过对监测数据的集中化、统一化、智能化管理,用户应用管理软件提供“统计分析、运维信息、档案管理、日常巡检、定期检查和分析报告自动生成”等功能。 系统具有无人值守、分级报警、云端建模、智能判断、辅助决策、故障自检、时钟同步、太阳能供电、无线传输、精准可靠等优势。

系统功能

  • 状态实时掌控
  • 安全时刻保障
  • 人员省时省心
  • 系统智慧管理

为实现无人值守,监测终端二十四小时无间断的采集被监测建筑物的原始观测数据,数据处理云平台部署远程服务器端对各个站点的数据进行处理、存储和上报,并且可随时接收并响应用户应用管理平台的查询命令,通过用户管理软件对相应监测指标进行查询和向数据处理云平台传送。

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由于大风,地震等外力因素,近年来安全事故频发,系统监测建筑物的整体位移情况,计算出对应的倾斜度指标,根据通信工程验收规范,考虑风荷载等外力的作用下,当建筑物的倾斜度超过预设门限值时,系统会立即产生报警信号。

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作为维护的好帮手,系统采取分级报警的方式,及时在用户应用管理平台维护管理终端上发出分级报警信号,具有多地点、多事件的并发报警功能。在维护终端界面固定区域明显标示出报警信息,以声光报警的方式提示值班人员。同时可根据建筑物的运行情况及相关监测数据,综合历史监测数据,分析出建筑物的健康状态并准确的判断对通信的影响及危害程度,为运用维护提供预警信息。

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作为智慧城市的组成部分,系统具有根据报警时间、报警地点、报警类型、报警等级等对历史数据进行多条件查询、统计分析的功能。可按照单个建筑物、多个建筑物等多种组合方式生成监测数据的日、月、年统计报表和变化曲线。

监测设备可以通过授权用户进行远程控制、管理、维护,无需人员到基站进行现场设置,节约时间和运输成本。且配置方法简单,无须记忆复杂的操作方法或指令。建筑物安全监测系统建立在 4G/3G/2G(全网通)无线通信平台上,监测设备具备在恶劣环境(狂风、暴雨、冰雪)下持续正常工作的能力,整机可长时间连续工作(≥五万小时),比传统有线监控成本造价低,技术更先进,且技术延续性和升级性更强。

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方案优势

基于北斗高精度和物联网的危房形变安全监测预警系统是北斗“一带一路”高精度位置与时间服务中心的典型示范应用系统,从根本上解决危房形变数据采集困难、相关机构人手少、业务压力大等诸多因素,提高对重点隐患点的监测和监控能力,同时提升对突发事件的应对能力。

北斗“一带一路”高精度位置与时间服务中心是中科院国家授时中心在国家推行“一带一路”发展大方向的前提下,经国家发改委审批的北斗产业园区创新发展专项行动项目,项目总投资7879.65万元,现已建设完成,可为泉州建筑安全大数据监测平台提供实时解算数据。该项目以打造服务全国及“一带一路”沿线国家的北斗高精度位置与时间服务窗口为目标,力图促进行业发展,推进应用示范工程及重点应用模式,贯彻落实军民融合发展战略思想,提升国家时空信息资源综合服务能力。

基于“一带一路”北斗高精度位置和时间服务需求,联合中科院位置服务和时间频率优势资源和应用企业核心优势,整合北斗导航基础数据、北斗民用用户数据和各行业领域北斗应用数据,采用云计算技术和自主知识产权产品,形成专业化的“自主、安全、可控”的北斗高精度位置和时间服务大数据平台,打造北斗时空大数据产品体系。


算法优势

危房形变安全监测预警系统基于自主研发的云端RTK算法,依托“一带一路”大数据平台,可为用户提供实时的高精度定位信息和预警消息。相较传统的解算方法具有以下优势:

(1)观测数据可统一存储到服务器端,便于事后RTK和实时RTK的结果进行对比分析,可有效提高RTK的可靠性以及精度;此外,云端RTK可充分利用多个测站进行网平差处理,相比单基线RTK,其精度更高,尤其针对高程方向的精度。

(2)接收机端的RTK数据处理,由于其数据处理部分在板卡上进行,数据存储量小,计算效率低,当多频多系统观测值联合使用时,将导致接收机端无法实时进行数据处理。云端RTK可充分利用当前多频多系统的观测值(尤其针对目前中国BDS-3卫星所播发的五频观测值),计算速度快,可有效、快速固定模糊度,精度更高,可靠性、稳定性更好(当部分频点观测值异常,RTK仍然可继续提供高精度服务);

(3)云端RTK可有效减少接收机端设备成本以及设备体积,接收机端仅仅需要接收观测数据并发送数据至云端即可,不需要增加数据处理模块。云端RTK终端设备可以实现GNSS原始观测量并通过4G网络传输至监管后台,体积小100*83mm,成本低(成本优于同类产品30-40%),功耗低至2W以下,支持北斗三代,采用国产BD芯片,综合性价比优异,便于大批量应用,云端采用最新一代的RTKPPP算法。

(4)信号传输处理 北斗检测终端采集接收GNSS原始观测数据,接收机传输协议:RTCM2.0+/NTRIP 通过移动网络发送到互联网,服务器端云平台设置固定IP和固定端口接收原始观测数据。系统实时处理数据的同时,还可以对长期数据序列进行事后分析、预报、预警等工作,通过用户应用管理软件显示曲线数据预警功能。


系统性能指标

(1)信号频点:BDS B1/B2;GPS L1/L2;GLONASS L1/L2;GALILEO E5a/E5b;

(2)观测精度:水平2mm,伪距5mm;

(3)工作功耗:≤2 W;

(4)安装方式:支架安装;

(5)采集数据:实时采集建筑物三维矢量变形数据;

(6)升级:支持软件远程升级;

(7)工作温度:-40~+85℃;

(8)防护等级:IP65;

(9)软件系统容量支持65536个(典型,可增减)建筑物监控点的规模与网络容量,单点通信数据带宽1KB每秒;

布设方便,缩短施工时间;体积小、质量轻、寿命长,成本低。