Application of Beidou High Precision and Sensor Technology in Sedimentation Monitor of Pipe Gallery
Ma Qipeng, Hong Yi
(Beijing ZKTOP Information Technology Co., Ltd., Beijing, 100081)
Abstract: Under the influence of geological deformation and environmental change, the underground comprehensive pipe gallery may cause problems such as aging, structural damage, displacement and deformation, and so on.to the underground pipe gallery and the ground of Pisces Island, this could be a hidden risk factor. This paper uses the sensor technology, the Beidou multimode and multifrequency monitoring technology and the Internet of Things communication technology to realize the high precision sedimentation monitoring of pipe gallery and pipe cabin,and the fracture monitoring between the cabins. According to monitored data, the sedimentation and deformation of the tube gallery have been displayed.
Keywords: Beidou high precision position; internet of things technology; integrated pipe gallery; Sensor Technology
1 引言
双鱼岛位于招商局漳州开发区，是国内首座大型离岸式的生态人工岛，致力于成为一座以旅游度假、休闲体育、文化娱乐商业居住为主的生态型岛屿，总的规划面积约2.2平方千米，造岛总投资30亿元人民币，为福建省重点建设项目，也是百年招商局的又一力作，得到国家海洋局及省、市有关部门的大 力支持。北斗高精度差分定位技术，其静态精度可达平面1mm、高程2mm以内，在大坝形变[1]、地质沉降[2][3]、桥梁形变[4]等重大工程方面都有很多成功的应用案例。截止目前，双鱼岛处于沉降期，其管廊等基础设施也在沉降期，本课题是应用北斗高精度监测技术和传感器技术实现针对综合管廊沉降监测方案的应用。 基金项目：国家重点研发计划资助（2017YFC0806100）。
作者简介：马启鹏，男，1986年生，福建厦门人，中级工程师，硕士，山东建筑大学控制理论与控制工程专业，主要研究自动控制相关课题及建筑安全监测相关的
嵌入式产品的开发。洪 毅，男，1957年生，河南开封人，高级工程师，学士，西安电子科技大学无线电通信专业，主要研究电子和微机电系统相关领域的课题以及物联网
技术、通信及自动控制相关应用产品的开发和生产。
2 系统概述
地下综合管廊在建成后，受地质形变的影响，可能引发的老化、结构损伤、位移变形沉降等问题也将成为双鱼岛地下管线以及双鱼岛地面的安全隐患。因此项目将实时监测管廊结构状态、管廊连接状态，对管廊的位移变形沉降问题进行预警。本项目采用北斗沉降监测方案和静力水准仪监测方案，和裂缝监测方案，形成对管廊的沉降和位移进行全方位的精准监测。
3 系统设计
3.1 总体架构设计
系统主要由数据接入层、后台服务层、数据层、服务接口层、应用层、信息标准规范体系、信息安全保障体系、项目统一规划的基础设施及信息运行保障体系构成。采用N层（三层以或以上）体系结
构模型能更好的对监测服务平台进行扩展。监测设备位于表示层的客户端将所有的应用请求，都转给位于逻辑层中的应用服务器。应用服务器是独立的进程，对业务进行处理，并进行事务管理，将其中的所有数据操作转给位于数据层的数据库服务器或其他系统。
3.1.1 接入层
接入层负责综合管廊各种监测目标上所布设的各种传感器数据的采集与传输。在本项目中，主要用到北斗、静力水准仪、裂缝计等多种传感器，这些传感器所采集的数据实时通过数据采集模块实时传输到服务器。同时，系统支持监测目标、监测目标类型、监测传感器的扩展。
3.1.2 后台服务层
后台服务层由综合管理系统和数据分析系统构成。数据分析系统负责监测数据的接入、解算、处理、存储、查询以及分析；而综合管理系统包括监测对象、监测设备、用户权限、系统数据字典、系统日志等信息的管理。
3.1.3 数据层
数据层不仅负责北斗和各类传感器所感知的监测原始数据及其衍生的业务数据的存储管理，还负责整个城市安全监测服务系统管理数据的存储管理。需要说明的是，监测服务系统除了使用自身管理 的这些数据之外，还与项目其他子系统共享空间数据库、城市部件数据库、市政档案数据库、市政业务专题数据库等其他数据。
3.1.4 应用层
应用层主要针对业务需要构建多种应用系统，本项目中包括安全监测服务系统、应急指挥系统。除了这个系统之外，还可以扩展其他业务应用。 3.2 数据库设计
通过对安全监测信息数据、实时动态信息数据的接入和分析，结合监测模型和参数化，建设形成安全监测系统数据库，为实现城市安全监测提供实整、可靠、准确的数据资源，为平台建设提供主要的数据支持。
系统的数据由基础数据、监测数据及管理数据构成。基础数据是监测系统运行所需要的平台具有的基础数据，部分接入平台的数据服务。监测数据是监测过程中形成的多种业务核心数据。管理数据是监测系统的通用管理数据。
（1）监测数据库。监测数据库存储监测过程中
形成多种业务核心数据。监测数据库包括动态监测原始数据、动态监测规格数据、监测分析数据、监测预警数据、监测处置数据以及监测参数数据等几类。
（2）基础数据库。基础数据库是监测系统运行
所需要的平台具有的基础数据，基础数据包括监测目标基础数据和系统运行基础数据。基础数据部分是监测系统设定的，部分是接入平台的数据服务。
（3）监测目标基础数据。监测目标基础数据是
监测对象的描述信息、监测施工方案、监测对象特
征描述等基础信息。包括监测对象数据、监测设备数据、监测目标模型数据等数据。
（4）系统运行基础数据。系统运行基础数据是
接入大平台的支撑监测系统运行的共享数据。包括空间数据、地质数据、用户数据等数据。
（5）管理数据库。管理数据是监测系统的通用
管理数据。包括日志数据、权限数据、数据字典、元数据等内容。
4 应用方案
4.1 北斗沉降监测方案
4.1.1 北斗监测点的作用
北斗监测技术相对传统监测技术的明显优势在于，可以实现高精度、全天候、无人值守、实时解算，应用于本项目，可以从整体上监测管廊的位移变化，特别是对竖直方向上的位移，即管廊沉降，不需要传统方法中的监测基准点，其以卫星的位置为基准，独立解算出各个监测点在大地坐标系中的三位坐标，进而得到管廊的绝对沉降量。
4.1.2 北斗监测点的布设
为了从整体上监测管廊的绝对沉降，本项目将
在管廊上方均匀布设16套北斗监测设备，由于在对双鱼岛护岸的监测中已布设有60个北斗监测点，管廊与内护岸的相交部位可复用4个北斗监测点，相交部位在过河位置，河两侧各布一点。本方案实际
需要新布设12个北斗监测点。如图2所示：
4.1.4 施工安装
（1）施工顺序。选取投料口或通风井口，加工各
种监测标志；打孔并安装固定构件；刻画文字标识。
（2）监测点选择。根据预设的监测点布设图，
选择并标记具体安装点。
（3）构件安装。在选取的监测点处选择合适设
定位置，打孔并安装固定构件。该构件起到固定北斗天线的作用。
（4）天线安装。将天线利用螺丝安装到北斗观
测墩的预埋件上，并安装天线罩。
（5）机柜安装。选取监测点附近处管廊体内的
点用于安装接收机主机机箱，考虑取电、馈线长短和网络信号问题。
（6）接线。在空开断开的情况下，将电源线接