北斗高精度基坑安全监测系统解决方案

1.概述

1.1背景

1.2设计原则

1.3建设内容

2.系统架构

2.1总体架构

2.2拓扑图

2.3云平台

2.3.1概述

2.3.2技术架构

2.3.3平台功能

2.4监测子系统

2.4.1位移监测子系统

2.4.2应力监测子系统

2.4.3环境监测子系统

1.概述

1.1背景

基坑监测是基坑工程施工中的一个重要环节，是指在基坑开挖及地下工程施工过程中，对基坑岩土性状、支护结构变位和周围环境条件的变化，进行各种观察及分析工作，并将监测结果及时反馈，预测变形及稳定状态的发展,根据预测判定施工对周围环境造成影响的程度，来指导设计与施工，实现信息化施工。

基坑监测主要包括:支护结构、相关自然环境、施工工况、地下水状况、基坑底部及周围土体、周围建(构)筑物、周围地下管线及地下设施、周围重要的道路以及其他应监测的对象等。针对以上各类监测内容，我司提出了北斗高精度基坑安全监测系统全方位解决方案。

1.2设计原则

北斗高精度基坑安全监测系统的设计原则如下：

1.开放性原则

支持多种硬件平台，采用通用软件开发平台开发，具备良好的可移植性，支持与其它系统的数据交换和共享，支持与其它商业软件的数据交换。

2.标准化原则

各项软件开发工具和系统开发平台应符合我国国家标准、信息产业部部颁标准和接口要求。

3.智能化原则

充分发挥平台自动化工作的能力，对数据的处理高度自动化、标准化、智能化，同时能够提供有效的故障诊断工具，具备数据错误记录功能。

4.安全性原则

用户认证、授权和访问控制，发生安全事件时，以事件触发的方式通知用户处理，确保数据传输和存储安全。

5.可靠性原则

能够连续24小时不间断工作，出现故障应能及时报警，平台应具备自动或手动恢复措施，自动恢复时间<15分钟，手动恢复时间<12小时，以便在发生错误时能够快速地恢复正常运行，软件系统要防止消耗过多的系统资源导致系统崩溃。

1.3建设内容

北斗高精度基坑安全监测系统的建设内容主要包括：

位移监测系统
应力监测系统；
环境监测系统；
智能高精度基坑安全监测云平台。

2.系统架构

2.1总体架构

主要分为五个层次：

1.数据采集、汇聚层

1）通过前端采集设备进行7*24小时不间断数据采集；

2）通过汇聚端设备进行数据汇聚。

2.数据传输层

1）通过光纤组网进行数据传输；

2）通过4G蜂窝网络进行数据传输；

3）通过宽带卫星进行数据通信。

3.数据处理层

对上传至云平台的数据进行相应的处理，具体如下：

1）数据清洗：数据清洗组件主要制定数据过滤、结构化规则，为数据汇聚以及数据存储同步提供有效可靠的数据，进而完成数据匹配、数据纠错和数据去重等数据结构化工作。

2）数据分析：数据分析组件主要时对数据进行分析挖掘，便于后续的数据融合、汇聚和存储等。

3）异构数据融合：编制数据处理规则，能够标准化处理多源、异构、跨平台的数据。

4）数据汇集：由数据汇聚规则管理模块和数据汇聚模块组成，数据汇聚模块根据汇聚规则管理制定的规则将数据清洗组件输出的数据流汇聚并根据汇聚规则分发，是整套系统的消息总线，负责其余各子系统的数据交换。

5）数据存储：建立在分布式文件系统基础上的数据仓库采用数据库集群模式，按需分库分表设计，建立索引，实现读写分离，采用无共享存储的数据存储模式，真正实现数据在集群中的实时同步及数据库节点故障对应用的透明性。

4.并行业务计算层

对多个监测点数据同时进行业务计算，主要包括：

1）并行业务群组调度；

2）并行数据即时处理；

3）实时动态稳定性评价；

4）参数化模型智能评估。

5.面向用户的应用层

面向用户的应用功能主要包括：

1）数据展示与查询功能；

2）信息告警与发布功能；

3）系统自检与维护功能；

4）用户权限与管理功能；

5）个性化定制服务。

2.2拓扑图

2.3云平台

2.3.1概述

2.3.2技术架构

智能高精度基坑安全监测云平台采用五层技术架构，提供光纤、4G蜂窝、宽带卫星三种数据传输同时可用的方式，确保数据在物理环境遭到不可预知的破坏时，仍然能够完整准确安全的送达。系统组成包括平台数据库系统、大规模并发处理系统、数据汇集与数据处理系统、并行业务计算系统、数据交换中间件系统以及用户业务应用系统。平台数据通过数据专线向客户平台提供横跨目前主流开发语言的SDK服务包，确保第三方平台的顺利对接。

2.3.3平台功能

1.数据展示与查询功能

数据展示与查询模块主要是为数据的展示、查询及相关管理而设计，其主要功能包括：

1）可通过监控屏实时查看各监测设备的位置、数据监测情况、运行状态等；

2）可通过云平台查询各类数据统计报表、当前监测信息和历史数据信息等；

3）可对地图上的监测设备进行信息标注、距离量测等操作。

2.信息告警与发布功能

信息告警与发布功能模块主要用于监测信息的预警和发布，其主要功能包括：

1）告警信息循环在云平台界面置顶提示，或通过监控大屏直观地展现给客户；

2）通过短信、邮件、微信等方式将告警信息发送给相关的管理人员。

3.系统自检与维护功能

系统自检与维护模块主要用于设备的自检、巡检和维护，其主要功能包括：

1）系统定期自动检测各监测设备的在线状态和运行状态，并以系统日志的形式定期存档；

2）管理人员定期上传设备巡检记录、维护记录等。

4.用户管理功能

用户管理模块的主要功能包括：

1）用户的增加、删除、修改、查询等功能；

2）用户的权限分配、角色分配等；

3）与监测业务相关的其他功能。

5.个性化定制功能

个性化定制模块主要为用户的个性化需求进行功能定制服务，也可根据工地情况进行灵活调整。个性化定制功能的最大的优点在于，其建立在海量数据挖掘基础上，它能收集用户特征资料并根据用户特征，如兴趣偏好，为用户作出个性化功能推荐，并提供个性化的决策支持和信息服务。

2.4监测子系统

2.4.1位移监测子系统

位移监测子系统包括水平位移监测、竖向位移监测和深部位移监测三类，其中水平位移监测又包括定位位移监测和表面裂缝位移监测。

水平位移和高程位移的监测

裂缝位移的监测通过一体化裂缝位移监测站进行触发式的的动态监测，选点一般在地表有明显裂缝处。

深部位移的监测采用固定式测斜仪通过新型玻璃纤维连接杆与滑轮组件连接后，安装在带导槽的标准测斜管中与测斜管一起移动，以监测边坡、滑坡体等结构的倾斜、水平位移或沉降变形。配合自动化数据采集终端，可以自动、连续地监测，安装多个传感器可以获得沿测斜管轴向的扰度变形剖面图。双向固定测斜仪安装在垂直的测斜管中，以测量不同深度处的水平/垂直方向位移。