一、 系統(tǒng)概述
1.1 項目背景
滲壓計也稱作孔隙水壓勵計, 用于測量構筑物內部孔隙水壓力或滲透壓力的傳感器,按儀器類型可以分為振弦式差阻式、光纖光柵和壓阻式滲壓計等。于大工程按全監(jiān)測、尾礦庫工程安全監(jiān)測、各類公路、橋梁、隧洞安全監(jiān)測、土工建筑物基坑安全監(jiān)測等。
近年來,隨著全國各地頻繁開展水利設施修建以及地質勘察、采礦等大型項目工程,可避免的會存在-些地質災害隱患,因此在項目工程建設的過程中,會將滲壓計等地質環(huán)境測試設備安放其中,以及時獲取所需要的各項數(shù)據(jù),最大可能預防危險發(fā)生,保障I程安全。目前應用較多的振弦式、差阻式滲壓計,具有高性能高精度、高穩(wěn)定性、抗干擾和壽命長等優(yōu)點，但需要搭配專業(yè)的采集儀器才能使用,纖光柵滲壓計地必須用解調儀測量,因此在實際項目使用中都存在諸多不便。
于此基礎上,山東仁科專門推出硅壓陽式滲壓監(jiān)測站,不僅操作簡便,而且在采集設備上可以靈活搭配,無需對接專用采集儀器,就可用于測量公路、鐵路、邊坡基礎、水利大壩、隧道、地鐵等水工建筑物,也可安裝在測壓管、鉆孔、堤壩管道和壓勵容器中,以測量孔隙水壓勵或液體液位。此外該監(jiān)測站還具有智能識別功能,能夠在各種惡劣環(huán)境下長期穩(wěn)定監(jiān)測。
1.2 建設目標
硅壓阻式滲壓監(jiān)測系統(tǒng)的總目標是實現(xiàn)對構筑物內部孔隙水壓力的綜合性監(jiān)測。通過各種高精度的智能傳感器設備,實時監(jiān)測孔隙水勵、液位高度等相關數(shù)據(jù),并及時上傳至云平臺,以便管理人員及時知悉相關地質情況作出相應處理,達到預防地質災害,保障安全的目的。
具體目標包括:
在監(jiān)測區(qū)域內根據(jù)實際地質情況安裝滲壓計,實時測量該區(qū)域內孔隙水壓勵、液位高度等要素;
網絡采集器實時采集所監(jiān)測到的孔隙水勵、液位高度等信息,并通過4G網絡傳輸至云平臺;
在整個過程中,太陽能供電系統(tǒng)利用太陽能板搭配鋰電池,為監(jiān)測站連續(xù)工作提供久續(xù)航。
1.3 設計原則
在研發(fā)設計硅壓阻式滲壓監(jiān)測系統(tǒng)的時候,我們應該總結前人開發(fā)的經驗,結合最新孔隙水壓力監(jiān)測和相關軟硬件技術,建設以信息化為基礎,無縫隙、精準化、可視化、智慧型現(xiàn)代孔隙水壓力監(jiān)測體系，實現(xiàn)集中分布式監(jiān)測和智能化管控的目標,保證項目工程的高穩(wěn)定性、舸靠性、安全性。具體原則如下:
實現(xiàn)對孔隙水壓勵、液位高度等相關信息進行實時性采集,以及報警通知,保障系統(tǒng)信息的高效性、及時性、準確性、分性;
所有觀測點數(shù)據(jù)通過4G網絡直接傳輸至云平臺,在云平臺可視化界面中直觀顯示各測點信息及設備狀態(tài);在發(fā)生報警時,系統(tǒng)可自動發(fā)出報警信號,如 :系統(tǒng)彈出信息發(fā)出聲音提示,向管理,人員發(fā)出報警短息通知等;
系統(tǒng)開發(fā)堅持先進、實用、穩(wěn)定可靠的原則,犋備良好擴展性、兼容性和開放性,為系統(tǒng)后期擴展升級、向其他相關平臺系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)共享服務提供規(guī)范性接口;
在滿足監(jiān)測站功能及性能要求的前提下,盡量降低系統(tǒng)建設成本,并不斷升級和改進軟硬件產品,針對各大環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)都有對應的產品和方案。以”為客戶提供最高性價比的方案”為設計目標來進行方案設計,綜合客戶需求以及擴展性要求,選擇最合適的產品,降低系統(tǒng)造價,為客戶節(jié)約項目成本;
方案在設計過程中根據(jù)客戶需求、項目規(guī)模等等選擇合適的監(jiān)控產品和技術方案實現(xiàn),采用的產品均滿足簡單、實用、易操作、易維護的特性,力爭使系統(tǒng)更容易使用和維護,降低客戶使用監(jiān)控系統(tǒng)的管理和維護成本;
本方案中控制協(xié)議、編解碼協(xié)議、接口協(xié)議、傳輸協(xié)議等應符合相關國家標準、行業(yè)、標準和環(huán)保部頒布的技術規(guī)范。
1.4 設計依據(jù)
■《水電站高埋深硐室群滲壓計施I技術研究》
■《滲壓計埋設裝置在隧道中的應用研究》
■《龍頭石水電站滲流滲壓監(jiān)測成果分析》
■《深厚淤泥地層孔隙水壓計埋設新方法及其應用》
■《大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)滲壓計異常測值分析》
■《滲流滲壓人工與自動監(jiān)測數(shù)據(jù)差異性診斷與分析》
■《土石壩壩體測壓管滲壓計數(shù)據(jù)測量精度分析》
■《尾礦庫壩體浸潤線自動化監(jiān)測系統(tǒng)》
■《引水隧洞充排水試驗滲壓計實測數(shù)據(jù)分析》
二、系統(tǒng)介紹
2.1 硅壓阻式滲壓監(jiān)測系統(tǒng)方案介紹
硅壓阻式滲壓監(jiān)測系統(tǒng)基于物聯(lián)網的”自動感知、可靠傳輸、智能應用”業(yè)務模式,建設統(tǒng)-數(shù)據(jù)采集平臺,綜合地理信息系統(tǒng)(GIS)技術、計算技術、人工智能技術、無線傳輸技術,實現(xiàn)對包括孔隙水壓力、液位高度等信息的實時監(jiān)測,是針對測水井、巖土工程、河道、水庫等水壓勵監(jiān)測領域專]設計的一款滲壓監(jiān)測系統(tǒng)。采用B/S結構設計,驢可以通過局域網或廣域網進行遠程訪問,隨時隨地查看監(jiān)測數(shù)據(jù)，分整合軟、硬件設備資源,可以對所監(jiān)測場所實現(xiàn)全天候遠程自動監(jiān)測，完整的記錄各場所數(shù)據(jù)的動態(tài)變化過程,分實現(xiàn)信息化管理。并解決當前人工巡檢方式無法實現(xiàn)的24小時不間斷監(jiān)控的問題,可為工程作業(yè)人員提供實時直觀的孔隙水壓力、液位高度等信息,為管理者提供智能的預警分析手段,保障項目施工安全。
該系統(tǒng)由硅壓阻式滲壓監(jiān)測站、綜合環(huán)境監(jiān)控云平臺組成。管理部通過硅壓阻式滲壓監(jiān)測站對孔隙水壓力、液位高度等要素進行全天候采集,再通過4G網絡將數(shù)據(jù)傳輸至綜合環(huán)境監(jiān)控云平臺,用于項目工程水動態(tài)的統(tǒng)計分析和處理。不僅可以有效評價地基土的允許承載力、預測道路凍害的嚴重程度、基坑涌水量的大小和坑壁穩(wěn)定性;還可以通過對地下水動態(tài)的長期觀測,檢驗壩基、壩肩防滲處理的效果。從而幫助管理人員及時掌握地基穩(wěn)定性等施工地質狀況,從而及時做出管理決策,及時預警,避免地質災害造成人員和經濟損失。
本監(jiān)測系統(tǒng)施_ I部署簡單方便,細節(jié)考慮周到,擴容方便。所有的監(jiān)測設備都采用4G信號上傳至云平臺;監(jiān)控管理平臺也非常人性化,界面友好、操作簡單、功能全面,監(jiān)控設備的管理采用即插即用,監(jiān)控平臺中新增的設備,無需手動添加,維護非常方便。實現(xiàn)了即插即用系統(tǒng)集成擴容的平滑過渡,這樣需求以很方便地根據(jù)自身的需求和投資預算進行項目的投資,不會造成重復投資浪費。
2.2 硅壓阻式滲壓監(jiān)測系統(tǒng)方案拓撲圖
三、方案設備
3.1 設備組成
3.1.1 硅壓阻式滲壓計
硅壓阻式滲壓計是我司研發(fā)的一款針對地質災害安全監(jiān)測的滲壓計，采用帶不銹鋼隔膜硅壓阻式傳感器、采用激光調阻工藝進行了寬溫度范圍的零點和溫度性能補償并經過了元器件、半成品及成品的嚴格測試及老化篩選，可長期穩(wěn)定測量。
3.1.1.1 功能特點
■ 反極性保護和瞬間過電流過電壓保護，符合 EMI 防護要求；
■ 可溫度自動補償，溫飄自動修正；
■ 采用高品質導氣線纜，可常年在水中浸泡，可長時間測量滲壓；
■ 過載及抗干擾能力強,經濟實用穩(wěn)定；
■ 采用核心自動校正算法，可有效防止數(shù)值波動；
■ 防護等級 IP68 ；
■ 傳感器線長默認 5 米，可根據(jù)客戶實際需求定制線長。
3.1.1.2 技術參數(shù)
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測量范圍 |
0~1000KPa（可選） |
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測量精度 |
0.5 級精度（默認） |
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輸出信號 |
485 信號 |
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溫度漂移 |
0.03%FS/℃ |
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供電電源 |
12-30VDC 典型 24V |
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功耗 |
0.88W |
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測量溫度 |
-10~50℃ |
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適用環(huán)境 |
對不銹鋼無腐蝕的測量環(huán)境等 |
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防護等級 |
傳感器部分 IP68 |
3.1.2 網絡采集器
網絡采集器是一款數(shù)據(jù)采集設備，通過485總線將我司所有的RS485型的變送器（溫濕度、雨雪、風速風向等）接入采集器。
3.1.2.1 功能特點
■ 具有 1 路 ModBus-RTU 主站接口，最多可接入 8 臺 485 型設備，支持我司所有類型的 485 變送器例如：風速、風向、土壤水分等變送器。
■ 可通過手機 NFC“碰一碰”進行配置和讀取實時值，方便快捷。
■ 可自動識別 RS485 接口從設備是否工作正常。
■ 自帶 4G 上傳，通過 4G 可將數(shù)據(jù)實時上傳至我司提供的免費云平臺或者客戶自己的服務 器，可通過網頁端，本地端、微信公眾號、手機 APP 進行查看數(shù)據(jù)。
■ 體積小、安裝靈活，使用方便。
■ 功能強大，可自由設置起始寄存器、讀取寄存器個數(shù)以及功能碼。
3.1.2.2 技術參數(shù)
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供電 |
10~30V DC |
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功率 |
0.8W |
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電路工作溫濕度 |
-20℃~+60℃，0%RH~95%RH（非結露） |
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485 通訊距離 |
最大 2000 米 |
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輸出信號 |
4G |
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上傳數(shù)據(jù)間隔 |
默認 30s（1s~60000s 可設） |
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配置方式 |
NFC“碰一碰”配置 |
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運營商支持 |
移動 2G/4G、聯(lián)通 2G/4G、電信 4G |
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頻段支持 |
TD-LTE Band 38/39/40/41 |
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FDD-LTE Band 1/3/5/8 |
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GSM Band 3/8 |
3.1.3 供電系統(tǒng)
我司硅壓阻式滲壓監(jiān)測站配有太陽能供電系統(tǒng)( RS-SP-30W-20A-2 ) , 由30W太陽能板、20Ah鋰電池以及太陽能供電轉換器組成,以解決監(jiān)測現(xiàn)場市電供電不便的問題。系統(tǒng)采用體積小、量輕、能量密度大的20Ah鋰電池作為能源，在保證系統(tǒng)供電的同時減輕重量，一方面有利于設備承載更多的傳感器, 另一方面讓整體重心偏下提高防傾覆能力,外加30W太陽能電池板,雙管齊下,使之即便遇到連續(xù)陰雨天氣,也可續(xù)航長達5-7天,避免因天氣原因導致數(shù)據(jù)監(jiān)測中斷的情況。
硅壓阻式監(jiān)測站基礎支架主要由立桿支架以及防水電控組成。
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設備名稱 |
設備樣式 |
功能特點 |
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立桿支架 |
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阻壓式滲壓監(jiān)測站主桿采用3m高屈服強度碳鋼，特有的防銹耐腐蝕工藝，膨脹螺絲安裝，能夠長期用于惡劣的戶外環(huán)境。 |
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防水電控箱 |
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硅壓阻式滲壓監(jiān)測站防水電控箱采用高強度鈑金箱體及白色噴塑防銹，外觀美觀，耐長期雨雪、太陽輻射，適用液位高度范圍寬。內有精心設計的散熱格柵、氣流通道。確保陽光直射下箱體內部液位高度恒定，更好地保護內部設備。 |
四、綜合環(huán)境監(jiān)控云平臺
4.1 概述
環(huán)境監(jiān)控云平臺是我司旨在為用戶提供便捷的服務而專門]開發(fā)的網頁登錄平臺。云平臺部署于公網服務器，可方便的接入我司所有網絡型設備?？蛻魺o需再自行架設服務器，省去了服務器的維護費用，無需具備公網IP或者域名解析服務。設備到現(xiàn)場后用戶無需再進行復雜的網絡設置，便可連接到云平臺，極大的節(jié)省了現(xiàn)場施工的時間。
公司云平臺免費，界面完全中性，支持多級權限訪問、支持客戶增添子賬號?？蛻艨蓱{賬號隨時隨地登錄，方便的查看自己的設備狀態(tài)、查詢數(shù)據(jù)記錄、下載打印數(shù)據(jù)等，還可以根據(jù)需要選擇短信報警、郵件報警等服務，平臺穩(wěn)定可靠，已接入設備數(shù)量超過萬臺。
4.2 功能介紹
4.2.1 數(shù)據(jù)實時監(jiān)控
平臺支持實時查看所氣體檢測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以通過圖形化界面、列表等方式反映，圖形化界面的優(yōu)勢在于讓用戶直觀看到數(shù)據(jù)和傳感器相對位置，列表則更利于用戶對數(shù)據(jù)進行對比。
【首頁數(shù)據(jù)展示】
【列表展示】
4.2.2 實時地圖顯示
系統(tǒng)以物聯(lián)網技術和GIS技術為支撐，使用戶更加直觀的觀測所有測點分布位置及狀態(tài)。
4.2.3 超限告警
當任一要素超過預置報警值、設備處于離線狀態(tài)時，系統(tǒng)能提供平臺界面告警、短信告警、電話告警、郵件告警等報警方式，并進行事件記錄，供調用和分析。
支持所有監(jiān)測因子報警上限、下限，預警上限、下限設置，支持因子數(shù)據(jù)異常字體變色，因子告警數(shù)據(jù)顏色用戶可自定義。
針對短信、振鈴、微信、郵件告警方式有專門的告警聯(lián)系人管理列表，便于當報警聯(lián)系人變動時快速查詢、添加、刪除。
4.2.4 視頻監(jiān)控
全面性的監(jiān)管，實現(xiàn)水雨情監(jiān)測站周邊環(huán)境畫面聯(lián)網呈現(xiàn)，支持在現(xiàn)場安裝攝像頭及傳感器，傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)通過視頻字符疊加器可疊加在監(jiān)控畫面上，其界面顯示全部信息，避免反復切換，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。
4.2.5 歷史數(shù)據(jù)查詢、導出
可通過系統(tǒng)查詢每個監(jiān)測點的設備信息，對設備監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)進行查詢。并生成數(shù)據(jù)曲線圖，具有單個或多個因子數(shù)據(jù)存儲/查詢/導出數(shù)據(jù)功能，支持PDF、excel等多種數(shù)據(jù)格式導出，導出內容標題、使用單位名稱用戶可自定義，同時可導出數(shù)據(jù)查詢的時間段、查詢數(shù)據(jù)賬號、保存數(shù)據(jù)間隔、離線判斷間隔等重要信息。
【歷史數(shù)據(jù)列表查看】
【歷史數(shù)據(jù)曲線查看】
4.2.6 繼電器控制
支持電腦端、APP端遠程手動控制現(xiàn)場設備繼電器，且繼電器名稱可自定義編輯，相應繼電器控制功能是否啟用客戶可自行編輯。
4.2.7 系統(tǒng)管理
平臺具有完善的權限分級和管轄分區(qū)等等功能，無限級權限設定，根據(jù)要求自由組合權限。用戶操作具有完善的日志記錄，方便查看操作記錄。
4.2.8 賬號分級
支持賬號分級管理，針對項目實際需求增設子賬號，并分配不同管理權限，做到項目管理分工明確，用戶可定義不同的用戶角色，并賦予角色的不同權限管理，所有的用戶操作都進行自動記錄，沒有權限的用戶將不能進行操作。
【賬號管理】
4.2.9 設備管理
可對設備進行節(jié)點、報警、儲存進行設置。
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名稱 |
解釋 |
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設備名稱 |
填寫設備名稱，默認名稱為設備地址 |
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設備地址 |
顯示設備地址，不可更改 |
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設備經緯度 |
寫入設備經緯度，可在地圖中查看設備顯示位置。（注意：如果以設備自帶經緯度信息為準，此處可不填寫） |
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告警記錄 |
開啟告警記錄，當設備報警時，數(shù)據(jù)庫中會記錄告警信息，關閉告警記錄，則無法查詢告警記錄。 |
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離線短信 |
開啟離線短信，當設備離線時會發(fā)送告警短信至綁定手機號 |
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離線郵件 |
開啟離線郵件，當設備離線時會發(fā)送告警郵件至綁定郵箱。 |
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離線判斷間隔 |
設置設備離線時間，當設備在設置時間內重新上線，平臺默認此設備未離線。 |
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短信告警間隔 |
當設備在平臺告警后，告警信息按照設置時間間隔發(fā)送告警短信，時間最低設置5分鐘。 |
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郵件告警間隔 |
當設備在平臺告警后，告警信息按照設置時間間隔發(fā)送告警郵件。 |
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保存數(shù)據(jù)間隔 |
設置時間間隔保存設備數(shù)據(jù)。 |
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短信最多發(fā)送次數(shù) |
防止設備超限時間過長，一直發(fā)送告警短信，可設置最多發(fā)送短信次數(shù)。 |
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節(jié)點列表 |
設備節(jié)點設置，詳情見節(jié)點信息設置。 |
4.2.10流量卡預警功能
實時獲取現(xiàn)場4G型物聯(lián)網設備的卡號，自動分析卡號剩余流量，自動分析，到期時間預警提醒，讓項目管理人員及時充值，防止流量卡到期運營商銷號造成項目停滯。
4.2.11大屏可視化
可投屏顯示，自動刷新，集中滾動顯示各監(jiān)測點的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時展現(xiàn)溫濕度等要素的動態(tài)曲線，數(shù)據(jù)清晰、直觀，便于管理人員進行系統(tǒng)查看。
4.2.12二次開發(fā)
山東仁科提供的云平臺完全免費，界面完全中性，并支持用戶二次開發(fā)。
4.2.13千人千面
針對小規(guī)模應用的用戶，云平臺提供可配置的“千人千面”界面與私有域名解析的服務，客戶只需要投入幾十元購買一個域名，備案成功后就能擁有自己的私有登錄鏈接，且登錄界面平臺名稱可根據(jù)用戶要求更改。
4.3手機APP
為方便移動端用戶監(jiān)測數(shù)據(jù)，推出“云控通”手機APP，方便用戶24小時實時監(jiān)測。可以通過賬號密碼登錄云平臺，一鍵控制上萬個設備。支持視頻查看，設備故障/異常報警，支持離線告警功能，支持實時數(shù)據(jù)查看，歷史數(shù)據(jù)曲線查看，還可連接藍牙打印機進行數(shù)據(jù)打印。
