岩土工程多元数据汇聚与远程监测系统设计及应用

发布时间：2020-10-13 06:00

　　随着我国经济的迅速发展,岩土工程建设迎来了前所未有的黄金期,涌现出了大量深长隧道、高陡边坡等大型基础设施工程。由于上述工程多分布在地质条件与自然环境复杂的偏远地区,在施工扰动、地质灾害、外界荷载等多种因素作用下,大型岩土工程安全事故频繁发生,造成了严重的人员伤亡、巨大的经济损失与恶劣的社会影响。安全监测是保障岩土工程施工及运营安全,避免安全事故发生的有效方法,但目前用于岩土工程的电类、光纤类等常用监测设备存在协同共采难题,各系统孤立,形成了严重的“信息孤岛”现象。因此亟待开发岩土工程多元数据汇聚与远程监测平台,实现多源异构监测设备多参数的协同采集与远程监测。针对上述问题,本文研发了一套多监测设备协同共采与远程监测系统,采用了现场数据采集层与传输层通信总线,构建了多系统协同共采及远程传输硬件系统,开发了远程管理层服务器软件,研究了无损数据压缩算法,并基于硬件编程实现了远传数据的无损压缩,通过实验室测试及工程实际应用,验证了系统的可靠性和稳定性。具体研究内容包括:设计并开发了系统硬件,以STM32微控制器为核心,设计了基于RS485通信的接口电路,采用主从模式将现场多套从机的数据传输至STM32微控制器中,实现多套系统协同共采与数据汇聚;设计了基于GPRS的无线通讯模块,将汇聚后的数据通过GPRS模块无线发送至服务器软件;设计了双电源供电单元电路,并实现了断电无间隔切换。设计了可与用户实现人机交互的触摸控制及显示模块,实现了监测设备数据查看、发送频率切换等人机交互功能。同时,系统包括了SD卡本地数据存储、环境温度监测及故障报警等功能。开发了基于C#的服务器软件平台,实现了远程管理层与传输层进行的连接,为传输层硬件的GPRS模块提供目标IP和端口号;制定了命令与数据的通信格式,实现了采集命令的发送和传输层硬件返回数据的接收,并对该数据进行解析、分类显示、存储及报警。采用了基于LZW的数据压缩算法与STM32的DMA技术,实现了基于硬件编程的数据无损压缩;通过多次硬件无损数据压缩实验,对比了 10帧、100帧、300帧三种压缩数据量的压缩效果,选择出了最适合于本系统的单次数据压缩量。完成了系统的测试及应用,并将本系统应用到隧道模型实验中,进行了联调测试,验证了系统的稳定性与可靠性。.本系统极大的提高了岩土工程安全监测的效率,实现了光纤类采集设备及电类采集设备的协同共采与数据远传,对保障岩土工程安全施工及运营、避免安全事故发生具有重要意义和推广应用价值。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU714
【部分图文】：

工作流程图,系统整体,工作流程,结构框图

图２－１系统整体结构框图??２．３系统整体工作流程??

和电路,电路板

所叙述的所有模块及其接口。ＰＣＢ图是使用电子电路设计工具Ａｌｔｉｕｍ?Ｄｅｓｉｇｎｅｒ??１３．０绘制，为两层电路板，由专业印制电路机构印刷，价格低廉，可靠性高。如??图３－２所示为绘制的ＰＣＢ图（左）和实际的电路板（右）。将电路板集成到仪器??内部，再加上其他的外设组成数据终端如图３－３所示。??Ｉ??图３－２?ＰＣＢ图和电路板??１４??

数据终端,实物,电路板