巖土工程多元數(shù)據(jù)匯聚與遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計及應用

發(fā)布時間：2020-10-13 06:00

　　隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展,巖土工程建設迎來了前所未有的黃金期,涌現(xiàn)出了大量深長隧道、高陡邊坡等大型基礎設施工程。由于上述工程多分布在地質(zhì)條件與自然環(huán)境復雜的偏遠地區(qū),在施工擾動、地質(zhì)災害、外界荷載等多種因素作用下,大型巖土工程安全事故頻繁發(fā)生,造成了嚴重的人員傷亡、巨大的經(jīng)濟損失與惡劣的社會影響。安全監(jiān)測是保障巖土工程施工及運營安全,避免安全事故發(fā)生的有效方法,但目前用于巖土工程的電類、光纖類等常用監(jiān)測設備存在協(xié)同共采難題,各系統(tǒng)孤立,形成了嚴重的“信息孤島”現(xiàn)象。因此亟待開發(fā)巖土工程多元數(shù)據(jù)匯聚與遠程監(jiān)測平臺,實現(xiàn)多源異構(gòu)監(jiān)測設備多參數(shù)的協(xié)同采集與遠程監(jiān)測。針對上述問題,本文研發(fā)了一套多監(jiān)測設備協(xié)同共采與遠程監(jiān)測系統(tǒng),采用了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層與傳輸層通信總線,構(gòu)建了多系統(tǒng)協(xié)同共采及遠程傳輸硬件系統(tǒng),開發(fā)了遠程管理層服務器軟件,研究了無損數(shù)據(jù)壓縮算法,并基于硬件編程實現(xiàn)了遠傳數(shù)據(jù)的無損壓縮,通過實驗室測試及工程實際應用,驗證了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。具體研究內(nèi)容包括:設計并開發(fā)了系統(tǒng)硬件,以STM32微控制器為核心,設計了基于RS485通信的接口電路,采用主從模式將現(xiàn)場多套從機的數(shù)據(jù)傳輸至STM32微控制器中,實現(xiàn)多套系統(tǒng)協(xié)同共采與數(shù)據(jù)匯聚;設計了基于GPRS的無線通訊模塊,將匯聚后的數(shù)據(jù)通過GPRS模塊無線發(fā)送至服務器軟件;設計了雙電源供電單元電路,并實現(xiàn)了斷電無間隔切換。設計了可與用戶實現(xiàn)人機交互的觸摸控制及顯示模塊,實現(xiàn)了監(jiān)測設備數(shù)據(jù)查看、發(fā)送頻率切換等人機交互功能。同時,系統(tǒng)包括了SD卡本地數(shù)據(jù)存儲、環(huán)境溫度監(jiān)測及故障報警等功能。開發(fā)了基于C#的服務器軟件平臺,實現(xiàn)了遠程管理層與傳輸層進行的連接,為傳輸層硬件的GPRS模塊提供目標IP和端口號;制定了命令與數(shù)據(jù)的通信格式,實現(xiàn)了采集命令的發(fā)送和傳輸層硬件返回數(shù)據(jù)的接收,并對該數(shù)據(jù)進行解析、分類顯示、存儲及報警。采用了基于LZW的數(shù)據(jù)壓縮算法與STM32的DMA技術,實現(xiàn)了基于硬件編程的數(shù)據(jù)無損壓縮;通過多次硬件無損數(shù)據(jù)壓縮實驗,對比了 10幀、100幀、300幀三種壓縮數(shù)據(jù)量的壓縮效果,選擇出了最適合于本系統(tǒng)的單次數(shù)據(jù)壓縮量。完成了系統(tǒng)的測試及應用,并將本系統(tǒng)應用到隧道模型實驗中,進行了聯(lián)調(diào)測試,驗證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。.本系統(tǒng)極大的提高了巖土工程安全監(jiān)測的效率,實現(xiàn)了光纖類采集設備及電類采集設備的協(xié)同共采與數(shù)據(jù)遠傳,對保障巖土工程安全施工及運營、避免安全事故發(fā)生具有重要意義和推廣應用價值。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TU714
【部分圖文】：

工作流程圖,系統(tǒng)整體,工作流程,結(jié)構(gòu)框圖

圖２－１系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖??２．３系統(tǒng)整體工作流程??

和電路,電路板

所敘述的所有模塊及其接口。ＰＣＢ圖是使用電子電路設計工具Ａｌｔｉｕｍ?Ｄｅｓｉｇｎｅｒ??１３．０繪制，為兩層電路板，由專業(yè)印制電路機構(gòu)印刷，價格低廉，可靠性高。如??圖３－２所示為繪制的ＰＣＢ圖（左）和實際的電路板（右）。將電路板集成到儀器??內(nèi)部，再加上其他的外設組成數(shù)據(jù)終端如圖３－３所示。??Ｉ??圖３－２?ＰＣＢ圖和電路板??１４??

數(shù)據(jù)終端,實物,電路板