北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)在人工島安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

呂達(dá)昕

【摘 要】人工島在完成填島后，尤其是島上大規(guī)模工程建設(shè)后，島嶼的穩(wěn)定性備受管理者和居民的關(guān)注。文章對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)及其高精度定位終端在人工島安全監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用進(jìn)行探討。通過監(jiān)測(cè)島嶼變形的連續(xù)變化，掌握島嶼結(jié)構(gòu)變化的情況?；诖罅康谋O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄和分析，為人工島的工程建設(shè)、城市管理與維護(hù)及其他地區(qū)的人工島建設(shè)提供決策依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】人工島;安全監(jiān)測(cè);北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

【中圖分類號(hào)】TN96.1;P228【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）05-0113-02

雙魚島位于漳州開發(fā)區(qū)，是全國(guó)首例離岸式人工島。人工島的穩(wěn)定性主要受以下因素的綜合影響：區(qū)域地殼穩(wěn)定性（地質(zhì)構(gòu)造特征、地震、板塊地面沉降）、地基穩(wěn)定性（持力層性質(zhì)、工程軟弱層）、海洋環(huán)境穩(wěn)定性（風(fēng)暴潮、海流、波高、水深）。本文對(duì)基于北斗高精度位置服務(wù)平臺(tái)在雙魚島護(hù)岸的安全監(jiān)測(cè)進(jìn)行討論。項(xiàng)目選取對(duì)雙魚島安全性影響最大的島上綜合地下管廊和護(hù)岸進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)其變形的連續(xù)變化情況，提供預(yù)警分析、降低由位移沉降引起的災(zāi)害所造成的損害。同時(shí)，基于大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄和分析，為人工島上的工程建設(shè)、城市管理與維護(hù)及其他地區(qū)的人工島建設(shè)提供決策依據(jù)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能全面、準(zhǔn)確地反映監(jiān)測(cè)對(duì)象在施工期和運(yùn)行期的實(shí)際工作性態(tài)。根據(jù)地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及在相同類型對(duì)象的代表性等因素，確定重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象和一般監(jiān)測(cè)對(duì)象。測(cè)點(diǎn)布置需突出重點(diǎn)。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目應(yīng)統(tǒng)籌安排，配合布置。重要監(jiān)測(cè)斷面或部位的某些重要測(cè)點(diǎn)，可綜合采用幾種監(jiān)測(cè)手段，并針對(duì)關(guān)鍵部位的重要物理量的監(jiān)測(cè)設(shè)備備份儀器。應(yīng)結(jié)合影響工程安全的主要因素，有針對(duì)性地設(shè)置監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和布置監(jiān)測(cè)儀器。應(yīng)選擇性能穩(wěn)定可靠且適宜于在惡劣環(huán)境中長(zhǎng)期工作的監(jiān)測(cè)儀器和設(shè)備。儀器的量程和精度應(yīng)滿足監(jiān)測(cè)要求。需要長(zhǎng)期觀測(cè)的重要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，其儀器設(shè)備應(yīng)便于更換。

2 雙魚島安全監(jiān)測(cè)方案

2.1 雙魚島地下管廊監(jiān)測(cè)方案

雙魚島地下管廊是雙魚島的生命線，是島上資源傳輸?shù)闹饕ǖ溃彩请p魚島獲取能源的重要渠道。作為人工填島，地處較復(fù)雜的海洋環(huán)境中，可能發(fā)生不規(guī)則沉降、滲水等問題，對(duì)地下綜合管廊構(gòu)成威脅。此外，地下綜合管廊在投入使用后，將處于高頻、高負(fù)荷的工作狀態(tài)。由此引發(fā)的老化、結(jié)構(gòu)損傷等問題也將成為雙魚島地下管線及雙魚島地面的安全隱患。

鑒于此，對(duì)雙魚島地下綜合管廊的監(jiān)測(cè)應(yīng)包括以下內(nèi)容（見表1）。

2.2 雙魚島護(hù)岸安全監(jiān)測(cè)

由于護(hù)岸對(duì)于人工島基礎(chǔ)安全的重要性，以及其本身受自然環(huán)境影響的不確定性，因此雙魚島護(hù)岸的安全和穩(wěn)定性對(duì)填島工程非常關(guān)鍵。護(hù)岸是整島抵御海洋災(zāi)害的重要屏障，因此了解其運(yùn)行狀態(tài)非常關(guān)鍵，有必要進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)。沉降及位移監(jiān)測(cè)，為護(hù)岸的安全使用提供依據(jù)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括表面位移監(jiān)測(cè)和深部位移監(jiān)測(cè)。從人工島大小考慮，該監(jiān)測(cè)對(duì)象的監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)設(shè)計(jì)為60個(gè)表面位移點(diǎn)、20個(gè)內(nèi)部（深部）位移點(diǎn)，網(wǎng)點(diǎn)設(shè)計(jì)采用沿護(hù)岸輪廓組網(wǎng)。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的接收、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、分析與展示。大數(shù)據(jù)的功能應(yīng)用決定了系統(tǒng)的架構(gòu)要具有靈活性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性、可靠性、安全性等最根本特性。因此，系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)接入層、后臺(tái)服務(wù)層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)接口層、應(yīng)用層組成，以及信息標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、信息安全保障體系、項(xiàng)目統(tǒng)一規(guī)劃的基礎(chǔ)設(shè)施及信息運(yùn)行保障體系構(gòu)成。采用多層體系結(jié)構(gòu)模型能更好地對(duì)監(jiān)測(cè)服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行擴(kuò)展。

3.1 軟件系統(tǒng)架構(gòu)

安全監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)由核心處理分析引擎、安全監(jiān)測(cè)服務(wù)系統(tǒng)、緊急指揮系統(tǒng)3個(gè)子系統(tǒng)組成，并需要系列接口支持。

3.2 核心處理分析引擎

核心處理分析引擎是整個(gè)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理分析的核心引擎，驅(qū)動(dòng)其他所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)有效運(yùn)行。核心處理分析引擎需要達(dá)成以下目標(biāo)：？譹？訛系統(tǒng)可以連續(xù)、自動(dòng)、實(shí)時(shí)地完成監(jiān)測(cè)對(duì)象外部變形數(shù)據(jù)的采集及處理。？譺？訛根據(jù)引擎處理的數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)分析、過程線圖形繪制、判斷、預(yù)測(cè)、報(bào)表打印和WEB發(fā)布等多種功能。？譻？訛數(shù)據(jù)可通過互聯(lián)網(wǎng)或者無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)至其他系統(tǒng)。？譼？訛參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為變形體設(shè)置預(yù)警值，實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警功能。？譽(yù)？訛支持邊坡、自然斜坡、水庫(kù)、建筑、護(hù)岸、管廊等多種場(chǎng)景的變形監(jiān)測(cè)引擎。

系統(tǒng)軟件功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.3 安全監(jiān)測(cè)服務(wù)系統(tǒng)

安全監(jiān)測(cè)服務(wù)系統(tǒng)可通過網(wǎng)絡(luò)訪問核心處理分析引擎的監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)，針對(duì)各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)展示和查詢，主要包含以下功能模塊。

數(shù)據(jù)采集及處理：該功能包括前端數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理。前端由北斗衛(wèi)星接收機(jī)、應(yīng)力應(yīng)變、風(fēng)力、濕度等各類傳感器實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，核心處理分析引擎對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變形體的位移情況。

數(shù)據(jù)查詢：按時(shí)間、時(shí)間段、空間、項(xiàng)目、設(shè)備類型、設(shè)備狀態(tài)、數(shù)據(jù)狀態(tài)查詢。

數(shù)據(jù)通道：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、報(bào)表生成、報(bào)表導(dǎo)出、報(bào)表定時(shí)導(dǎo)出、報(bào)表展示（趨勢(shì)圖、比重圖、對(duì)比圖、地圖展示等）等功能。

預(yù)警告知：實(shí)現(xiàn)信息發(fā)送、發(fā)送群組管理、發(fā)送頻率、信息屏蔽、信息優(yōu)先級(jí)、信息內(nèi)容編輯、個(gè)性化設(shè)置、費(fèi)用查詢、到期查詢等功能。

數(shù)據(jù)展示：以項(xiàng)目、設(shè)備為單位，顯示位移、沉降、內(nèi)部位移、含水率、內(nèi)部水位、側(cè)部測(cè)斜、應(yīng)力、應(yīng)變、震動(dòng)、風(fēng)力風(fēng)速、加速度、拉力、溫度、濕度、突變、報(bào)警、離線等指標(biāo)及綜合分析結(jié)果，可以對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間維度和空間維度的類比、同比、速度對(duì)比、速率對(duì)比，輸出各類報(bào)表，其目的是快速發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，分析險(xiǎn)情原因，排除險(xiǎn)情誤報(bào)，預(yù)知風(fēng)險(xiǎn)趨勢(shì)。

安全業(yè)務(wù)服務(wù)：包括護(hù)岸安全管理服務(wù)、地下管廊安全管理服務(wù)，其目的是根據(jù)開發(fā)區(qū)組織結(jié)構(gòu)及業(yè)務(wù)需要，均衡分配管理任務(wù)，方便各業(yè)務(wù)部門組織安全管理工作。每個(gè)系統(tǒng)均包含快速預(yù)覽頁(yè)面，以快速直觀的方式將最關(guān)注的突變、告警、離線、正常等設(shè)備信息和項(xiàng)目信息呈現(xiàn)出來(lái)。

4 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在雙魚島安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

本項(xiàng)目所記錄的關(guān)鍵數(shù)據(jù)為雙魚島整體及各監(jiān)測(cè)點(diǎn)所在局部的位移和沉降，因篇幅所限，現(xiàn)就護(hù)岸的數(shù)據(jù)的記錄做簡(jiǎn)要說明。

4.1 表面位移和沉降

通過北斗高精度定位終端，監(jiān)測(cè)和記錄系統(tǒng)上線以來(lái)雙魚島的位移和沉降數(shù)據(jù)。系統(tǒng)記錄并顯示了其中一個(gè)或多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位在可選定的時(shí)間段內(nèi)的位移信息，并在監(jiān)測(cè)總述中對(duì)異常點(diǎn)位進(jìn)行提醒（同時(shí)管理員將收到短信）。

4.2 深部位移

島嶼的深部位移主要通過測(cè)斜儀實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)記錄并顯示了其中一個(gè)或多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位在可選定的時(shí)間段內(nèi)的深部位移量。

5 結(jié)語(yǔ)

作為全國(guó)首例離岸式人工島，其填島后尤其在島上開始大規(guī)模建設(shè)后，島嶼的安全是管理者也是居民最關(guān)心的問題。本項(xiàng)目在島上尚未大規(guī)模動(dòng)工前，對(duì)整個(gè)人工島的沉降、位移等進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，從而掌握了島嶼的結(jié)構(gòu)變化。大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)積累和分析，為人工島的工程建設(shè)、城市管理與維護(hù)及其他地區(qū)的人工島建設(shè)提供決策依據(jù)。同時(shí)，本項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)首個(gè)將北斗用于城市級(jí)的綜合安全監(jiān)測(cè)的案例，實(shí)現(xiàn)北斗高精度變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化示范效應(yīng)。

參 考 文 獻(xiàn)

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