摘要：感知层：传感器可以实时感应边坡等监测对象的各项参数。这里部署着多种前端感知设备，如表面位移监测仪用于直接测量监测点的水平和垂直位移变化；深部位移传感器可深入地下，监测深层土体的位移情况；渗流量传感器实时监测地下水的渗出量，反映土体的渗透特性；降雨量传感器准确记
北斗 GNSS 位移监测系统是一个多层次、多组件协同工作的复杂系统，其重点架构可分为四层，每层都承担着独特而关键的任务，共同保障系统的高效运行和准确监测。
感知层：传感器可以实时感应边坡等监测对象的各项参数。这里部署着多种前端感知设备，如表面位移监测仪用于直接测量监测点的水平和垂直位移变化；深部位移传感器可深入地下，监测深层土体的位移情况；渗流量传感器实时监测地下水的渗出量，反映土体的渗透特性；降雨量传感器准确记录降水数据，降水是诱发边坡失稳的重要因素之一；裂缝计密切关注结构表面裂缝的发展情况；支护结构监测设备用于评估支护体系的受力状态和工作性能；地下水位传感器实时监测地下水位的升降；土壤含水率计反映土壤的湿度情况，其变化会影响土体的力学性质；土压力传感器监测土体内部的压力变化；此外，还有视频监控摄像机等设备，为系统提供直观的视觉信息。这些设备多方面、多角度地采集监测对象的状态信息，为后续的分析和决策提供原始数据支持。网络层：支持上、下双向通讯，具备多种通信方式，以适应不同的监测环境和需求。无线蜂窝网络（如 3G/4G）具有覆盖范围广、传输速度快的特点，适合在有网络覆盖的区域使用；短信通信方式简单可靠，可在网络信号较弱或不稳定的情况下作为备用传输手段；北斗通信方式具有自主可控的优势，尤其在偏远地区或特殊场景下发挥重要作用；PSTN（公共交换电话网）利用传统的电话线路进行数据传输；超短波通信适用于短距离、实时性要求高的数据传输；ZigBee 是一种低功耗、低成本的无线通信技术，适合在局域范围内实现多个传感器节点的数据汇聚和传输。多种通信方式的结合，确保了监测数据的稳定、可靠传输。平台层：承担着整合各层设备和系统功能的重任。通过信号的连接，它既能下发平台对前端感应器的命令，实现对感知设备的控制和管理，如调整采样频率、校准设备等；又能上传监测数据，并对数据进行采集、处理、存储和分析。同时，它还能实时联动前端各大监控设备，实现数据的协同处理和综合应用。平台层通过对大量监测数据的分析和挖掘，提取有价值的信息，为后续的预警和决策提供科学依据。应用层：它能实时展示监测数据和预警信息，让用户随时了解监测对象的状态。用户可以通过移动端、大屏展示等多种方式获取信息，以便及时做出决策。（一）数据采集与传输
在感知层，各类传感器按照设定的采样频率实时采集监测对象的位移、变形、受力、环境等参数。以北斗表面位移计为例，它通过接收北斗卫星信号，精确计算出监测点在 WGS84 坐标系下的三维坐标（x、y、h）。这些原始数据被收集后，由网络层根据实际环境选择合适的通信方式（如无线蜂窝网络、北斗等），将数据传输至云平台或本地数据中心。数据传输过程中，会进行必要的加密和校验，以确保数据的安全性和完整性。
（二）数据处理与分析
云平台或本地数据中心接收到数据后，平台层开始对数据进行处理。首先对数据进行预处理，包括去噪、滤波、异常值剔除等，以提高数据的质量。然后，通过嵌入的学习算法和模型，对各项监测数据进行分析。例如，对于位移数据，会计算出不同时间段内的位移量、位移速率等参数，并与历史数据进行对比，分析位移的变化趋势。同时，结合其他参数如降雨量、地下水位等，综合评估监测点的健康状况。以边坡监测为例，当边坡出现位移时，系统会分析位移的大小、方向、速率以及与其他因素的相关性，判断边坡的稳定性。
（三）预警机制
系统建立了多重分级预警机制。当分析过程中发现数据异常时，会触发相应的三级报警机制。时间以短信、传真、广播等形式通知用户，提醒用户采取相应的措施。预警级别根据数据异常的程度和潜在风险的大小进行划分，不同级别对应不同的应对策略，以便用户能够根据预警信息及时、准确地做出决策。例如，当位移速率超过设定的阈值时，系统会发出一级预警，提示用户需要密切关注监测点的状态；当位移量达到危险临界值时，系统会发出更高级别的预警，提醒用户可能需要采取紧急措施。
（四）数据存储与应用
监测数据会在本地服务器长久储存，同时上传至云端进行长久备份。本地存储确保了数据的实时查看和历史数据的随时可查，方便用户进行日常管理和事后分析。云端备份则提高了数据的安全性和可靠性，防止数据丢失。此外，存储的数据还为今后同类工程的设计、施工提供了类比依据，通过对大量历史数据的分析和总结，可以制定出更适合结构健康监测的安全评价标准体系，形成行业标准规范，推动行业的发展和进步。
北斗卫星定位技术是该系统的重点技术之一，其工作原理在整个监测系统中起到了至关重要的作用。北斗卫星导航系统由多颗卫星组成，在太空中形成一个覆盖全球的卫星网络。当北斗表面位移计等设备接收北斗卫星信号时，通过测量信号从卫星到设备的传播时间，结合卫星的已知位置，利用三角定位原理，精确计算出设备所在监测点的三维坐标。这种定位方式具有高精度、全天候、全时域的特点，能够满足位移监测对精度和可靠性的要求。在边坡、桥梁、水库等监测场景中，北斗卫星定位技术能够实时、准确地获取监测点的位置变化信息，为位移监测提供了坚实的技术支撑。例如，在边坡监测中，通过持续监测边坡上各监测点的坐标变化，能够及时发现边坡的位移趋势，为边坡的稳定性评估和预警提供准确的数据支持。
北斗 GNSS 位移监测系统不是单一技术的应用，而是多种技术的融合与协同工作。感知层的各类传感器技术实现了对多参数的多方面采集；网络层的多种通信技术保障了数据的可靠传输；平台层的数据处理、分析技术以及嵌入的学习算法和模型，实现了对数据的深度挖掘和智能评估；应用层的信息展示和预警技术，实现了与用户的有效交互。此外，系统还可能融合遥感卫星、机载 LiDAR、三维激光扫描仪、无人机等技术，实现对监测对象的多方面、多角度监测。例如，遥感卫星可以从宏观上获取大面积监测区域的信息；机载 LiDAR 和三维激光扫描仪可以提供高精度的三维地形和结构模型；无人机可以对重点区域进行近距离、高分辨率的监测。这些技术的融合与协同工作，使得北斗 GNSS 位移监测系统能够更多方面、更准确地掌握监测对象的状态，提高监测的效率和精度，为工程安全和运营管理提供更有力的保障。
来源：翻翻聊科学
