GPS多天线阵形监测系统项目说明书(共16页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上GPS多天线阵形监测系统项目说明书第一章、概述部分一、 产品名称：GPS多天线阵列变形监测系统用途：用于大坝变形观测、建筑物安全监测,而且可以对可能发生滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害区域进行不间断的连续的监控。产品功能：系统的软件功能主要包括用户管理、数据采集、数据处理、数据库管理、生成报表、变形分析与预报、变形矢量图绘制等。技术指标：1、一台接收机控制8个天线2、各监测点的监测时间客任意调整3、天线离接收机的距离最大可达400米产品特点：1、 测站间无需通视。GPS测量只需测站上空开阔即可，从而使变形监测的点位布设方便灵活，并节省不必要的中间过度点，节省开支。2、 可同时提供监测点的三维位移信息。3、 全天候监测，GPS测量不受气候条件限制，配备防雷设施后，GPS变形检测系统便可以实现全天候观测，它对防汛抗洪、滑坡、泥石流等地质灾害检测等领域极为重要。4、 检测精度高5、 操作简便，易于实现检测自动化6、 GPS大地高用于垂直位移测量。本产品较以前的检测系统1、成本低；2、测量精度高；3、操作简便，易于实现监测自动化等特点，具有良好的社会和经济效应。二、市场1、市场特征：本产品的客户主要是国家大型基础工程项目建设的事业单位，其工程项目大都为国家基础建设部分，因此受到了中央和各地政府的高度关注和支持。2、市场分析：全国有大坝80000余座，按千分之一安装，有80多座大坝，每座大坝按200万元计算，大约1.6亿的产值；全国桥梁更多，也有亿元市场；全国滑坡几十万个，同样不低于亿元市场。3、竞争分析：目前市场上的监测系统不是不能实现自动化，不能连续监测大坝变形；就是成本太高，不适合大规模推广。本产品克服原有监测系统的缺点，发挥其优点，达到了1、成本低；2、测量精度高；3、操作简便，易于实现监测自动化等特点，具有良好的社会和经济效应。第二章、产品介绍部分一、产品名称:GPS多天线阵列变形监测系统（简称GASM）二、GPS多天线阵列观测系统简介:我们研制成功了GPS多天线共享器。用该多天线共享器建立的GPS监测系统在每个监测点上只需安装天线，不需安装GPS接收机，即一台接收机控制多个天线。从而大幅度降低监测系统的成本。该系统的造价仅为“隔河岩大坝GPS自动监测系统”的1/3，可节省2/3的建设费用.本系统的工作图如图一, 图一本系统由下列设备组成：GPS接收机GPS多路天线共享器GPS信号放大器无线通信设备计算机网络系统控制与数据处理软件网络数据库变形分析与预报软件其中的GPS多路天线共享器,GPS信号放大器,系统控制与数据处理软件为我们的独有技术产品. 图二 GPS多天线接收机 图三 GPS信号放大器图四 软件界面三、产品技术成熟度本成果早期应用是在2001年，并在湖南郴洲的东江大坝进行一机多天线变形监测系统试验的研究。2004年，与云南科技厅合作，在漫湾电厂的大坝与滑坡的进行灾害监测数据自动采集研究，有很好的实践基础。2006年8月11日，成果顺利通过由云南省科技厅主持，并以许厚泽院士、马洪淇院士为首的专家组验收与鉴定。系统融变形监测技术、GPS技术、计算机技术、计算机网络技术、数据库技术、无线电技术、无线通信技术以及测量数据处理技术等多种成果于一体，是当前水电站大坝和滑坡监测中最先进的监测系统。2006年底成果在陕西吴堡高速公路滑坡进行实际监测测试，取得了良好的效果。四、相关领域的基本情况目前国内外在该方面已进行了一些研究，在大坝监测数据的采集上有人工、半自动化、自动化，但自动化程度还不是非常高。在数据采集的方法上有传感器方法、测量机器人、激光技术、静力水准技术、GPS技术等，但在多种方法的集成上还需要进行更多的研究，还没有应用GPS一机多天线技术。在数据处理上主要是针对单一类型的监测数据进行处理，没有实现将多种类型的数据进行综合处理。在数据的管理上没有研制全面综合与办公自动化结合的数据库管理系统，同时在分析预测预报模型与理论上还需要进行一些探讨。五、产品优势比较: 利用 GPS 定位技术进行变形监测，是一种先进的高科技监测手段。应用GPS进行变形监测，目前有两种模式：一种模式是只用几台GPS接收机，人工定期逐点采集数据，通过后处理获得各期之间的变形，这种模式的GPS变形监测属于常规的变形监测模式，云阳宝塔的GPS变形监测就属于这种模式。另一种模式就是在每个监测点上都安置一台GPS接收机，不间断地进行全天候自动监测。这种模式的变形监测实例有中国地壳形变监测网络和隔河岩大坝自动监测系统等。第一种模式的优点是简单、经济、成本低，GPS接收机可以与其他工程共享。其缺点是不能实现自动化，不能连续监测大坝变形。目前，由于许多生产单位都在致力于劳动力的精简，因此自动装置就显得越来越重要。这样的监测模式要求有一定数量的劳动力来定期地采集数据，而且还要花费一定的时间进行数据后处理。结果是关键的数据往往需要很长时间才能得到评估和分析。另外，如果监测点位于偏远的地方，监测它们就比较困难。在偏远的、陡峭的或者有滑坡的地方，普通的监测设备很难布置和维护，而且大多数情况下它们也只能提供定期的信息。而GPS自动监测系统消除了上述这些问题。第二种模式的优点是能自动连续地监测大坝变形。GPS自动化监测技术。与观测边角相对几何关系的传统测量方法相比，GPS监测具有很大的有点。它可以实现高度自动化，大大减轻外业强度，同时又能够迅速得到点位三维坐标。是最为成功的例子，它是GPS、数字通讯、计算机网络、自动控制、精密工程测量及现代数据处理等高新技术的集成，同时为大坝外观自动化监测提供了一种新方法；但是在实际应用中它也有弱点，系统的成本就是一个很大的问题。精密的测量型GPS接收机价格非常高，若是采用传统的GPS监测方案，成本会随着测点的增加呈几何级数的递增，建立起一个较大型的监测系统往往就需要天文数字的预算，从经济角度来看是不适合的。隔河岩大坝外观变形GPS自动化监测系统虽然实现了变形监测的高度自动化，但是也付出了相当大的代价：总经费超过了600万元，除去软件，由于每个变形测点需配备GPS接收机，单点费用也在20万元以上。这样高的投资费用，大大制约了GPS在变形监测、预防、减少地质灾害方面的应用。因此需要寻找更好的办法来降低和节约成本。以多天线共享器为核心建立的GPS多天线阵列变形监测系统克服二者各自的缺点，发挥各自的优点，使GPS自动化变形监测技术尽善尽美。在每个监测点上只需安装天线，不需安装GPS接收机，即一台接收机控制多个天线，不同的天线在不同的时段与接收机相连，循环往复。这样，可以实现利用一台接收机对多个监测点进行准实时监测。该系统将价格昂贵的GPS接收机阵列变成了相对廉价的GPS天线阵列，从而大幅度降低监测系统的成本。这样的变形监测系统称为GPS多天线阵列变形监测系统。该系统不仅可以用于大坝变形观测、建筑物安全监测,而且可以对可能发生滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害区域进行不间断的连续的监控。第三章、市场分析部分一、市场环境：1、测绘行业环境分析测绘是国民经济和社会发展的一项前期性、基础性事业，它以计算机技术、光电技术、网络通讯技术、空间科学、信息科学为基础，以全球定位系统（GPS）、遥感（RS）、地理信息系统（GIS）为技术核心，致力于获取、处理、管理和分发地球上各种与地理位置有关的自然、社会和人文地理空间信息，为国民经济建设和社会发展服务。“十五”期间，我国经济和社会信息化进程将进一步加快，“数字中国”、“数字省区”、“数字城市”和“电子政府”等信息化建设工程开始启动，西部大开发、可持续发展、城镇化战略将加速实施，这些都对现势性强、分辨率高的地理空间信息和测绘高新技术提出了新的要求。测绘科技将以建设“数字中国”地理空间基础框架、推动国家信息化进程，解决资源、环境、人口、灾害等可持续发展问题，支持经济建设和政府管理决策等为目标，努力发展高精度、高动态、数字化、信息化、网络化的地理空间信息服务和高新技术支撑。 2、变形监测领域分析随着我国经济建设的飞速发展，我国各种工程建设正进入一个蓬勃发展的新时期，各种大型重点建设项目不断出现。然而，目前人们对各类工程所需研究的地质条件、水文情况、自然环境因素的影响等客观规律，在认识上还有一定的局限性，使工程建设的各环节包含着一定的风险因素。虽然人们可以精心设计、精心施工，提高工程的安全度，将失事概率减低到最小程度，但仍然可以认为没有绝对安全的工程。这些工程建筑物在各种力的作用和自然因素的影响下，其工作性态和安全状况随时都在变化。因此, 对工程建筑物进行安全监测和监控是十分必要的，将起到耳、目的重要作用，是保证工程安全运行的重要措施之一。对建筑物进行监测，利用变形监测资料进行分析，及时掌握其运行状态及变化趋势，及时发现危及安全的异常因素，在事故发生之前采取对策，从而保证建筑物运行安全，充分发挥其经济效益和社会效益。建筑工程的安全监测起步较晚，它是随着建筑工程的失事为人们提供教训后，不断地寻求监测和监测手段而逐步发展起来的。早在50年代，我国己经在水电工程中开展大坝安全监测工作，但是安全监测技术在很长一段时间内没有得到明显提高。到了80年代，结合葛洲坝工程安全监测工作的实际需要，我国的安全监测工作开始走上正轨，得到了较大的发展。在大坝安全监测工作顺利开展的同时，桥梁工程、高边坡及深基坑的安全监测等也取得了长足的发展。近几年来，长江三峡工程、黄河小浪底工程、江阴长江公路大桥等一系列国家重大工程相继上马，大坝、桥梁工程的安全监测也得到了前所未有的发展，同时取得了许多有关安全监测技术和安全监测系统方面的研究成果。测量技术的发展推动了变形监测技术的发展。变形监测作为大坝等建筑安全监测的一个重要内容，发展到目前为止，其监测方法已经是多种多样。这些方法正广泛应用于各个大坝、滑坡、桥梁、泥石流、隧道等的安全监测。常规的变形监测技术有传统的大地测量方法（边角交会、水准测量等）、陆地摄影测量法、埋设仪器法（多点位移计、倾角计、钻孔倾斜仪、伸缩仪等）。这些都主要依靠正倒垂线、弦矢导线、全站仪边角网和精密水准等常规方法，不仅观测周期长，而且精度受人为因素影响较大，在连续性、实时性和自动化程度等方面已越来越难以满足大型水工建筑物的动态监测要求。另外，传统的变形监测方法往往需要建立高精度的监测网，受地形条件的影响较大，监测网的网形一般比较差，从而使监测点点位精度受到较大影响。而且，传统方法通常观测时间长，劳动强度大，难以实现自动化监测。变形监测的特点是定期重复观测，它要求精度高，速度快，最好能实现自动化监测。可以预计，变形监测技术的发展方向是自动化程度更高，测量精度更高，对测量仪器的要求也更严格。随着科技发展的日益加快，测量技术日新月异。GPS（全球卫星定位系统）技术的迅速发展，为各国的经济建设带来了巨大的经济效益和社会效益，尤其在测量界的控制测量中起了划时代的作用。正是由于它在静态相对定位中的高精度、高效益、全天候、不需通视、自动化程度高，且能同时获得三维坐标等优点，人们普遍采用该技术代替常规的三角测量、三边测量等方法，并在理论、实践中取得了可喜的成果。GPS技术已在大地测量、地壳形变监测、精密工程测量、城市测量等诸多领域得到了广泛的应用和普及。二、市场容量以下两个部分针对我国大坝坝高、以及大坝类型等进行详细数据陈列，其目的在于国家出台的相关政策法规，对于大坝的监测要求有异，且对于项目的投资有重要参考价值。1、目标市场分析1949年以前，我国建成并能继续运行的大中型水库大坝只有23座。新中国成立后的50年来，全国共建成了各类大坝约8.6万余座，数量居世界首位。中国在国际大坝委员会登记的大坝(坝高大于15m)为3万多座。截止于2003年年底，我国大坝统计到的资料如下：1. 在建坝比较多的省：云南18座，浙江13座，湖北11座，贵州10座，重庆9座，四川8座，湖南8座，新疆7座，广西7座，吉林5座，福建5座。2. 2003年年底我国已建、在建30m以上大坝共4694座，其中在建大坝132座。3. 在建、已建坝中，最高坝为云南的小湾拱坝，高292米，坝高200米以上有5座，坝高150米以上有24座，坝高100米以上有108座，坝高60米以上有496座。4. 已建、在建100m以上大坝见表-1。并给出我国坝高相关盘状图：2001年年底中国在建坝分类登记表(2002年8月28日)大坝类型大坝高度10-14m15-29m30-59m60-99m100-149m150-199m200m合计土坝47754堆石坝2825144172重力坝31（1）8324（1）拱坝47（2）16（1）8172（3）合计15（3）56（1）2562242（4）注：（）中的数为砌石坝数 100m以上在建大坝明细本产品除可以广泛地应用上述大量的大坝监测外，还可以用于水电站大坝周围的广大人民生命财产安全境监测、大型滑坡监测、矿藏开挖及桥梁健康监测等领域。市场分析如下图所示GPS多天线监测系统约有2/3的水库大坝缺乏变形监测系统，随着国民经济迅速发展以及国家对大坝监测的重视，是GPS多天线监测系统的主要目标市场。已存在的大坝监测系统由于其成本过高。并且，其后期维护、人力费用高，因而替换本企业的GPS多天线监测系统对以后的监测大有好处。主要市场潜在市场全国有许多大型桥梁也需GPS的自动连续监测，这也成为本产品的次要目标市场。次要市场2、市场需求分析a）大坝监测原因分析大坝安全监测是人们了解大坝运行性态和安全状况的有效手段。据国际大坝会议“关于水坝和水库恶化”小组委员会记录的1100座大坝失事实例，从1950年至1975年大坝失事的概率和成因分析中得出大坝失事的频率和成因分别为：30%是由于设计洪水位偏低和泄洪设备失灵引起洪水漫顶而失事；27%是由于地质条件复杂，基础失稳和意外结构事故；20%是由于地下渗漏引起扬压力过高、渗流量增大、渗透坡降过大引起；11%是由于大坝老化、建筑材料变质(开裂、侵蚀和风化)以及施工质量等原因；12%是不同的特有原因所致。通过上面的数值可以作如下分析：大坝失事的原因很多、涉及范围也很广，但大致可以分成3类。第一类是由设计、施工和自然因素引起，它没有一个从量变到质变的过程，而是一旦大坝建成就已确定了的，如设计洪水位偏低、混凝土标号过低、未考虑地震荷载等；第二类是在运行、管理过程中逐步形成的，有一个从量变到质变的发展过程，如冲刷、浸蚀、混凝土的老化、金属结构的锈蚀等；第三类是上述两种混合情况，即设计、施工中的不完善在运行中得不到改正，或者说随着时间的推移和运行管理的不力使设计、施工中的隐患发展为破坏。就目前而言，大坝安全监测主要是针对后两种情况。大坝安全监测范围应根据坝址、枢纽布置、坝高、库容、投资及失事后果等进行确定，根据具体情况由坝体、坝基推广到库区及梯级水库大坝，大坝安全监测的时间应从设计时开始直至运行管理，大坝安全监测的内容不仅是坝体结构及地质状况，还应包括辅助机电设备及泄洪消能建筑物等。b)产品产业化前景我国目前共有大中型水电厂及水库大坝八万余座，按千分之一的大坝采用本项目研制的GPS天线阵列进行大坝变形监测，每套方案按人民币800万元计，则有6.4亿元的产值。按10的利润计，可带来6400万元的利润，相应的国家标准还将带来一定的利润。再按1的大坝采用本项目开发的软件系统，每套软件按利润10万元计，软件部分将带来8000万元的利润。因此，按此保守的方法计算，本项目存在78亿元的市场和1.5亿元的利润。我国是世界上水能最丰富的国家，水能资源理论蕴藏量为6.8亿千瓦，可开发水能资源装机容量为3.8亿千瓦。云南的水能资源可开发容量约为9800万千瓦，居全国第二位。在全国12大水电基地中，云南100万千瓦以上大型和巨型电站占全国的28.10%,这些电站都迫切需要“水电站大坝变形分析系统”。1959年法国66m高的Malpasset拱坝，在溃坝时形成的洪水，以每小时36km的速度向下游倾泻，造成400人死亡，其直接经济损失达6800万美元。意大利266m高的Vajaut拱坝，蓄水后于1963年引起库岸大滑坡，滑坡体以每秒2530m的速度滑向水库。在3060秒内共滑下3 的土石方，使库中5000万的水体被挤出，掀起250m高的巨大水浪，洪水浸没坝顶100m高。在下游1.6km的峡口处，仍有60m高的巨浪。从滑坡开始到下游地区被摧毁，仅经历了7分钟。这次灾害毁灭了一座城市和几个小镇，死亡3000余人 1998年，四川省涪陵小西坝发生滑坡使楼房和公路下滑10米（见下图中右侧，左则可见原路基），滑坡体积约2万。2002年8月日上午，尼泊尔东部位于加德满都东南大约公里处拉梅恰布地区的一个偏僻村庄发生大规模山体滑坡，整个村庄被夷为平地，造成至少人丧生。事发地点该村大约所房屋被毁。现场一片废墟（见下图）。 国际上大坝失事是累见不鲜的，据国际大坝委员会的统计，截至1965年，国外高于15m的大坝失事就有290余次。仅19591973年的14年间，国际上就有22座大坝失事。 1973年后大坝失事减少，主要要归功于对大坝的变形监测与灾害预报。只要坚持对大坝进行安全监测和灾害预报，就可以避免或减少损失。国内外在安全监测和灾害预报方面成功的例子也是非常多的。在我国，通过变形监测和灾害预报而减少损失的最典型的例子是兴滩滑坡。1985年6月12日凌晨3点45分，江家坡山上1300万的滑坡体整体高速下滑，约有200万滑入长江，推进江心80余m，腾起涌浪高达80m，回浪高达20m，上游香溪口涌浪高8m，下游30多公里处的三斗坪涌浪高1.3m，淹埋房屋1569间，冲毁农田780亩，镇上457户1371人无家可归。由于预报及时，居民提前撤离，险区内没有一个人员伤亡，将灾害损失减少到了最低程度。综合上述,不仅仅是大坝需要监测,滑坡等自然灾害也迫切需要”自然灾害预报系统”,而我们的GPS多天线阵列观测系统正是满足要求的系统的最佳选择.3、竞争分析市场上已经存在许多测绘仪器销售公司,主要有:TOPCON、南方测绘、索佳、苏州一光等等。这些公司销售的仪器包括：全站仪、水准仪、GPS等。应用GPS进行变形监测，目前有两种模式：一种模式是只用几台GPS接收机，人工定期逐点采集数据，通过后处理获得各期之间的变形，这种模式的GPS变形监测属于常规的变形监测模式。另一种模式就是在每个监测点上都安置一台GPS接收机，不间断地进行全天候自动监测。（1） GPS多天线阵列变形监测系统与竞争对手的比较与分析：种类优势 劣势市场前景分析第一种监测模式（用几台 GPS 接收机，定期到监测点上观测，对数据实施后处理后进行变形分析与预报）1. 简单2. 经济3. 成本低1. 不能实现自动化；2. 不能连续监测大坝变形；3. 要求有一定数量的劳动力来定期地采集数据，要花费一定的时间进行数据后处理；4. 关键的数据往往需要很长时间才能得到评估和分析。由于其不满足生产单位致力于劳动力的精简，对大坝自动连续监测的要求，必然被淘汰。第二种监测模式（在监测点上建无人执守的 GPS 观测系统。通过软件控制，实现实时监测和变形分析、预报。1.能自动连续对大坝监测1. 系统的成本高；2. 精密的测量型GPS接收机价格非常高；3. 采用传统的GPS监测方案，成本会随着测点的增加呈几何级数的递增。由于其系统成本过高，并且，管理和监测的水利部门都希望节约GPS在变形监测、预防、减少地质灾害方面的费用。其所能占有的市场份额将会越来越小。GPS多天线阵列变形监测系统1. 经济成本大幅度降低；2. 能自动连续对大坝进行监测；3.依托武汉大学，具有强大的科研力量和人才储备，便于系统的进一步开发和完善。1. GPS多天线阵列变形监测系统新型产品，市场需要培育；2. 人们对原有产品的认知以及替换本产品所需要的费用。 目前，我国约有2/3的水库大坝缺乏变形监测设施。并且，已存在检测设施的管理、后期维护费用过高。因而，本产品具有广阔的市场前景。专心-专注-专业