第一章 项目概述
1.1 项目背景
长期以来，地质灾害一直威胁着生态环境、经济建设和人类生命财产安全。一场小小的山体滑坡，便可以让人类为之奋斗一生的家园毁于一旦。自然的力量纵然强大，但人类的思维能够无限拓展延伸。我们可以利用卫星导航等科技手段感测环境变化。据相关数据显示，在我国2022年上半年发生的地质灾害中，通过监测、分析，共成功预报地质灾害249起，避免直接经济损失29094万元。
GNSS的全称是全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System），是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的3维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统。它是泛指所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和增强的，如中国的北斗卫星导航系统、美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo，是个多系统、多层面、多模式的复杂组合系统。
山东仁科最新推出的GNSS位移监测系统就是在全球导航卫星系统的基础上，结合计算机技术、数据通信技术以及数据处理与分析技术，实时对不稳定滑坡体、地面塌陷及地面沉降等地方进行实时数据采集，并将数据上传至环境监控云平台进行分析处理，从而实现远程监控的目的，做到隐患早发现、决策早制定、人员早转移、伤害降最低。
1.2 建设目标
GNSS位移监测系统的总目标是实现对地质状况的综合性监测、预警。利用先进的GNSS卫星导航技术，通过高精度的GNSS位移监测设备，实时监测位移量、位置信息等相关数据，并及时上传至云平台，以便管理人员及时知悉相关地质情况作出相应处理，达到预防地质灾害，保障安全的目的。
具体目标包括：
通过手动导入的已知精准坐标，结合卫星定位坐标，基准站经过内部程序运算出卫星定位的修正数据；
基准站通过LORA无线传输方式下发修正数据至各个测量站；
测量站通过卫星定位坐标，结合获取的基准站修正数据，将修正后的位置信息4G上传至软件平台；
整个过程中，太阳能供电系统提供持久续航。
1.3 建设原则
在研发设计GNSS位移监测系统的时候，我们应该总结前人开发的经验，结合最新自控和软硬件技术，建设以GNSS卫星导航技术为基础，信息化、无缝隙、精准化、可视化、智慧型现代地质灾害监测预警体系，实现对监测地点的集中分布式监控和智能化预警的目标，保证系统的高稳定性、高可靠性、高安全性。
具体原则如下：
■ 技术的先进性
系统选型、软硬件设备的配置均要符合高新技术的潮流，关键的GNSS位移监测实时采集、传输均采用国内外工程建设中被广泛采用的技术与产品。在满足功能的前提下，系统设计具有先进性，并且在今后一段时间内保持一定的先进性。
■ 稳定性
整体方案从方案架构、产品设计等各个层面，都以稳定可靠作为设计的第一目标。采用先进成熟的技术来架构由各个子系统组成稳定可靠的大系统，使系统能安全平稳地运行，有效地消除各子系统可能产生的瓶颈，选用合适的设备来保证各子系统具有良好的扩展性，确保各设备的正常运行。
■ 经济性
我司在GNSS位移监测系统的建设上，一直以更高性价比为目标，不断升级和改进软硬件产品，针对各大环境监控系统都有对应的产品和方案。以“为客户提供最高性价比的方案”为设计目标来进行方案设计，综合客户需求以及扩展性要求，选择最合适的产品，降低系统造价，为客户节约项目成本。
■ 实用性
在设备选型时，依据项目实际情况结合目前我国市场上的占有率高的各类产品中选择具有性能价格比和扩充能力的产品。
■ 可维护性
方案在设计过程中根据客户需求、项目规模等等选择合适的监控产品和技术方案实现，其采用的产品均满足简单、实用、易操作、易维护的特性，力争使系统更容易使用和维护，降低客户使用监控系统的管理和维护成本。
■ 可管理性
方案中现场各设备及各分系统都集中于中心统一控制，实施对所有远端设备的控制、设置，以保证系统的高效、有序、可靠的发挥其管理职能。
■ 安全性
GNSS位移监测系统安全可靠，具有一定的安全保护措施，防止病毒感染、攻击，防雷击、过载、断电和人为破坏，具有高度的安全和保密性。
■ 规范性
控制协议、编解码协议、接口协议、传输协议等应符合相关国家标准、行业、标准和环保部颁布的技术规范。
1.4 建设依据
■ 《基于GNSS技术的高速公路边坡自动化监测系统》
■ 《基于GNSS的露天采场边坡监测系统构建》
■ 《基于GNSS的边坡自动化监测系统应用研究》
■ 《基于低成本毫米级GNSS技术的膨胀土边坡现场监测》
■ 《GNSS技术在地质灾害安全监测预警系统中的应用研究》
■ 《基于GNSS技术的地质灾害监测平台研究与实现》
第二章 项目介绍
2.1 GNSS位移监测系统介绍
GNSS位移监测系统是一个以先进物联网技术为支撑，综合采用各种卫星定位技术，并联合RTK载波相位差分定位技术的智能地质勘测系统，该系统从“ 监测、防护、配置、应用 ”等各个方面，将数据通信技术、数据处理与分析技术、机械技术、信息技术、工程技术深度融合，实现了从终端硬件到平台系统管理模式，解决了安全、质量、效率等问题，达成了用科技保障安全的目的。
GNSS位移监测系统由GNSS位移监测站（包括基准站和测量站）以及综合环境监控云平台组成，主要为边坡、大坝、桥梁、基坑等容易倾斜、位移或者形变的场所提供实时监测及预警服务。系统采用高度集成的一体化设备GNSS位移监测站，实时监测所在区域的地质情况并实现自动报警。通过整合各监测点数据，掌握整个地质情况，并及时进行排险调度。相关管理人员可借助该系统做到常监测、早预警、早准备，对可能因倾斜、位移或者形变出现地质灾害的地方做出相应的安排处理，减少地质灾害发生的几率，同时对邻近区域的群众做好预警疏散工作，以减少群众的经济损失、保障群众的人身安全。
本系统施工部署非常简便，细节考虑周到，扩容方便。基准站与测量站之间采用LORA无线通讯的传输方式，并将采集到的位移、位置等信息通过4G网络远程传输至综合环境监控云平台，不仅无距离限制，还避免了铺设线路的麻烦，监控管理平台也非常人性化，界面友好、操作简单、功能全面。
2.2 GNSS位移监测系统拓扑图
2.3 GNSS位移监测系统优势
■ 专注所以专业
我司多年来一直专注于环境监测这个行业，力争为客户提供最好的、最高性价比的环境监测产品和解决方案，是环境监测行业的知名厂商。具有完备的产品和解决方案，供应地区300+、服务全球110k+客户。
■ 系统级整体性及平台化
借助自身多年来的行业经验，结合客户需求的各个方面，给出系统级、整体性的解决方案，具备更好的分工以及协同效率，设计将具备良好的系统扩展性。该系统集可视化、智能化、无人化于一体，采用先进的监测技术和设备为地质灾害的监测预警提供更多的技术支持和保障。
■ 专业传感器，精准监测
该方案中监测设备采用高度集成的一体化设备GNSS位移监测站，测量范围广，准确度高，确保产品优异的可靠性、高精度和互换性。
■ lora无线通讯数据采集
我司研发的GNSS位移监测站采用semtech公司开发的一种低功耗局域网无线标准—LORA无线通信，搭配我司独有的无线通信协议，基准站可同时与有效通信距离范围内的32个测量站进行无线远距离通信，通信上既避免了信号传输过程中终端节点之间的相互干扰，又避免了传统无线设备通信传输距离过短、穿透性不足的问题，实现了低功耗和远距离的统一。
■ 提供免费云平台，功能强大
平台采用B/S架构，维护和升级方式简单，最少支持1000个采集设备的监控和管理，采用专业的数据库，稳定可靠、易于扩展，支持软、硬件分层，支持多级用户管理权限。云平台自动收集上传的监测数据，通过GPS地图、列表、图标、曲线的方式在平台页面端显示，满足用户对实时监测信息的多维度、多层面查看数据。
■ 多平台远程管理
GNSS位移监测系统支持电脑网页、手机APP、微信小程序、微信公众号等多种方式远程查看/管理数据。其中，手机端APP通过蓝牙无线链接方式配置设备，参数包括：上传目标地址、上传目标端口、各通道水位上限值、各通道参数、通道显示内容，可实时查看各个测点设备状态、水位值及电池电量，数据上传间隔、ICCID值。多种查看方式，管理起来更方便。
■ 具有丰富的自动告警方式
该系统可在监测终端和平台端分别设置安全阈值，当测点的位移量等参数超过所设置的安全阈值时，报警功能会自动开启，系统支持电话、短信、声光、邮件等报警功能，可及时通知管理人员。
■ 系统支持设备实时定位
该系统可在云平台设备管理中设置设备经纬度，当数据异常或数据超限，用户可根据经纬度定位，快捷找出设备异常的位置，及时处理便于后期维护与管理。
■ 应用广泛
该系统即可用于水库大坝、边坡、基坑等地为地质灾害探查预警工作提供数据支持，为人们出行安全提供保障，保护人们的财产安全，保障社会经济效益。
■ 软硬件产品集成度高
GNSS位移监测系统软硬件产品根据行业发展的需要，与时俱进，不断更新换代对应的产品，剔除过时及冗余的功能，不断集成有效地新功能，使产品具备越来越高的集成度，给客户提供更高性价比的产品。
■ 支持定制
我司在设计方案时从客户使用的角度出发，集成了很多比较实用的功能，也可根据客户需求定制方案，做到在应用和维护尽可能方便省心。
第三章 GNSS位移监测站
3.1 简介
GNSS位移监测站（型号：RS-GNSS-BA/TA-4G）主要由GNSS天线、太阳能电池板、主控制机箱（内有主控传输模块）和安装支架组成。分为基准站和测量站，具有精度高、功耗低、性价比高、安装便携等特点。该设备可通过4G信号网络将数据上传至综合环境监控云平台，适用于地表位移监测和建筑物的形变监测，如滑坡、边坡位移、桥梁形变、水库大坝、矿山地质灾害等。
其中基准站通过导入的已知精准坐标，结合卫星定位坐标，经过内部程序计算得出卫星定位的修正数据，并通过LORA无线通信将修正数据发送到各个测量站，测量站通过卫星定位坐标，结合获取的基准站修正数据，将修正后的数据通过4G网络上传至综合环境监控云平台。平台在接收到测量站传送的相关信息后进行处理分析，发现异常情况立刻启动报警，从而全面掌握所监测区域的地质状况、实现救灾预防统筹调度，搭建智能地质灾害监测预警体系。
3.2 功能特点
“1＋N”灵活布点方式
有些地质灾害变化过程比较缓慢，因此很难及时发现并预防危险。山东仁科GNSS位移监测站采用“1+N”灵活组网布点方式，即一个基准站可对应多个测量站（最多对应32个测量站）。用户可以提前在容易发生地质灾害的地域根据实际情况合理布置若干个测量站，以此全面监测山体的位移趋势，预判山体滑坡出现的几率，提前做好紧急预案，尽可能将损失降至最低。
同时测定三点“三维位移”
山东仁科GNSS位移监测站综合采用北斗卫星导航系统、GPS全球卫星定位系统、伽利略卫星导航系统以及格洛纳斯全球卫星导航系统卫星定位技术，并联合了RTK载波相位差分定位技术，可同时测定多点的三维位移。
全系统全频信号接收
我司GNSS位移监测站采用高精度GNSS芯片联合RTK载波相位差分定位技术，能够最大限度接收GNSS卫星信号，保证响应快速、测量准确，且不受周围气候条件影响，可以实现24小时无人值守自动监测，并将监测到的数据通过4G信号上传至综合环境监控云平台，让用户实时掌握被测点的“动态”。
自动监测报警
地质灾害的危险主要在于它的瞬时性，无法及时作出应对，而很多人不了解的是，大多数地质灾害在爆发前都会有一定程度的倾斜或者位移变化。用户可以将GNSS位移监测站安装在地质灾害易发地上，并为其设置位移、倾斜变化量的上限值，一旦其变化量超过此限值，平台便会第一时间向用户发出报警信息，危急时刻，给与用户警示，提前洞察危险，以便用户及时撤离。
太阳能供电，持久续航
任何一件在户外使用的设备，优先考虑的问题肯定是“如何续航”。GNSS位移监测站采用20W太阳能板搭配6AH锂电池供电系统，充电五小时就能将锂电池从0充到100%，且配备太阳能支架，方便安装，无需另外铺设供电线路，有效解决户外供电不便，续航困难问题。
安装简单，稳定牢固
GNSS位移监测站整体为分体式结构，产品各部分可以拆卸，方便移动和携带，有效降低运输成本，其中，主控制机箱为金属喷塑电控箱，使用抱箍固定，耐阳光照射、耐雨水腐蚀，设备接入的线缆采用1对1对插，操作简单，容易上手。设备底座采用4个膨胀螺丝安装，并用加强筋让其更加坚固稳定，大大增加了抗风能力，适用于多种不同的场合（如果用户在土质地面中使用，也可以选择地笼安装），不受地域的限制。
内部走线，便捷美观
GNSS位移监测站防水对插线均为杆体内部走线，杆体上设有微联孔，在使用时用小锤或螺丝刀敲开，方便进出线，在不使用时则与杆为整体，更加美观。
手机APP“碰一碰”蓝牙配置
为方便用户使用，GNSS位移监测站设备参数可通过手机配置软件“蓝牙配置软件”对基准站所在的经纬度、目标地址、目标端口、发射频率、接受频率等进行配置，简单便捷。
4G数据传输
通过4G方式上传数据，无需现场布线，无距离限制，只需一张手机卡便可传输数据至监控平台，简单便捷。
免费环境监控云平台
综合环境监控云平台是山东仁科为用户量身打造的免费服务平台。用户在使用过程中，无需进行复杂的网络设置，只凭借账号就可以随时随地登录云平台，查看设备监测到的实时数据。云平台拥有自动报警、历史记录查询/下载/导出/打印、支持多级权限访问、增添子账号、电子地图、大屏可视化等功能。尤其是自动报警功能，在实际监测中发挥了巨大作用。
3.3 技术参数
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参数名称 |
参数 |
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供电 |
太阳能板供电 |
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功耗 |
0.5W(平均功耗) |
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通信接口 |
4G，中国移动、中国联通或中国电信的手机网络 |
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数据上传 |
数据上传间隔30S-10000S可设（默认60S） |
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参数设置 |
手机APP“碰一碰蓝牙配置” |
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变送器电路工作温湿度 |
-20℃~+60℃，0%RH~95%RH（非结露） |
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定位精度 |
水平精度:土(2.5+0.5 x 10-6 x D) mm |
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垂直精度:土(5.0+0.5 x 10-6 x D) mm |
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定位精度测定条件 |
晴天无云、环境温度25℃、环境湿度45%rh、空气质量优 |
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响应时间 |
≤60S |
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蓄电池工作时间 |
5天 |
3.4 应用场景
除了常见的山体滑坡和矿石边坡外，GNSS位移监测站还可以运用在以下场合：
桥梁道路变形监测
道路的平稳性与人们出行安全息息相关，道路年久失修、桥梁发生位移、路基塌陷都有可能酿成严重的交通事故。GNSS位移监测站可以通过记录位移变化量协助相关部门预判桥梁变形趋势，实时了解道路健康状况，提前对重点路段进行针对性的维护。
水库大坝监测
位移和倾斜在水库大坝上的变化过程极其缓慢，甚至到危险来临的前一刻，都不能引起人们的警觉。相关部门可以通过GNSS位移监测站，记录它们长期缓慢的变化趋势，增强自身危机意识；为制定配套的养护方案提供数据支持，延长其使用寿命。
地面沉降监测
地下水的过度开采为人们的生产生活造成了严重的安全隐患，地面沉降便是其中之一。GNSS位移监测站能够进行远距离24小时不间断监测，其测量精度高、工作效率快、节省人力的优点在地面沉降监测中表现极为突出。
基坑开挖监测
基坑在开挖的过程中，由于基坑本身会对周围地质产生影响，局部土层会有向基坑内部倾倒的风险，所以，用户在基坑开挖时可以将GNSS位移监测站布置在周围的土层，随时检测其位移变化，防止造成人员伤亡。
【水库大坝位移监测】 【基坑位移监测】
第四章 综合环境监控云平台
4.1 概述
综合环境监控云平台（www.0531yun.com）以先进的信息采集系统、物联网、云平台、大数据以及互联网等信息技术为基础，各级用户通过PC端WEB、APP客户端、微信端等多种渠道访问平台数据，实现远程系统管理功能。用户可实时对项目上每个重要参数进行实时监测、管理，同时实现基于平台的远程手动控制。
4.2 功能介绍
4.2.1 数据实时监控
平台支持实时查看监测数据。数据可以通过图形化界面、列表等方式反映，图形化界面的优势在于让用户直观看到数据和传感器的相对位置，列表则更利于用户对数据进行对比。
【首页数据展示】
【列表展示】
4.2.2 实时地图显示
系统以物联网技术和GIS技术为支撑，使用户更加直观的观测所有测点分布位置及状态。
4.2.3 超限告警
当任一要素超过预置报警值、设备处于离线状态时，系统能提供平台界面告警、短信告警、电话告警、邮件告警等报警方式，并进行事件记录，供调用和分析。
支持所有监测因子报警上限、下限，预警上限、下限设置，支持因子数据异常字体变色，因子告警数据颜色用户可自定义。
针对短信、振铃、微信、邮件告警方式有专门的告警联系人管理列表，便于当报警联系人变动时快速查询、添加、删除。
4.2.4 历史数据查询、导出
可通过系统查询每个监测点的设备信息，对设备监测数据、历史数据进行查询。并生成数据曲线图，具有单个或多个因子数据存储/查询/导出数据功能，支持PDF、excel等多种数据格式导出，导出内容标题、使用单位名称用户可自定义，同时可导出数据查询的时间段、查询数据账号、保存数据间隔、离线判断间隔等重要信息。
【历史数据列表查看】
【历史数据曲线查看】
【历史数据导出】
4.2.5 继电器控制
支持电脑端、APP端远程手动控制现场设备继电器，且继电器名称可自定义编辑，相应继电器控制功能是否启用客户可自行编辑。
4.2.6 系统管理
平台具有完善的权限分级和管辖分区等等功能，无限级权限设定，可以根据要求自由组合权限。用户操作具有完善的日志记录，方便查看操作记录。
4.2.7 账号分级
支持账号分级管理，针对项目实际需求增设子账号，并分配不同管理权限，做到项目管理分工明确，用户可定义不同的用户角色，并赋予角色的不同权限管理，所有的用户操作都进行自动记录，没有权限的用户将不能进行操作。
【账号分级管理】
【管理员权限设置】
【管理员菜单权限】
4.2.8 设备管理
该监测系统可对设备进行节点、报警、储存进行设置。
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名称 |
解释 |
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设备名称 |
填写设备名称，默认名称为设备地址 |
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设备地址 |
显示设备地址，不可更改 |
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设备经纬度 |
写入设备经纬度，可在地图中查看设备显示位置。（注意：如果以设备自带经纬度信息为准，此处可不填写） |
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告警记录 |
开启告警记录，当设备报警时，数据库中会记录告警信息，关闭告警记录，则无法查询告警记录。 |
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离线短信 |
开启离线短信，当设备离线时会发送告警短信至绑定手机号 |
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离线邮件 |
开启离线邮件，当设备离线时会发送告警邮件至绑定邮箱。 |
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离线判断间隔 |
设置设备离线时间，当设备在设置时间内重新上线，平台默认此设备未离线。 |
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短信告警间隔 |
当设备在平台告警后，告警信息按照设置时间间隔发送告警短信，时间最低设置5分钟。 |
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邮件告警间隔 |
当设备在平台告警后，告警信息按照设置时间间隔发送告警邮件。 |
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保存数据间隔 |
设置时间间隔保存设备数据。 |
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短信发送次数 |
防止设备超限时间过长，一直发送告警短信，可设置最多发送短信次数。 |
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节点列表 |
设备节点设置，详情见节点信息设置。 |
4.2.9 流量卡预警功能
实时获取现场4G型物联网设备的卡号，自动分析卡号剩余流量，自动分析，到期时间预警提醒，让项目管理人员及时充值，防止流量卡到期运营商销号造成项目停滞。
4.2.10 大屏可视化
可投屏显示，自动刷新，集中滚动显示各监测点的环境监测数据，实时展现位移量、相关位置信息等要素的动态曲线，数据清晰、直观，便于管理人员进行系统查看。
4.2.11 移动端APP
为方便移动端用户监测数据，推出“云控通”手机APP，方便用户24小时实时监测。可以通过账号密码登录云平台，一键控制上万个设备。支持视频查看，设备故障/异常报警，支持离线告警功能，支持实时数据查看，历史数据曲线查看，还可连接蓝牙打印机进行数据打印。
4.2.12 二次开发
山东仁科提供的云平台完全免费，界面完全中性，并支持用户二次开发。
4.2.13 千人千面
针对小规模应用的用户，云平台提供可配置的“千人千面”界面与私有域名解析的服务，客户只需要投入几十元购买一个域名，备案成功后就能拥有自己的私有登录链接，且登录界面平台名称可根据用户要求更改。
第五章 应用案例
