设计参考范本

1、Central SoutiversityUndergraduate Thesis ProjectTitle: Software Design for Remote Dollecting in LandSlide Monitoring Using Multi-SensorsName:YuWenKunSupervisor:Prof.DaiWuJiaoSchool:Info-physics and Geomatics EngineeringMajor:Map & Surveying EngineeringTime:June 2010目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.11.2研究背景及意

2、义1滑坡监测发展现状及趋势分析2监测自动化5多传感器化5数据传输无线网络化61.2.4 监测主要工作及集成化6结构安排71.31.4 小结8第二章 系统分析9滑坡监测传感器9GPS9测斜仪112.2功能需求分析13GPRS 无线通讯技术14GPRS14动态 IP15GPRS 模块162.4 小结17第三章 系统设计3.4系统框架设计18系统数据流图19主要类关系及结构20数据结构设计233.4.1 项目信息文件233.4.2 测斜仪数据文件233.5主要功能流程图23i3.5.1 通讯连接233.5.2 实时与绘图243.6 小结26第四章 系统实现274.1 开发环境2

3、7主要技术及关键代码27连接的实现2.34.1.4树形结构组织28事件驱分时段制的类构建29304.2 界面304.3作主要步骤31坐标图32文件输出334.6 小结34第五章 总结35系统特点、难点及措施35下一步的工作36致谢37参考文献38附录：图单40附录：表单41附录：缩略词中英文对照表42附录：主要程序代码43ii摘要滑坡被公认为是危害仅次于的地质，每年都给国家造成很大的损失。但由于机理的复杂性，对其准确、及时的预报至今仍是一个世界性的难题。随着电子、计算机、网络等学科的迅猛发展，现代变形监测涌现了以 GPS(Globalitioning System，全球)为代

4、表的许多新的理论和监测，监测设备智能化、多传感器优势互补、无线网络数据传输已成为监测的发展方向，这同时也对监测本身提出了自动化、网络化、集成化等更高的要求。本文基于GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线业务）无线通信技术，以湖南怀化某建设中高速公路一滑坡段为实验场，在详细了解无线通信原理、滑坡监测理论与技术和国内外滑坡监测发展状况的基础上，结合 GPS、测斜仪等多种传感器的数据特点，利用面象语言 VC+，设计并开发了，实现该滑坡监测中、实时的和项目管理。另外，实现了实时绘图，和测斜仪文本数据向Excel、GPS 二进制数据向RINEX(Receiver

5、 Independent Exchange Format，与无关的交换格式)等文件格式的转换等功能，为后续数据处理、变形分析等工作奠定基础。：滑坡监测；GPRS；多传感器；GPS；测斜仪IAbstractGenerally recognized as the most damaging geologic hazard in the world except for theearthquake, the landslide cause greosses every year in our country. But It is still a worldwideproblem to predict

6、 them because of the complex mechanisms. With the radevelopment ofsubjectch as、puter and network,he modern deformation monitoring, thereare a number of new theories and tools, of which GPS as a represenive. And its trends whichincludeselligentization of devi、cooperation of sensors in different types

7、、remote datatransfers based on wireleetwork, lead to the higher requirements for the collecting of data at thesame time, like automation、being web-based、andegration.Afteryzing the theories、tools and the new development of landslide monitoring bothome and abroad, trend of technology of landslide moni

8、toring and theories of wirelesscommunication espelly GPRS, this pr describes the design of the software by usingVC+.The software realizes projects managing and remote、real-time collecting of dahatcomes from a landslide, which is in a certain highwayt in construction and locate at Huaihuaan. It also

9、completed the translating of Inclinometers text to Excel and GPSs binary daoRINEX file,t makes a preparation for data prosing andyzing in further work.Key Words: Landside Monitoring; GPRS; Multi-Sensors; Dollecting; GPS; InclinometerII第一章 绪论1.1 研究背景及意义滑坡又称山崩、山泥倾泻、走山，俗名地滑、土溜，是指在重力的影响下岩石和土壤沿着一段山坡下滑的现象

10、。滑坡最主要的原因是山坡上的岩石或土壤吸收了大量的水（比如由于暴雨或者融雪），导致岩石或土壤的摩擦力降低，土壤或岩石丧失其稳固性下滑。高速公路建设中，人为挖通地质、地貌条件较差的坡段，若加上暴雨，受此内外力和人为作用的影响，最易发生滑坡，沿线交通造成巨大损失1。生命安全，给我国是一个地质频发的国家，每年都会发生数以万计的地质，其中滑坡占相当比例，以 2009 年为例，10840 起，其中滑坡 6657 起、共发生地质崩塌 2309 起、泥石流 1426 起、地面塌陷 316 起、地裂缝 115 起、地面沉降亿元2。起。共导致罗斯、英国、人、人、受伤，直接经济损失 17.65俄、意大利、等许多国

11、家亦饱受滑坡之苦，如俄罗斯的高加索加州与新泽西及德克萨斯州、法国南部及黑海沿岸、英国的南威尔士、斯、意大利中部等等，均为滑坡多发地区或发生过大型滑坡。如今滑坡已公认为仅次于的地质，世界各国对滑坡的治理研究都投入大量的人力物力,许多国际组织(如国际矿山测量学会、国际岩石力学学会、国际大地测量学学会)也都会定期召开学术性会议交流探讨滑坡监测和治理的新对策7。图 1-1 2009 年地质类型结构1滑坡之所以能造成严重损害，主要是因为难以事先准确预报其发生的时间、地点和强度10。由于滑坡自身的复杂性，基础理论不完善，预报到现今仍是世界性的难题。传统的预报主要是基于滑体几何位移，虽也不乏预报成功的案例,

12、如长峡新滩滑坡、卧龙寺新滑坡、宝成铁路须家河滑坡等，但国内一些其为表象监测而非本质监测，他们认为目前所谓的成功预报，大多只是根据临滑现象所做出的经验判断，采用定量预报几乎无一例外地都是事后检验，即到目前为止，还没有一个真正依靠定量预报成功的滑坡实例4。USGS(United Ses Geological Survey，地质勘探局)也制定了滑坡究滑坡过程及诱发机制3。计划（LHP，Landslide Hazards Program）旨在研滑坡监测是对有滑坡倾向的滑坡体进行的监视检测，服务于预报工作。滑坡监测内容包括滑坡形变监测、滑坡变形的相关（如物理与化学场）监测及环境诱发监测。其中，分别有几何

13、量（如三维位移、倾斜、裂缝、绕度等）、物理量（应、降雨、气温、水等）4-6。监测手力应变、地声变化等）和环境（如段是根据监测内容采取的观测方法，可按发展情况直接概括为传统技术和新技术。准确的预报必须基于科学的滑坡机理研究，需要将几何模型、物理模型和其他滑坡诱导综合起来分析，而综合分析意味着需要发展科技，探索、揭示的参数，即需不同传感器来获取“感的”滑坡状态数据。通过这些量的反演可以掌握滑坡体的整体状态和演变过程，及时捕捉的特息，为准确分析、评价滑坡以及滑坡、预报等提供可靠资料和科学依据。数据链是监测数据的信道或载体，按通讯介质的不同可分为有线和无线两种。高效、稳定的数据链是变形数据参与预报分析

14、的保证。是中心端的数据服务器，起着承上启下的中间层作用，向下通过通讯链路连接终端设备，并对其实施管理控制，往上服务于预报分析等高级模块，作为分析预报的数据源提供者。发生前 10 到 20 分钟时可以挽救许多人的生命，这就需要及时准确的预报。综上可知，多源、及时、稳定的数据获取，简捷、高效的通讯控制和工程管理，准确、直观的数据提供是监测预报系统稳定运行并成功预报的重要保证。1.2 滑坡监测发展现状及趋势分析国内外滑坡监测的研究在传感器、数据传输、系统等领域均开展了大量的2工作，目前处在一个较为成水平。随着电子、计算机及网络、技术的发展，变形监测已发生了十分巨大的变化。当前较新的监测与技术主要有

15、GPS 、InSAR (erferormetricSyntheticrture Radar,孔径测量) 、LIDAR(Light Detection andRanging, 激光扫 描测距 )、 BOTDR(Brillouin Optical biber TimeReflectometry，布里渊散射光时域反射测量)、TDR(TimeReflectometry，时域反射测量) 、分布式光纤应力传感器、岩石声发射监测系统、遥感、近景摄影测量等。其中以 GPS 技术的应用为代表的现代监测技术大大提高了监测的自动化程度，开辟了变形监测的新局面。无人职守、成为滑坡监测的研究和应用热点5。化、多传感器互

16、补观测、网络化已表 1-1 列举了目前一些主要的监测技术。表 1-2 对这些技术的原理及特点作一些简单介绍。表 1-1 滑坡监测技术4-63类型监测内容监测技术常规技术新技术几 何监测地表位移相对位移：巡查、测缝计、位移计、自动伸缩计等；绝对位移：水准仪、经纬仪、测距仪、全站仪、测量机器人等GPS、InSAR 、LIDAR、BOTDR等深部位移各种倾斜仪、钻孔多点位移计、滑动测微计等TDR、光纤岩层滑动传感监测技术等物 理监测应力钢筋计、锚索计、土压力计等分布式光纤应力传感器地声某些动物的异常反应岩石声发射监测系统温度地温计等诱 发监测气象从气象部门直接获取气象数据；用翻斗式雨量计等监测区实际

17、降雨量水水位监测仪、测渗计、水压测量计等核磁人类活动巡查遥感、近景摄影测量等表 1-2 主要监测技术的原理及特点4-114测量方法原理优势缺点传统监测方法主要是直接测量技术成熟工作量大；周期长；自动化程度相对较低GPS距离交会定位可获得三维绝对坐标、高精度、实时、全天候、站间无需通视山区信号易被遮挡，多路径效应严重；仪器费用高InSAR测量可获得大面积高分辨率图像；全天候；差分 技术 DInSAR 能够检测出毫米级的地形变化，又发展出的 散射体 测量技术 (PSInSAR)可弥补大气对相干性的影响难以实时获取滑坡信息；成本较高；不适宜做局部高精度监测；DInSAR容易产生不相关问题且易受大气影

18、响LIDAR三维扫描测距直接获得激光点所接触物体表面的空间位置等信息；获取地表信息的能力是目前其他监测 难以替代的扫描距离和范围有限；扫描有盲区；坐标系统校正方法不够成熟；激光光斑随距离的增加而变大；数据处理较难；设备价格较高TDR测试脉冲信号在电缆的阻抗特性发生变化处发生反射，通过测量反射信号的到达时间与振幅幅度，可分析同轴电缆变形位置及程度价格相对低廉、监测时间短、可遥测、安全性高、数据提供快捷测量值与位移量不呈严格线性关系；不能进行倾斜监测，能确定剪切面，但无法确定位移方向；灵敏性不高岩石声发射监测技术岩石或岩体受力作用时会不断地发生破坏，其的部分能量以应力波的形式出来，产生声发射，据此

19、可推断岩石的形态变化全天候、自动化；可以实现破坏源点的检测；能监测整体状态对材料甚为敏感；易受到噪声的干扰近景摄影测量像对成像适用于变形速率较大的滑坡水平位移及危岩陡壁裂缝变化监测，操作方便 、可同时测量大面积变形绝对精度低；受气候条件影响较大光纤传感技术 ( 如 OTDR)利用光传输过程中光波参数变化与待测量相关多路复用分布式、长距离、实时性、精度高、长期耐久往往同时对多种信号敏感；其中最难处理的是温度与其待测量分量的准确分离；优化布置方法还有待进一步研究；费用较高从滑坡的监测内容来看，滑坡监测应该是由多种监测方法相结合的。它既要监测地面、变形，同时也要监测诱发和相关。对于不同的监测目的、不

20、同的滑坡发育阶段及不同的滑坡类型所选择的滑坡监测方法也不同；纵向来讲，传统监测的主要缺点是工作量大、周期长、监测不能实时、必须到达现场，连续观测能力差。现代的新段可实时全天候，大范围、自动无人化监测，安全性、效率大大提高，但有较多的条件限制。所以新技术并不能完全取代传统技术，优缺互补，相互配合，使监测效果最优。在测区布置好监测网之后，需要设计配套的系统。现代监测所涉及的滑坡参数的增多，使使用到的传感器种类增加，而不同传感器的数据格式和接口各具标准。一般的系统都只针对性地适用单一种类的传感器，且一旦增加种类就需要另外编写程序，或者一个系统只多种或多个或两者兼有的一个传感器，造成在一个项目中同时需

21、要管理的局面，给应用带来很大的局限。而且，传统的主要靠人工或仪器后人工转移，任务量大、周期长、自动化程度不高；加之测区常比较偏僻，且往往在可能发生滑坡的地区，人员安全得不到保障，给监测工作带来很大的。滑坡监测的发展和趋势主要体现在以下几个方面：1.2.1 监测自动化单片机技术和系统使现代测量仪器不断智能化，使人从繁重枯燥的工作中解脱出来，同时也避免了人为观测的误差，提高观测精度。如国内外已大量使用自动监测机器人进行大坝、边坡的监测12。一般，通过能电板解决野外供电，传感器电路已事先编制好观测程序，用户只需设置好相应参数便可进行自动监测。只需改变参数或定期到现场检修仪器即可改变的正常运行。的状态

22、，保证系统1.2.2 多传感器化滑坡是一种综合了诸多影响的复杂过程，难以用单一类型传感器的数据进行模拟分析，也不能简单用局部数据对整体滑坡的状态做判断，需要对不同类型数据和相同类型不同点位的传感器数据的进行整合。多传感器可使综合判别能力加强，促进地质评价、能力的提高。多传感器优势互补进行监测是必然的趋势，如目前对 GPS 和 InSAR 的应用有较多研究24。数据融合是当前多传感器应用的难点，5国内、彭继兵等人利用计算机科学里数据融合的对此作了一些研究，但其只是基于单一种类的多个传感器来整合局部信息来了解整体状态20，对于不同类型传感器数据组合共同分析滑坡趋势少有文章进行介绍，主要是不同参数间

23、的相关性分析需要涉及不同学科的知识，且难以定权。另外、随着传感器的增多，如何进行组织便成了问题。OGC（Open GeospatialConsortium，开放地理信息SensorWeb 是未来传感器应用的发）等组织展方向，其类似于计算机网络，强调智能化系统的嵌入、传感器之间的通讯和数据传输网络节点化，使变形监测传感器网络更加抗破坏，传感器像组件一样可以随时添加删除，或者部分传感器失效时，将最低可能影响整个网络的正常运行21-23。但不同类型传感器数据结构、通讯接口都有所不同，所以需要建立的接口和数据标准，目前使用定义语言 SensorML(Sensor M描述23。Language,传感器模

24、型语言)进行1.2.3 数据传输无线网络化生产实际中滑坡监测现场地理位置一般比较偏僻，而且当气候和其它一些条件比较恶劣时，随时可能有滑坡的。另外，随着传感器数量及种类的增多，传感器分布更加分散，有线方式布线复杂，消耗大，且不能实现真正意义上的与距离无关的而，已不能满足现代变形监测的要求，现场传输无线化成为必然的趋势。中心一般较为固定，其网络可以依具体情况选择无线或有线。国外滑坡监测的研究近年来最主要的进展在数据传输网络方面。地质局 (USGS)为监测连接内华达州与加利福尼亚州的50 公路两侧的多处滑坡设计并实现了滑坡实时监测系统2；的 Maso YAMADA 等人基于网络技术进行各种模式的监测

25、13；国内近年对监测系统的无线化也做了大量的研究，有很多应用实例，如电力14、农业灌溉15、水情遥测16等等。滑坡无线研究，其主要基于自动化程度较高的 GPS17-19。监测也有很多1.2.4 监测集成化基于多传感器和数据链网络化的趋势，中心的系统势必采取集成多传感器的方式进行基于网络的通讯。目前，国内外研制了较多旨在不同应用的自动监的 GeoMoS、测集成式系统并已实现商业学的 Geo_ADMOS、，如针对测量机器人的有大信息工程大学的 ADMS(自动变形监测系统)、张学庄等6人研究的边坡稳定性自动监测系统新布伦瑞克大学的 DIMONS 监测系统和AGI 公司的 Slope-Sentry 等

26、，这些系统很容易配置成多种传感器122526。系统1.3 主要工作及结构安排图 1-2 高速公路沿线滑坡状况图 1-3 滑坡段状况本文涉及的监测项目属湖南省怀化某一正在建设的高速公路，该处属山区，高差起伏较大，气候潮湿多雨，地质条件较差，有较大降雨时沿人为开挖路线两边常出现滑坡现象。监测区滑坡山势呈东西，所监测滑于山的南坡面，坡势较陡，山脚部分正打算作为涵洞出口，且出口处需架桥，已建好多处桥墩。该路段地质条件较差，为保障施工过程安全及竣工后不对高速公路交通造成影响，项目对该坡进行了以 GPS 和测斜仪为主要传感器的滑坡监测，其中 GPS 参考站建于离变形区约 500 米外的稳定区域，在变形坡段

27、均匀分布了 4 个 GPS 点，各测站辅助以测斜仪监测深部位移。由于该滑坡段所处地理位置偏僻，且降雨时多有滑坡发生，不宜，该区有无线网络覆盖，所以采用无线传输数据，配有无线传输单元实现数据的发送和控制命令的接收。中心位于长沙市，通过ernet 和移动 GPRS 网络对测区实施。现代滑坡监测中，多传感器数据综合化和数据链网络化是必然的发展方向，而监测数据的及时性、稳定性、可靠性对系统也提出了更高的的要求。为此，本文以上述高速公路滑坡段为实验场，在分析 GPRS 无线通信技术用于滑坡监测的可行性、GPS 和测斜仪等多传感器监测原理及数据格式特点的基础上，设计和开发，实现对测量现场传回的数据进行实时

28、。该系统已经在怀化高速公路的滑坡段监测中心安装调试，并且运行情况良好。7本文各章内容安排如下：第一章论述了本文研究的背景、意义和项目简介，分析了现代滑坡监测的技术和发展趋势，重点强调在现代滑坡监测对综合的传感器数据和高效数据链需求之下，基于无线网络的集成化的的开发意义。第二章介绍了 GPRS 无线通讯原理及技术特点，分析了其在滑坡监测的适用性。同时，介绍了 GPS 和测斜仪两种监测仪器，特别是详细描述了其数据格式的特点。最后，基于多传感器、无线数据传输的要求，分析并列举了的需求，为多传感器系统的设计提供依据。第三章在第二章详细需求分析的前提下，设计了系统的整体架构、数据流图和各子功能模块的程序

29、流程图，使用伪代码设计了系统主要的类、类关系和类结构，整个过程基于模块化、面第四章介绍利用 VC+象的，为下一步开发实现奠定基础。开发实现的过程及结果，重点分析了几个，并且介绍了实现的结果。第五章对全文进行了总结，着重及解决措施，并且对系统的特点和整个工程的实施过程中遇到系统的下一步工作做了展望。1.4 小结滑坡预报是世界性难题，现代滑坡预报对监测的及时性、稳定性、可靠性等提出了更高的要求，随着电子、计算机、网络等技术科学的迅猛发展，监测系统正趋向于自动化、网络化、多传感器化，是监测的基础，基于此背景，本文以某滑坡为实验场，设计并开发 GPS、测斜仪等多传感器集成的，旨在对该滑坡实现多传感器数

30、据的实时。8第二章 系统分析2.1 滑坡监测传感器课题使用 GPS 监测滑体表面位移，利用测斜仪监测深部位移。以下主要对其监测原理和数据格式进行说明。2.1.1 GPS图 2-1 Ashtech AC12原理35GPS 以其全天候、自动化、选点灵活、可同时测定点的三维位置与速率等优点1)成为最先进的监测之一，己广泛用于各类形变监测，使人们从繁重的重复性人工测量中解脱出来，大大地推进了监测技术的发展。GPS 主要用来监测滑坡体水平方向位移，按定位方式可分为单点绝对定位和多点相对定位，为获得高精度位移数据，一般采用如图 2-2 所示的相对，在测区不远相对稳定处建立参考，与监测站同步进行观测，再进行

31、实时或事后数据处理（监测中有动态和静态定位，后者可较充分消除误差。滑坡在监测时期一般移动缓慢，多采用静态相位差分定位），通过监测点与的组合观测值消除大气延迟、轨道误差等相关性误差，若有多点，基线解算后还可进行网平差获得更高精度，最后得该监测点在各方向上的变形时间序列以供后续变形分析35。9图 2-2 GPS 相对定位原理数据格式32由于滑坡监测一般需要对多个点安置 GPS 进行监测，2)地要涉及多种品牌和型号的，而不同厂家的数据格式一般不同，这给监测工作和数据处理都带来一定的不便，通常需要将原始数据转换为标准的 RINEX 格式文件。RINEX 是一种在 GPS 测量应用中普遍采用的标准数据格

32、式，为纯 ASCII码文本文件，与的制造厂商和具体型号无关。大部分的商业都支持RINEX 标准。其主要包括观测、导航电文和气象三种文件，分别星历和气象信息。观测值、实验选用 Ashtech，型号为 AC12。命令一般格式为：命令头，命令类型，参数，A/B，ON/OFF，回复时间间隔如：$PASHS,NME,GGA,A,ON 命令头分为设置命令“$PASHS”和查询命令“$PASHQ”两种。回复消息一般格式为：消息头，消息类型，数据*如：$GPGSV,2,1,08,16,23,293,50.3,19,63,050,52.1,28,11,038,51.5,29,14,145,50.9*78消息头有

33、 AC12 自定义的$PASHR 和标准 NMEA 回复消息头（如$GPGGA）。命令、消息的类型命令类型和消息类型按功能划分，可分为 3 类设置部分、NMEA(National)部分和差分部分。NMEAMarine Electronics Assotion，美海洋电子部分又分为 NMEA 字符串格式数据和原始二进制数据。其中 NMEA 数据是在10的程序利用原始信号生成的站点信息，一般用在导航和简单可视化界面。而二进制原始数据则主要用来科研或开发。包括 MCA、PBN 和 SNV，MCA 是伪距与相位等与观测值有关的量，PBN 包含时间和计算的位置信息，SNV 是星历信息。本滑坡监测中 GP

34、S 技术采用相对定位，利用对监测点进行差分处理，获得基线量时间序列。所以需要原始数据并转换为标准的 RINEX 格式，而系统简单绘图则直接可利用 NMEA 的数据，但如果考虑降低数据流量则必须从原始数据中解译相应信息。2.1.2 测斜仪图 2-3 测斜仪1)原理测斜仪是一种能有效且精确地测量土体水平位移或变形的监测仪器，分为固定式和滑动式两种。固定式是将测头固定埋设在结构物的固定点上；滑动式测斜仪主要由测头、测读仪、电缆和测斜管 4 部分组成。应用时先在土体中预埋测斜管，土体发生变形后，整个测斜管随之产生相应变形，通过测斜仪逐段测量倾斜角度，就到测斜管每段的水平位移增量36。测斜仪工作原理见图

35、 2-4。11图 2-4 测斜仪原理图2) 数据格式实验使用固定式测斜仪，有埋设由浅到深的 1-8 号探头，返回各天线 X,Y 方向上的坐标值。数据以 ASCII 格式分两次发送，每次 60 个字节，前 57 字节为有效字节，后三位为孔隙水参数，目前未加以利用。两次传送的数据字节格式如下表：表 2-1 测斜仪数据字节格式（：字节）实例：Z1 Z2的数据值是虚值，必须转换为 mmH1120.5 H1110.2，公式为：x=x*8。例如：0654 数据，其结果为 0654*8=52.32 mm12Z11#x1#y2#x2#y3#x3#y4#x4#y孔隙水参数 12666666667Z25#x5#y

36、6#x6#y7#x7#y8#x8#y孔隙水参数 226666666672.2功能需求分析滑坡监测管理应用实际是：单个滑坡项目包含若干测站，每个测站包含若干种类的传感器。而且，单个使用者可能同时需要管理若干个区域的滑坡项目。这要求洁的界面，且对项目实现集成、简便的管理。组织符合应用实际，有简项目信息能够长期保存以便下次直接使用而不必再次组织。中心需要完成每个传感器的独立数据实时和绘图。的文件以各自不同格式和路径有序放置。数据是在以字节流的形式的，而使用者需要直观地了解到并不须特别精确的数据质量，从而粗略判断监测对象的状态，采取相应措施，所以实时简易绘图。必须进行由于大部分时间要在无人管理下自动运

37、行，所以要对系统发生的事件进行记录，以便定期检查运行状况，在故障发生后，判断发生故障的可能原因。根据上述应用实际要求，结合本章前几节介绍的原理，1、项目管理需要实现以下功能：a.项目中各实体的抽象及其关系的组织。主要实体包括项目、测站、传感器。传感器类的抽象尤为重要，其需要不同类型传感器和不同通讯接口(COM 串口和无线 GPRS 网络端口)。此处对接口的从无线传输系统的角度上讲是不必要的，但是实际应用时可能需要直接用串口数据线对传感器进行检测，而成了各种传感器的控制模块，大大方便此项工作。中心集b.设计本地化项目文件组织格式。实现项目信息从内存到本地文件的保存，再次打开时还原到项目。c.界面

38、需有事件模块。事件系统运行期间发生的事件，以便管理判断问题发生的时间和类型。如失去终端的连接，终端登录了却没数据等。2、包括通信和两大模块。a.其中利用中心控件编制通讯模块，实现与 DTU 终端的连接通信。编写简单的控制模块对 GPS 进行控制。理论上各种传感器都需要相应的控制模块，但是实际上有些传感器只是简单的自动回传数据，并没有接收控制单元，如本实验所的测斜仪暂时就没有受控功能。而实验中采用的 GPS 则需要设置如13采样间隔，站点信息设置，参数设置，回复设置等较多参数。b.由于项目传感器多种类多数量，感器独立完成。同时，观测数据须分时段3、实时绘图管理比较复杂，所以数据。须由各传根据不同

39、传感器特点，绘制时间序列图。如测斜仪、GPS 的位移时间序列图和GPS 的天空图。绘图使变形信息可视化，使滑坡状态更加直观。4、格式转换包括测斜仪文本文件转Excel 格式输出和GPS 二进制原始文件转RINEX 标准文件输出的实现，为后续 GPS 差分定位求基线变化等应用提供数据文件。2.3 GPRS 无线通讯技术2.3.1 GPRSGPRS 是在 GSM（Global System for Mobile Communications，全球移动通讯系统）基础上增加 SGSN（Serving GPRpport Node，服务 GPRS 支持节点）、GGSN（Gateway GPRpport N

40、ode ，网关 GPRS 支持节点）等功能实体建立的一种封包式移动数据业务28。GPRS 使用分组交换技术，支持 IP 和 X.25 协议，且由于 GSM网络覆盖面广,使得 GPRS 能够提供ernet 和其它分组网络的全球性无线接入。它有十倍于 GSM 的高速数据传输（ 平均 56.7kbps，理论上可达 115kbps，最高171.2kbps）、接入时间短、和仅按数据流量优点，提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输27。相比与传统 2G 的 GSM 和现代刚起步的 3G(3rd-Generation，第三代移

41、动通信技术)，目前 2.5G 的 GPRS 网络是基于多址技术的移动通信体制中最成熟、覆盖面最广、功能最强的移动通信网络，利用 GPRS实现可靠性高、覆盖面积广，并且可以节省建网初期的投入，运营期间也无需网络，运行费用低廉。所以 GPRS 是目前的选择。另外，GPRS 接入方式人为划分成 CMNET（China Mobile Net，中国移动互联网）和 CMWAP（China Mobile Wireless Application Protocol，中国移动无线应用协系统通信链最合适议）两种，CMNET 可连接互联网，而 CMWAP 是只能WAP 网。它们在实现方式上并没有任何差别，但因为定位

42、不同，所以和 CMNET 相比，CMWAP 便有了14部分限制，资费上也存在差别。由于监测数据链使用了互联网所以在SIM（Subscriber IdentityCMNET。Module，用户识别模块）卡入网时必须把接入点设置成图 2-5 基于 GPRS 监测系统组成2.3.2 动态 IP数据通讯的前提是建立连接，IP 技术实现网络地址的唯一确定。互联网接入方式分专线接入方式和拨号接入方式即 PPP（Poto PoProtocol，点到点协议），其分别有多种接入技术。相对廉价的拨号方式每次联网获得的是动态的 IP。GPRS终端每次拨号获得的是虚网 IP，通过 GGSN 与ernet 互联，而数据

43、中心 IP 位于公网，若数据中心的 IP 地址不能确定，终端就没有办法数据中心，系统也就不能技术29。工作了。对此，有两种解决方案：动态1、动态技术和端口到动态 IP 的技术。通过所谓动态就是利用固定绕过查询到 IP 的转换）对应 IP 的操作（由 DNS （从而实现到终端的连接。工作原理：为接入Name Server,服务器）执行ernet 的主机申请一个动态，然后在主机上安装相应服务器，把当前 IP 地，随时检测主机的 IP 变化情况，一旦有变化就址更新到ernet 的2、端口端口服务器相应数据库的表单中，这样对方只要根据这个服务器上查找就可知当前对应主机的 IP。到分布在技术可以从拓扑角

44、度可以简单来理解为是父结点层的其它节点子15结点的技术。其利用公网 IP 和局域网端口这两种的结合，为有固定 IP 的是用 NAT(Network Address网络实体的成员增加识别码以便外部。端口Translation，网络地址转换)来实现的。NAT 是一种将一个 IP 地址域到另一个IP 地址域技术，从而为终端主机提供透明路由。NAT 常用于私有地址域与公用地址域的转换以解决 IP 地址匮乏问题。当选择固定 IP 接入公网而主机又处于某一局域网内时需要与局域网内其他主机区分开时，需要利用端口 来实现与 GPRS 终端的连接2.3.3 GPRS 模块图 2-6 GPRS 模块GPRS 模块

45、由 DTU 和（1）DTU30组成。实验选用众山科技生产的 ZSD31XX 系列的 DTU（Data Transfer现场的无线通讯模块。支持 PPP、TCP(TransferUnit，数据传输单元）作为滑坡Control Protocol，传输控制协议)、UDP(User Datagrrotocol，用户数据报协议)、ICMP(ernet Control Messages Protocol，网间控制报文协议)等众多复杂网络协议，提供全透明数据传输和用户控制传输两种模式。所谓透明传输，是指不对数据加工而进行的纯数据传输，发送方和接收方数据的长度和内容完全一致，相当于一条无形的传输线。该传输模块

46、同时支持点对点、点对多点、设备间、设备与中心间等各种不同的通讯模式。用户不用关心复杂的网络协议，使用 RS232 接口连接传感器，就可以进行无线数据收发，让设备能够随时随地接入ernet。其是基于中心以确C/S 的 SOCKET 标准的程序实现与数据中心的双向通讯，并且有定时16保（心跳）、自动登陆等功能。该产品已广泛应用于电力、数据采集、抄表等领域。使用 DTU 时，必须由用户设置以下参数：1、DTU 的 ID，即识别码；2、登陆，为 6 位字符3、4、中心的公网 IP 或利用动态技术绑定的中心的端，该端与端口技术的端从原理上是一个概念，即在局部区域的资源的识别号，以便外部对象。计算机端口资

47、源中，0到 1023 有特殊用处，如 FTP（File Transfrotocol，文件传输协议）、HTTP（HypertextTransfrotocol，超文本传输协议）、SMTP（Simple Message Transfrotocol，简单邮件传输协议）等，所以默认把65000。（2）SIM中心的端设置成大于 1023 的号码，如实际上是一张内含大规模集成电路的智能卡，用来登记用户识别数据和信息。 该卡包含了国际移动用户识别号、）、鉴权密钥及加密算法、临时网络数据（如区域识别码、移动用户暂时识别码等）、相关的业务代码（如个人识别码、码、计费费率等）、簿等数据33。在时，需要开通 CMNE

48、T 功能以便接入互联网，并且要定制适合的数据流量业务，该业务资费因当地服务商而异，如长沙每月 500M 费用是 50 元，2G 则为 100 元。2.4 小结本节介绍了 GPRS 通信基本原理，分析了实现中心到 DTU 终端建立连接所要利用到的动态 IP 技术。在了解 GPS、测斜仪数据格式之后，列举件所需要完成的各项功能。软17第三章 系统设计系统整体设计成树型框架旨在实现便捷的项目管理，主要构造了项目、测站、传感器等实体类，在掌握数据流细节的基础上，实现管理、通信、和格式转换、绘图功能，实现功能的实体分别为主程序、中心控件、传感器类、和绘图类。系统管理主要为项目实体的增删、参数设置和项目信

49、息文件加载与保存的操作；与终端的通信在传感器到接口中心后由中心管理；由传感器独立完成，并且利用时间控件实现分时段，Office 对象将测斜仪文本文件转换为 EXCEL 文件，利用二进制转 RINEX 文件的程序模块实现格式转换以供相对定位等后续工作使用；绘图类在传感器数据格式 （Record 结构体的时间序列）的前提下，接收用户选中的树节点所对应传感器的数据，通过拥有的多种传感器图接口绘制相应坐标图。3.1系统框架设计系统实时绘图格式转换项目通信存储管理(a)项目 1中心控件数据项目 2测站 1传感器 1中心绘图类数据流001100控件测站 2传感器 2(b)图 3-1系统（a）功能架构与（b

50、）逻辑架构18如图 3-1（a），系统须实现项目管理、（包括通信和）、绘图和格式转换四大功能模块，图 3-1（b）为系统各实体的逻辑关系架构，每个项目设置一个中心控件，对其测站的传感器进行句柄交给中心控件，相当于在项目中监测，各个传感器需要将自己的处理程序，然后中心控件在收到数据后即可根据与DTU 终端一致的传感器接口 ID 号将数据传给指定传感器，再而实现数据的相应处理和绘图。3.2系统数据流图格式Rinex 文件GPS 原始数据文件*.gpsGPS 原始二进制流NMEA 字符串流转换测斜仪字符串流读数格式Excel 文件据测斜仪数据文件取转换*.slp中转心换控制命令字符串流图 3-2 数

51、据流图系统从数据中心接收到的数据按DTU 的ID 号分发给相应传感器处理，成原始文件再进行格式转换；在传感器数据处理中，利用格式特点匹配更新实时绘图所需变量；同样，数据中心依据 DTU 的 ID 反方向发送控制命令调整监测现场传感器状态。19实时绘图所需变量3.3 主要类关系及结构SensorDataPortInclinometer测斜仪StressGauge应力计GPSGPS_DataStrg_DataInc_Data图 3-3 主要类关系传感器基类派生出各种类型传感器，利用不同和绘图等公共接口、成员统一传感器，其中 Sensor 类主定义如下，其采用虚函数技术实现不同数据格式处理的；Dat

52、aport 类实现传感器接口的对外。20Info;enum SensorType;/Record;/传感器基本信息结构体/传感器类型枚举/结构体DataPort m_DataPort;/通讯接口/Queue m_Records;/m_Data; m_Writer; m_Readerm_Converter;/当前的一组队列/数据/文件写入器/事后文件器/文件格式转换器Timer m_tmrLog;Timer m_tmrSpand;/采样间隔管理器/时段间隔管理器blnWritable;blnRealTimeDisp;/开关/绘图开关Event LogOutEvenEvent LogInEvenn

53、dler LogOut;ndler LogIn;/注销OnData(DataPort:ReceivedEventArgs e);/Record ReadRecord(Byte);/数据处理程序/从字节流获取信息Virtual RealTimeLog(DataPort:ReceivedEventArgs); /实时Virtual RealTimePlot(String);/实时绘图图 3-4 Sensor 类结构传感器中传感器数据 m_Data、Record结构体及与有关的实时队列、返回的函数等由具体传感器子类定义，Converter 类实现二进制向RINEX、文本向 EXCEL 等文件格式的转

54、换，通讯接口、分时段基本成员的定义皆由基类完成。和实时绘图等21enum PortType; m_DataportType;struct ReceivedEventArgs;接口类型枚举/GPRS/接口类型/接收数据事件参数m_SerialPort;/串口m_AxDenterX;/中心控件，实现 GPRS 通信m_DTUID;m_PassWords;Name; Setting;/DTUID/登陆/串/串口参数bool blnIsConnected;/端口状态event DataRecievedEven event ConnectedEvenevent DisConnectedEvenndler

55、 DataRecieved;/收到数据事件/连接事件/断开连接事件/注销事件ndler Connected;ndler DisConnected;event DeletedEvenndler Deleted;event AddedEvenndler Added;/事件Open(DTUID,PassWords,AxDenterX Center);/方式 1到中心/方式 2到中心/断开接口/注销账号/发送数据到终端Open(String PortName,String Setting); Close();Delete();SendData(String );m();OnDTUData();OnDT

56、ULogout(); OnDTULogin();/串口收到数据/GPRS 收到数据/DTU 终端注销/DTU 终端图 3-5 DataPort 类结构DataPort 类设有串口和 GPRS 两种数据来源通讯端口，在类中构建端口打开、关闭、连接和收到数据公共事件，对外接口，使串口和 GPRS 两种接口DataPort 数据端口，简化操作。为223.4 数据结构设计3.4.1 项目信息文件项目信息（包括来源、事件、所有者等）测站 1 信息测站 1 中各传感器信息测站 2 信息测站 2 中各传感器信息3.4.2 测斜仪数据文件考虑到数据库的开销过大，并且数据独立性的要求，本文采用自定义文件格式间为

57、准。测斜仪数据。由于测斜仪并未返回时间信息，所以，以计算机系统时#YYYY/MM/DD/hh/mm/ss3.5 主要功能流程图3.5.1 通讯连接开始N是否 GPRS?Y将 DTU到数据中心并触发事件结束图 3-6 数据中心与 DTU 连接流程图23更新当前端口信息设置串口参数，打开串口将数据接收句柄挂到数据中心通讯以建立连接为前提设计将一个项目中的所有传感器交予项目类管理，项目类建有端口中心（串口中心和 DTU 中心），实现通讯的集中管理，在一次连接的过程中，传感器根据所持的端口类型，使用重载的 Open 方法传入相应参数打开端口。其中，当其为 GPRS 通信时只需把传感器 DataPort

58、 的 DTU ID到 DTU 中心，将接口收到数据句柄挂接到中心，即中心收到数据再向所有传感器广播，传感器只需判断是否为自己的数据然后进行相应处理即可。3.5.2 实时与绘图开始缓冲区有?NY抽取更新变形序列变量NN开关绘图开关YY写文件绘图结束图 3-7 实时与绘图流程图实时匹配并是为了向供绘图等实时的操作提供变量，实时则是直接将字节数组保存到文件，再由事后解译。事后与实时除实施读取额外涉及缓冲区操作和不同的文件组织外并无差别。24将收到的数据添加到缓冲区开始根据$PASHR,NME,MCA,将字符串副本炸开成分段串根据段首末索引到字节缓冲区提取字节数组 bytes()依 MCA 的格式完成

59、字节数组到的转换，并用 Flag 标记转换成功与否N最后一个段？YNFlag=true?Y结束图 3-8 GPS 数据中 MCA流程图数据中心收到对应有传感器接口 ID 的字节流数据分发给数据所有者后，传感器使用缓冲区数据并实施提取（由字节数组匹配对应格式再到有固定$PASHR”结构体中）操作，通过、绘图开关决定是否和绘图。其中因为格式匹配较容易实现，一般是根据 ASCII 格式的字头如“Z1”，“即可。图 3-8 是变量等将流分段，则每段至多有一个完整的，再逐段匹配单个GPS 的 MCA实时提取流程图，该操作到 MCA 内存25缓冲区=bytes()清空缓冲区建立缓冲区字符串副本从临时文件的

60、文件头开开始N是 MCA？YN缓冲区为空或与前条MCA 同时刻？写入缓冲区N检校位正确？YY是否到临时文件的文件尾？YY源文件尾？N结束图 3-9 GPS 原始文件向 RINEX 格式转换流程图厂家对数据进行了压缩，如 PBN 含绝对时间（为了节约成本，秒，用 4 个字节用 2 个字节），而紧接的多条 MCA 只有相对时间（以 30 分钟为模的毫秒数，），造成回复之间的依赖关系，给数据提取带来一定不便。如图 3-9，该模块设计利用临时文件周等常数，然后更新相应量再逐，先找出相对时间和绝对时间的写入文件，实现转换。关系、3.6 小结本节基于第二章详细的需求分析，在掌握数据流的同时，设计了体架构、