危岩体微小位移和倾斜监测系统技术条件.docx
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危岩体微小位移和倾斜监测系统技术条件
危岩体微小位移和倾斜监测系统技术条件
1范围
本标准规定了危岩体微小位移和倾斜监测系统的组成和主要功能、环境条件、主要技术指标、设备接口及数据传输、设备安装、检测、试验等内容。
本标准适用于危岩体微小位移和倾斜监测系统的设计、研制、生产、使用、检验和维护。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T15844.3—1995移动通信调频无线电话机可靠性要求及实验方法
GB/T25119—2010轨道交通机车车辆电子装置
GB/T21413.2—2008铁路应用机车车辆电气设备第2部分：
电工器件通用规则
GB/T28026.1—2011轨道交通地面装置第1部分：
电气安全和接地相关的安全性措施
GB/T32347.2—2015轨道交通设备环境条件第2部分：
地面电气设备
GB/T32347.3—2015轨道交通设备环境条件第3部分：
信号和通信设备
GB/T21562—2008轨道交通可靠性、可用性、可维修性和安全性规范及示例
GB/T24338.5—2018轨道交通电磁兼容第4部分：
信号和通信设备的发射与抗挠度
GB/T24338.6—2018轨道交通电磁兼容第5部分：
地面供电设备和系统的发射与抗挠度
GB/T2423.1—2008电工电子产品环境试验第2部分：
试验方法试验A：
低温GB/T2423.2—2008电工电子产品环境试验第2部分：
试验方法试验B：
高温
GB/T2423.22—2012电工电子产品环境试验第2部分：
试验方法试验N：
温度变化
GB/T2423.38—2008电工电子产品环境试验第2部分：
试验方法试验R：
水试验方法和导则
GB/T4208—2017外壳防护等级（IP代码）
GB/T191—2008包装储运图示标志
TB/10007—2017铁路信号设计规范
TB/10006—2016铁路通信设计规范
TB/T28792—2012列车无线调度通信系统技术条件
TB/T1875—1987机车无线电通信天线类型、基本参数及测量方法
Q/CR651.1—2018机车综合无线通信设备第1部分：
技术条件
铁建设〔2007〕39号铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定
3术语和定义
3.1
加速度传感器AccelerationTransducer通过测量加速度，反应被测物倾角和位移的传感器。
由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。
3.2
北斗定位BeidouNavigation
基于北斗卫星定位系统的定位方式。
3.3
信道机RadioSystemTransceiver
能够同时接收多路信号的信号接收机。
3.4
FFSK编码器FFSKEncoder
基于快速移频键控技术，将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。
3.5
静态电流QuiescentCurrent
没有信号输入时的电流，也就是器件本身在不受外部因素影响下的本身消耗电流。
3.6
最大工作电流MaximumOperatingCurrent
连续工作允许通过的最大电流称为最大工作电流。
3.7
发射电流EmissionCurrent
信号发射时的瞬态电流，称为发射电流。
3.8
发射功率EmissionPower
信号发射时的瞬态功率，称为发射功率。
3.9
特征频率CharacteristicFrequency系统传输的简正频率。
3.10
同步数据传输SynchronousDataTransmission
同定的时钟节拍来发送数据信号的数据传输方式。
3.11
前向纠错ForwardErrorCorrection
也叫前向纠错码，利用数据进行传输冗余信息的方法，当传输中出现错误，将允许接收器再建数据。
3.12
CRC校验CyclicRedundancyCheck
循环冗余检查（CRC）是一种数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面，接收设备也执行类似的算法，以保证数据传输的正确性和完整性。
3.13
温度补偿TemperatureCompensation
采用线性插值的方式对传感器的温度漂移进行修正。
4缩略语
FFSK：
快速移频键控（FastFrequencyShiftKeying）
CRC：
循环冗余校验（CyclicRedundancyCheck）
FEC:
前向纠错（ForwardErrorCorrection）
5组成和主要功能
5.1组成
危岩体微小位移和倾斜监测系统由监测中心站、监测单元两部分组成。
监测中心站：
接收各监测单元发出的状态信息，并对状态信息进行处理、判断，产生预报警信息，通过给定的信道，实现危岩报警信息的无线发送；同时通过3G/4G网络（VPN）将预报警信息推送到集团公司防灾安全监控平台。
监测单元：
对被监测物（处所）的状态信息进行采集，并通过低功率无线通信模块向监测中心站发送状态信息。
5.2基本功能
危岩体微小位移和倾斜监测系统具有对被监测危岩监测数据的自动采集、无线传输、后台处理、远程报警等功能。
5.3监测中心站组成及功能特性监测中心站采用模块化结构，由3G/4G网络模块、北斗定位模块、低功率无线通信模块（含天线）、信道机、控制单元、存储模块、语音单元、天线、蓄电池等组成，具有以下功能特性：
——具有给定信道无线收发功能；
——具有设备参数设定功能；
——具有根据接收数据编码发送信息功能；
——具有定位功能；
——具有移动通信网络功能。
5.4监测单元组成及功能特性
监测单元作为系统的基础信息采集部分，通过高精度传感器实现对被监测物（处所）状态参数的采集，并将状态信息通过低功率无线通信模块发送至监测中心站。
监测单元由低功率无线发射模块、控制单元和传感器模块等3部分组成,具有以下功能特性：
——具有对被监测物（处所）状态信息采集功能；
——具有给定信道无线收发功能。
6环境条件
6.1环境温度
环境温度为-25℃～+70℃。
6.2海拔高度
适合3000米以内。
6.3相对湿度
温度保持30℃不变时，相对湿度≤95%（RH）。
6.4外壳防护等级
外壳防护等级符合《外壳防护等级》（GB/T4208—2017）规定，达到IP65的等级要求。
6.5电磁兼容
符合《轨道交通机车车辆电子装置》（GB/T25119—2010）中5.2电源过电压、5.4浪涌和静电放电、5.5电磁兼容性的要求。
7主要技术指标
7.1中心站
7.1.1外型尺寸
120mm×300mm×240mm。
7.1.2天线技术要求
类型：
TQJ-450全向天线。
频率范围：
403MHz～483Mhz。
7.1.3信道机要求
信道机采用GP3688，技术要求符合TB/T3052—2002中便携电台的要求。
7.1.4电源
监测中心站采用太阳能和蓄电池组合方式供电，蓄电池的型号和容量可根据使用区段的气候条件确定。
——工作电源：
太阳能和蓄电池组合；
——蓄电池：
8.4V/12000mAh可充电锂电池；
——蓄电池可靠运行时间：
2年；
——太阳能电池板：
功率50W；
——80%电量（冗余）续航时间：
48小时。
7.1.5使用年限：
4年。
7.2监测单元
7.2.1外型尺寸：
180mm×100mm×100mm。
7.2.2通信要求
——无线通信采用低功耗射频收发器；
——频率范围：
428MHz～438MHz。
7.2.3检测精度
——探测最小偏转角：
1°；
——探测最小倾斜角：
±1°；
——探测最小位移量：
0.5cm。
7.2.4电池
——额定容量：
不小于19Ah；
——标称电压：
3.6V；
——电池寿命3年；
——静态电流：
≤1mA；
——最大工作电流（发射时）≤100mA。
7.2.5整机结构
——外壳材料：
PVC；
——全封闭，防水防尘；
——电池、传感器内置。
7.2.6使用年限：
3年。
监测中心站与预报警信息上传机车系统通讯接口定义
8.1通讯方式
a）使用RS232连接；
b）波特率：
9600bps；
c）校验：
无；
d）数据位：
8位；
e）起止位：
前后各1位。
8.2传输协议
传输数据格式见表1。
表1传输数据格式
字节数
值
内容
Byte1
0xff
码头
Byte2
0x2f
命令标识
Byte3
0x00
命令标识
Byte4
0x05
数据长度（含校验位）
Byte5
0x44
通讯命令
Byte6
0x02
命令长度
Byte7
0x00-0x04
发射信息值,0：
正常，1：
出巡，2：
限速，3：
封锁
Byte8
0x00-0xff
校验值=0xff-（（byte5-byte7所有字节校验和）mod256）
Byte9
0x00-0x04
校验值=0xff-（（byte1-byte8所有字节校验和）mod256）
8.3无线信道数据通信协议
a）调制方式：
FFSK；
b）传输速率：
1200bps；
c）特征频率：
l：
1200Hz，0：
1800Hz；
d）数据传输模式：
同步数据传输模式。
8.4编码方式
纠错控制采用前向纠错与CRC校验结合的方式。
前向纠错码采用缩短循环（26，16）码，纠错编解码的生成多项式为：
G（X）＝X10＋X8＋X7＋X5＋X4＋X3+1校验码采用CCITT推荐的CRC校验码，校验码生成多项式为：
G（X）=X16＋X12＋X5＋1数据帧格式见表2。
表2数据帧格式
51bit
31bit
8bit
8bit
40bit
8bit
8bit
8×nbit
16bit
位同步
帧同步
模式字
数据长度
地址
控制字
命令
信息
CRC校验
01…10
0DD4259F
0CH
9+m
413F1F0000
1FH
8CH
9安装要求
9.1监测中心站
9.1.1监测中心站安装要求
a）禁止安装在相邻2条线路之间；
b）监测中心站选址需3G/4G信号良好；
c）监测中心站与监测单元的可视距离不大于250m，且中间无遮蔽物；
d）监测中心站正上方6米内无供电线路；
e）监测中心站距离邻近线路中心线大于6米，困难地段不小于4.5米，否则立杆时应在向（远离铁路方向）下锚、设置拉索，拉索采用不小于4mm的不锈钢绳索。
9.1.2监测中心站安装方式
a）底座安装
——基坑尺寸：
50cm×50cm×80cm（注意：
预埋件嵌入原土层不少于60cm）；
——预埋件尺寸：
26cm×26cm×80cm；
——浇注混凝土【注：
混凝土标号C25，砼配合比为：
水泥:
砂:
石:
水=1:
1.42:
3.3:
0.45】，浇筑过程中需不断修正钢架位置，确保预埋件水平。
基础砼顶面高出既有地面20cm，确保基础砼顶面无积水；
——基础砼浇筑完成后，基础砼顶面的4个螺栓要带上螺帽，同时对螺杆和螺帽作防锈处理，确保立柱安设时丝口无破损。
b）立杆
——天线应高于铁路线路平面3米，距离接触网带电体须大于2米，并尽量避开铁路沿线遮挡电磁波的建筑物和山体。
c）太阳能电池板安装
——电池板靠近杆顶安装；
——太阳能电池板朝向正南，与水平面成45°，且无遮挡；
——电池板电源极性：
红（+），蓝（-）。
d）天线、避雷针安装
——用紧固件将天线、避雷针固定于立柱上，插接电缆至天线插口，并紧固插接件。
e）主机安装
——主机位于电池板正下方，靠近杆顶安装；
——将3芯电源插件插入对应插座，接通主机电源；
——关闭主机箱盖，拧紧紧固螺丝。
9.2监测单元
9.2.1监测单元安装要求
a）与监测中心站的可视距离不大于250m，且中间不应有遮蔽物；
b）应固定安装在被监测物（处所）上，监测单元与附着物不能有相对位移；
c）安装时应保持水平姿态（水泡居中）。
9.2.2监测单元安装方式
a）在被监测岩体上开Φ12mm孔；
b）将监测单元支架通过膨胀螺栓固定在岩体上；
c）将监测单元固定在支架上。
10检测方法
10.1电台检测
a）电流检测：
——正常静态工作电流约为50mA。
b）参数检测：
——导入电台参数模板，克隆至电台；
——读取电台参数，确认参数写入完整。
c）发射电流检测
——读取电台发射参数信息；
——调整频点454.000和459.325所对应的参数值，使电台在454.000～459.325频点范围内发射功率在3.0W～3.3W之间；
——检查电台发射电流是否正常（正常发射电流为1.0A～1.3A）。
10.2主板检测
a）焊接质量检测；
b）正负极短路检测；
c）保险管（5A）检测；
d）主板功能检测。
10.33G/4G通信板检测
a）焊接质量检测；
b）正负极短路检测；
c）工作电流检测：
联网状态约为160mA。
10.4ADXL板检测
a）高低温补偿测试：
——ADXL板加载高低温试验程序并上电；
——通过comtest软件，选择串口和频点；
——设置targetID为：
0000FFFF；
——点击LightON开启ADXL指示灯；
——设置当前室温：
CurrentTemperature；
——初始温度校准：
TemperatureCalibrate（设置成功后，ADXL指示灯会自动熄灭）；
——再次点击LightON开启ADXL指示灯；
——设置试验箱温度为-20℃，将高低温试验箱温度降至-20℃；
——启动温度补偿试验：
StartCompensate（若启动成功，ADXL板指示灯将由长亮转为闪烁）；
——当温度回升到室温时，启动散热片持续加温（防止启动试验箱震动影响温度补偿数据）；
——升温至70℃时，停止补偿（若停止成功，ADXL板指示灯将由闪烁转为熄灭）。
b）数据平滑：
——通过comtest软件，选择串口和频点；
——设置TargetID为目标板ID（如0000232E，即9006号）；
——设置FlashStartAdd为：
7F000，FlashEndAdd为：
7F44C；
——读取ADXL板Flash值，并保存；
——通过OperateExcel.exe软件，导入之前保存的Flash数据；
——逐行检查X、Y、Z三个分量中，每相邻两行数值之间差值不能超过±2。
若只是个别值相差大，可单机某个值手动修改；若多处差值均很大，根据实际情况，进行数据的向上或向下延展（最大序号为175），生成新的平滑数据并再次写入ADXL板。
c）功率/电流检测：
——保持监听和待测ADXL板两者水平相距2m，监听垂直方向高于ADXL板1m；
——ADXL板上电（其静态电流为19mA～20mA）；
——通过Comtest软件，选择串口和频点，
——设置targetID为目标板ID；
——功率测试：
WirelessPowerTest，
——读取ADXL板发射功率：
RSSI（其合格值应大于180）；
——读取ADXL板发射电流：
其合格值范围应为100mA～130mA。
10.5电池检测
a）锂电池组检测：
——锂电池容量检测：
5Ah；
——锂电池端电压检测：
8.4V；
——锂电池充电保护检测：
过充/过放功能。
b）锂亚硫酰氯电池检测：
——电池容量检测：
12Ah；
——电池端电压检测：
3.6V；
——电池带载端电压检测：
电池负载100mA时，端电压应为3.2V及以上。
10.6整机检测
a）中心站主机检测：
——主机工作电流检测：
静态电流小于1A，电台发射电流1.6A左右；
——3G/4G功能板检测：
D2指示灯长闪，标志3G/4G功能板正常联网；或通过GpsLandMine.exe查看是否正常联网，ROCIDonline标志联网正常；
——GPS时间校准功能检测：
当收到GPS信号时，主机时间会自动校准；
——报警语音检测：
模拟发送报警命令，通过预警仪监听模式收听报警信息，检查参数编码是否设置正确；
——中心站ADXL板，正常工作情况下D2灯长亮。
b）监测单元检测：
——通过comtest.exe程序，选择串口和频点；
——设置TargetID为目标板ID；
——设定固定偏移量为：
0A0A0A282828（16进制）；
——激活检测：
通过WriteOffset激活监测单元（激活过程需给监测单元1g加速度，或重新上电），激活后ADXL板D2灯会由“熄灭”变为“闪烁”；
——报警检测：
将监测单元添加至模拟中心站编组，通过监听查看监测单元报警信息；
——休眠检测：
通过ResetOffset休眠监测单元，休眠后ADXL板D2灯会由“闪烁”变为“熄灭”；
——静态电流检测：
在法拉电容和ADXL板之间串入电流表，设置监测单元当前状态为稳态，检测监测单元主板静态电流，最小电流应低于0.45mA以下；
——拉距检测：
水平距离250m，且中间无遮挡物，检查模拟中心站和监测单元间通信是否正常。
c）中心站和监测单元通信检测：
——通过GpsLandMine.exe程序，设置监测单元偏移量101010404040（十进制）；
——向中心站设备添加监测单元编组；
——设置监测单元当前状态为稳态；
——通过模拟中心站实时查看中心站监测单元应答情况，以确定两者通信是否正常。
10.7低温试验
在高低温试验箱，测试设备分别在低温-25℃和高温70℃时能否正常工作。
按GB/T25119—2010中12.2.3方法进行试验，严酷等级主机为-25℃，试验中设备不加电，持续时间2h，并进行功能特性检测。
恢复常温2h后，在正常室温下重新进行功能特性检测。
10.8高温试验
按GB/T25119—2010中12.2.4方法进行试验，严酷等级主机为70℃，试验中设备不加电，持续时间2h，并进行功能特性检测。
恢复常温2h后，在常温下重新进行功能特性检测。
10.9交变湿热试验
按GB/T25119—2010中12.2.5方法进行试验，严酷等级为55℃和25℃，试验周期数2，试验时间2d。
两周期试验结束后，在正常试验大气压下恢复1h～2h，进行功能特性检测。
10.10高低温交热试验
按GB/T2423.22—2012第1章规定进行试验，严酷等级低温为-20℃，高温为45℃，试验时间3h，转换时间23min,5个循环，恢复常温4h后，进行功能特性检测。
10.11水试验
按GB/T2423.38—2008中试验Ra：
滴水进行试验，降水强度为400mm/h±50mm/h，水滴尺寸
3.8mm±0.4mm,喷射或倾斜角度为90度，持续时间2h。
试验后进行功能特性检测。
10.12外壳防护
外壳防护等级按照GB/T4208—2017中第13章的试验条件和方法按13.4、13.5条进行第一特征数字试验，试验后进行功能特性检测；按照GB/T4208—2017中第14章的试验条件和方法进行第二特征数字试验，试验后进行功能特性检测。
10.13电磁兼容试验
a）射频抗扰度试验：
中心站主机按GB/T25119—2010中12.2.8.1进行。
b）电源过电压、浪涌和静电放电试验：
中心站主机按GB/T25119—2010中12.2.6进行。
c）电快速瞬变脉冲群抗扰度试验：
中心站主机按GB/T25119—2010中12.2.7进行。
d）射频干扰试验：
中心站主机按GB/T25119—2010中12.2.8进行。
10.14老化试验
整机联机上电老化72小时，试验后进行功能特性检测。
10.15贮存试验
在不工作的状态下，在-25℃～70℃环境温度下贮存，低温贮存24h，高温贮存48h,贮存后经恢复5h～15h后，进行功能特性检测。
10.16型式试验、出厂试验、验收试验
型式试验、出厂试验、验收试验项目按表3规定进行。
表3型式试验、出厂试验、验收试验项目
序号
试验项目
条款号
型式试验
出厂试验
验收试验
1
电台检测
10.1
√
√
√
2
主板检测
10.2
√
√
√
3
3G/4G通信板检测
10.3
√
√
√
4
ADXL板检测
10.4
√
√
√
5
电池检测
10.5
√
√
√
表3型式试验、出厂试验、验收试验项目（续）
序号
试验项目
条款号
型式试验
出厂试验
验收试验
6
整机检测
10.6
√
√
√
7
低温试验
10.7
√
8
高温试验
10.8
√
9
交变湿热试验
10.9
√
10
高低温交热试验
10.10
√
11
水试验
10.11
√
12
外壳防护
10.12
√
13
电磁兼容试验
10.13
√
14
老化试验
10.14
√
15
贮存试验
10.15
√
11标志、标签、使用说明书
11.1标志
11.1.1铭牌上应有下列内容
产品名称、型号、制造单位名称、出厂日期、产品编号。
11.1.2产品编号应在中心站主机正面醒目位置。
11.1.3包装箱上应有下列内容：
产品名称、型号、制造单位名称。
外形尺寸（长╳宽╳高）及重量、“怕湿”、“向上”、“堆码极限”等包装储存图示标志（应符合GB/T191—2008的规定）。
11.2标签
11.2.1标签上应有下列内容
检验员代号、检验合格印章、检验日期。
11.2.2送货单上应有下列内容
产品名称、数量、规格型号、收货单位、收货人、发货单位、发货人、发货时间。
11.3使用说明书
使用说明书应有以下内容：
产品概述、产品特点、使用方法、安装要求、注意事项。
12包装、运输、储存
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