【摘 要】
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随着我国水利、交通、建筑等行业的快速发展,对大型工程的变形监测工作提出了更高的要求,非物联网下的全站仪自动监测系统已经无法满足当前各类变形监测项目的需求。当前的物联网技术具备解决以上问题的巨大潜力,尤其是嵌入式与边缘计算的结合,可以为全站仪变形监测来定制具备计算、存储、通信以及多接口的边缘端微控制器,以实现无人值守的自动化监测,来满足目前变形监测工程的迫切需求。因此,为实现基于边缘计算的全站仪自动
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随着我国水利、交通、建筑等行业的快速发展,对大型工程的变形监测工作提出了更高的要求,非物联网下的全站仪自动监测系统已经无法满足当前各类变形监测项目的需求。当前的物联网技术具备解决以上问题的巨大潜力,尤其是嵌入式与边缘计算的结合,可以为全站仪变形监测来定制具备计算、存储、通信以及多接口的边缘端微控制器,以实现无人值守的自动化监测,来满足目前变形监测工程的迫切需求。因此,为实现基于边缘计算的全站仪自动化监测系统,本文主要从以下几个方面来展开:(1)从系统架构、采用技术等角度进一步分析非物联网下的全站仪自动监测系统存在的问题,根据其所存在的问题,带着目的明确地分析目前物联网的相关技术,如嵌入式、边缘计算等。通过综合分析将物联网技术与全站仪自动监测技术相结合,设计出物联网下基于边缘计算的全站仪自动监测总体方案,并对方案进行可行性分析。(2)为实现边缘端全站仪无人值守的自动监测,采用嵌入式与边缘计算,将全站仪气象观测条件的判定、全站仪自动化测量、数据存储以及长时间监测运行环境下的设备供电等功能均在边缘端实现。因此,需要针对以上功能选择合适的硬件设备与软件实现环境,本文对所采用的智能型全站仪、微控制器、通信模块、气象模块以及UPS不间断供电模块进行介绍,并完成无操作系统的边缘端软硬件开发环境的搭建,以支持后续全站仪自动监测完整功能的实现。(3)还需要考虑全站仪在观测过程中的测点遮挡与全站仪视场内出现多个目标棱镜时的处理,以及无操作系统的边缘端软硬件开发环境下,如何进行气象数据的获取、全站自动化监测、限差判定与数据处理、数据存储。针对以上问题,本文根据所用气象模块的通信协议来实现气象数据的获取与解析;采用Fat FS文件管理系统,并封装其驱动SD卡的函数,来实现将监测数据以文件的形式保存在边缘端节点;结合边缘端环境,采用一定的重测机制来实现对超限观测数据的处理;采用多项差分处理技术与坐标转换结合的方式对观测数据进行处理,同时利用测站点与基准点之间的已知方位对水平方向差分改正进行改进,并通过试验验证了其可行性。(4)在物联网环境下建立基于边缘计算的全站仪自动监测系统的最终目的还是获取可靠的变形监测数据,因此本文针对边缘端系统环境与特点和云上系统的架构特点,来设计可以区分不同边缘端节点的传输协议,并建立云—边缘端通信链路,完善边缘端节点的网络重连功能。最后,对接入云上系统的边缘端系统进行长时间运行下的功能验证试验,并对监测成果进行统计分析,表明系统运行良好。
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