【摘 要】根据陕西某高速公路高填土路基段路基沉降监测的需求，开发了基于GPRS的数据采集和处理系统，对路基沉降实时、长期的监测。该系统具有数据采集、处理，以及GPRS无线远程传输的功能，并可以通过远程的监控中心的数据库管理系统对数据进行实时的显示、存储和查询。路基沉降数据的采集为高速公路路基沉降的预警和维护奠定了基础。
【关键词】路基 监测沉降 GPRS 数据采集
一、引言
西部山区的高等级公路建设中，桥隧比例很大，不可避免的出现大量软质岩石回填、高填方路基。从目前投入运营的高速公路来看，普遍反映出路基沉降问题较为严重，路基沉降是路基施工期和道路建成以后经常出现的一种病害。路基施工期间，由于填土速度过快，导致路基承载力不足，路基出现纵向开裂；或者由于地基处理后，没有进行沉降观测，在路基沉降速度仍然较大、工后沉降不满足规定时就进行路面施工；或者路基填土压实控制不严，导致路基在自重的作用下出现压缩变形。如何及时、准确地监测路基的沉降状况，掌握路堤的变形规律变得尤为重要。
本项目的实施就是为了实时、长期、准确的监测路基的沉降情况。在本项目中，由于这些特殊地质的高速公路地处偏远，现场进行采集很不方便，且费用昂贵。我们采用的GPRS技术具有网络覆盖率高，传输特性好，速率快，不受地域限制，运行费用低等优点。适用于间断的、突发性的和频繁少量的数据传输。因此采用GPRS技术可以将传感器采集到的数据及时的传输到远程的监控中心，实时监控路基沉降的状况。监测系统根据路基施工和工后期间的沉降数据，反算出路基的健康状况，并探求软质岩石路堤的变形情况，为以后在类似的地质环境下修建高速公路提供科学依据。
二、GPRS通信原理
基于GPRS的无线通信主要有三部分组成，即：位于现场的GPRS数据采集终端，GPRS与Internet网络和远程的监控中心。数据采集终端位于高速公路路基的现场，数据采集终端连接有GPRS模块，将路基沉降数据的采集无线传输，数据经过BSS移动基站实时发送给GPRS网络，GPRS和Internet网络是实现数据采集系统和远程监控中心数据交换的桥梁。GPRS网络服务商提供GGSN服务器，GGSN分配给GPRS数据采集监控中心相应IP地址，从而实现数据采集终端和Internet的连接，在通过Internet网络将数据是送给监控中心的服务器，这样，监控中心就可以实时的监测到数据采集终端的数据采集情况，远程监控中心负责对接受数据和对远程传输的路基沉降数据进行分析，并建立相应的数据库。同时也可以对远程的数据采集终端模块发出指令，使得远程数据采集器进行一系列动作，保证数据采集器的对数据的顺利采集。
三、系统硬件设计
本数据采集系统主要由传感器、数据采集器、GPRS无线传输模块等组成，其中数据采集器为核心单元，主要包括微处理器，信号放大电路，FLASH存储，时钟芯片和RS485通信接口组成， 本项目中选用的JS―1800系列传感器为硅压阻式传感器，它是一种低耗能高精度、单总线数字传输、宽温度范围、高可靠性的产品。为了防止外界对于信号对于控制控制系统的干扰，我们采用光电隔离器措施进行过滤，光电隔离具有体积小、功耗小的特点。所选微处理器具有AD转换的功能，无需另加AD转换电路。
由于项目所处高速公路地理位置较为偏远，需要自带电池供电，这就需要所选的芯片尽量省电。微处理器我们选用了TI公司的MSP430F149，这是一款低电压、低功耗的单片机芯片，并且自带有仿真和两个串行通信接口。这符合本项目的低功耗和方便无线传输的设计要求。GPRS模块我们选择北京驿唐公司的MD-609G实现无线传输，选用RS485接口进行电平转换。
路基沉降量的模拟信号进过传感器的采集，信号的放大后，输入单片机，单片机对数据进行处理，并控制传感器对数据的采集，单片机处理后的数据进过GPRS模块发送出去，进过GPRS网络和Internet网络传输到监控中心。方便监控中心对数据采集并得知系统的工作情况。
四、系统软件设计
系统的软件设计包括数据采集系统的软件设计和监控中心数据管理软件设计。
数据采集模块的软件设计基于IAR公司的IAR Embedded Workbench集成开发环境，采用C语言编写。数据采集系统主程序的功能是上电后， 执行初始化子程序，然后进入低功耗状态，当软件延时标志被置位时，启动外部中断 INT0，每一路采集10 组数据，通过外部中断 INT0 进行采集，够10次后关中断，进行数据处理， 将处理后的数据存入缓冲区， 等待发送； 整个发送是通过定时中断INT1来控制的， 设置1小时发送一次采集数据。首先将发送缓冲区的采样值进行ASC码变换，再将其转换为七位的GSM码，最后由发送程序完成发送。
数据库管理软件的开发平台采用在开发上位机软件中，选择的开发工具Visual Basic 6.0。Visual Basic 6.0是一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言。监控中心数据库管理软件设计主要包括；远程通信的管理，数据的入库，数据的显示以及数据的查询和打印等。
五、小结
该系统已很好的应用于实际的路基沉降数据采集中，既能自动、定时控制传感器采集记录路基沉降的状态参数并远程传输到监控中心的计算机上，又能够根据运程计算机的命令采集特定数据并进行数据传输，达到对路基状态远程、实时、在线、自动定时测量的目的。
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