地质灾害监测预警系统解决方案
作者：奥斯恩净化
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崩塌
又称崩落、垮塌或塌方，是指由于地壳活动等内动力地质作用、日晒雨淋等外动力地质作用引发的岩土体开裂。
1.成因
崩塌又称崩落、垮塌或塌方，是指由于地壳活动等内动力地质作用、日晒雨淋等外动力地质作用引发的岩土体开裂。用四个字概括就是：裂、陡、空、落。
2.危害
崩塌会使建筑物，有时甚至使整个居民点遭到毁坏，使公路和铁路被掩埋。由崩塌带来的损失，不单是建筑物毁坏的直接损失，并且常因此而使交通中断，
给运输带来重大损失。
3. 监测方法
无线低功耗崩塌计主要通过对危岩体的振动进行监测，达到对整个崩塌过程实时监测预警的目的。
在山区、公路、铁路周围的危岩体上加装监测点，当监测数据超过设定预警阈值时即时启动报警程序，以避免人员伤亡和减小财产损失。
滑坡
是指斜坡上的土体或者岩体，受河流冲刷、地下水活动、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影响，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象。
1. 成因
滑坡的活动时间主要与诱发滑坡的各种外界因素有关，如地震、降温、冻融、
海啸、风暴潮及人类活动等。
2. 危害
滑坡对乡村最主要的危害是摧毁农田、房舍、伤害人畜、毁坏森林、道路以及农业机械设施和水利水电设施等，有时甚至给乡村造成毁灭性灾害。
3. 监测方法
高边坡监测主要采用倾角计、GNSS、深部位移、水位、降雨量监测等手段。
按照监测断面部署相应监测设备，从高边坡倾斜、裂缝已经表层到深部进行立监测，同时对降雨量、地下水等诱发因素进行全面监测。整体监测边坡的稳定性。
泥石流
因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。泥石流具有突然性以及流速快，流量大，物质容量大和破坏力强等特点。
监测内容
基于北斗GNSS定位技术的位移监测技术对边坡位移沉降进行实时全天候监测，并配合其他物联网监测设备采集露天煤矿区整体地质环境与气象环境数据，通过大数据智能化云监测平台进行综合数据分析，实时掌握监测体的变形情况与地质环境、气象环境变动情况，对潜在地质安全隐患进行全方位监测。
地灾监测系统
地质灾害监测预警系统利用各种传感器如位移传感器、雨量计、视频网络监测等专业设备，基于遥感技术RS、地理信息系统GIS及地质灾害监测技术，以一定范围(区域)的滑坡、泥石流及崩塌等地质灾变体为监测对象，对其在时空域的变形破坏信息和灾变诱发因素信息实施连续、实事、动态的监测，及时获取全面准确的数据。通过对变形因素、相关因素及诱因因素信息的相关分析处理，对灾变体的稳定状态和变化趋势做出判断，同时揭示滑坡、泥石流、崩塌的空间分布规律，对未来可能发生灾害的地段(点)做出预测，从而协助相关管理部门的地质灾害业务工作能够高效协调进行，从而预防地质灾害发生，减少生命财产的损失。
系统架构
地质灾害监测预警系统由前端数据采集传感器、数据传输子系统、数据处理子系统、地质灾害预警监测平台等部分组成。
技术架构
监测数据展示
监测设备选型
监测设备
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监测项目
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监测仪器
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特点
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地表沉降
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无线倾角传感器
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精度高、性价比高
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北斗GNSS
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全天候观测、输出三维坐标
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地表变形
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微功耗地灾监测仪
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倾角、方位角、轴面角，崩塌、滑坡、泥石流一机多用，免维护
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降雨量
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雨量计
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不锈钢翻斗式，安装方便、体积小巧
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土壤含水率
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土壤水分传感器
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操作简单、高精度高、宽量程、自动连续监测
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地下水位
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渗压计
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精度高、长期稳定性好
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地表裂缝
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裂缝传感器
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尺寸小、量程大、精度高、性能可靠
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深部变形
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柔性阵列测斜仪
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可埋入、维护成本低
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预警语音
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预警广播
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实现远程电话告警
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周边建筑
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无线倾角传感器
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部署方便，精度高、灵敏度
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视频监控
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红外网络球机
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200万7寸23倍红外，补光100m，侦等智能侦测联动跟踪
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设备选取
根据地质灾害的变化情况和发展规律，通过对隐患灾体的地表变形、深部变形、滑坡推力、地下水位、降雨量、视频监控等进行监测，对不同的隐患灾体布设相关监测传感器，并将传感器采集的数据传输至通用数据采集箱中进行初步的解算后，上传云平台进行远程在线实时监控，提前预测隐患危害。
设备参数
无线倾角传感器
NB-IOT,4G可选；自带太阳能充电系统，输出倾角。
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监测项目
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技术指标
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数据信息
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传输到云端
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X,Y双轴倾角
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测量范围±60°，精度0.005°
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分辨力
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0.001°
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接收灵敏度
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-90~-67dBm
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零点温度漂移
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±0.001°/℃
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平均无故障工作时间
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≥90000 小时
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供电
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6000mAH锂电池，也可外接专用充电器快速充电
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通信卡
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LoRa/2G/4G全网通多种网络通讯方式
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通讯协议
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MQQT-V3.1.1
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通讯功能
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Nano-SIM 小卡， 4G全网通，用户可换卡
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GNSS 地表位移监测站/基准站
4G，GPRS可选；自带太阳能充电系统。
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监测项目
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技术指标
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产品型号
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ZK-01（监测站）、ZK-02（基站）
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倾斜测量精度
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不低于0.01°
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静态定位精度
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平面：（2+1ppm）mm；高程：（3+1ppm）mm；
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RTK定位精度
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平面：（20+1ppm）mm；高程：（30+1ppm）mm；
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卫星通道数
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432通道
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加速度测量精度
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不低于0.01g
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卫星观测量
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GPS,BDS,GLONASS,GALILEO
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供电
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太阳能供电，兼容大容量锂电池（工作时长大于30天）
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通讯协议
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RS485
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防护
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IP67 防雷击，防电磁干扰，卫星追踪
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微功耗多功能地灾监测仪
多种通讯方式智能切换；低功耗；集成倾角、轴面角、方位角、加速度。
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监测项目
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技术指标
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报警信息
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集成声光报警
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X,Y,Z三轴倾角
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测量范围±90°，精度0.01°
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X,Y,Z三轴加速度
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测量范围±2000g，精度0.2mg
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轴面倾角
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测量范围±90°，精度0.01°
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方位角
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0~360°量程，0.1°精度
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定位信息
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经度、纬度、高程，精度3m
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供电
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性能锂亚电池，可使用3年以上
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通信卡
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LoRa/2G/4G全网通多种网络通讯方式
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通讯协议
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MQQT-V3.1.1
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通讯功能
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Nano-SIM 小卡， 4G全网通，用户可换卡
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雨量计
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雨量计
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技术指标
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量程
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0.01mm～4mm/min（允许通过最大雨强8mm/min）
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分辨率
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0.2mm
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测量精度
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±3%FS
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信号接口
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4-20mA
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供电电压
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12-24 V DC
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功率
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0.6W
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工作温度
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－10℃～50℃
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重量
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2.5kg
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接口类型
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直接出线/5m电缆
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土壤水分传感器
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土壤水分传感器
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技术指标
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温度量程
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-30～70℃
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温度分辨率
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0.1℃
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温度测量精度
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±0.2℃
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湿度量程
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0～100%
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湿度分辨率
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0.1%
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湿度测量精度
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±2%
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信号接口
|
4-20mA
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供电电压
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12～24V DC
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功率
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0.3W
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工作温度
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-40℃～80℃
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防护等级
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IP67
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重量
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0.4kg
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接口类型
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直接出线/2米电缆线
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渗压计
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渗压计
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技术指标
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量程
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0.3MPa/0.6MPa/1MPa/2MPa/4MPa
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分辨率
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0.001MPa
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测量精度
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0.1% F.S
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信号接口
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频率
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供电电压
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5 V DC
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工作温度
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-40℃~70℃
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防护等级
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IP68
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接口类型
|
直接出线/电缆长度定制
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温度补偿
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是
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裂缝计
裂缝计通过传感器监测到位移量变化，经过采集电路转化为数字量，最终配套裂缝计采集仪进行数据传输。
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裂缝计
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技术指标
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供电电源
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15 - 28 V DC
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工作电流
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电压输出型供电电流≤ 12 m A
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二线4 - 20 m A电流输出型LVDT，供电电流4 - 20 m A
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位移量程
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10 mm、25 mm、50 mm、100 mm
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输出信号
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0 - 5 V（ 9 - 12 V DC供电电压）
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0 - 10 V（ 15 - 28 V DC供电电压）
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4 - 20 m A（二线制， 15 - 28 V DC供电电压）
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RS 485 数字式输出（ 9 - 12 V DC供电电压）
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线性误差
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± 0 . 5 ％
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分辨率
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≤ 0 . 1 μm（最高），数字式输出是16 bit
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工作温度
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－ 25 ℃~＋ 85 ℃
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温度系数
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零点≤ 0 . 01 %/ ℃
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灵敏度≤ 0 . 025 %/ ℃
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拉绳裂缝计
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拉绳裂缝计
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技术指标
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量程
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10～10000mm（量程可选）
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重复精度
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0.005% -0.01%
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线性精度
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0 .0 5 % - 0 .0 8 %
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信号接口
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标准输出模拟信号，配专用模块输出RS485信号
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供电电压
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24-48 V DC
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钢丝绳
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直径0 .6 8 m m 绳内拥有1 3 2根钢丝
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工作温度
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-40℃ ～ 70℃
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防护等级
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IP65
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产品寿命
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500万次极限全往复行程
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接口类型
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直接出线
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温度补偿
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是
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柔性阵列测斜仪
4G全网通（向下兼容3G 2G）；形变轨迹实时回放。
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监测项目
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技术指标
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测量方向
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3维度(X、Y、Z 三向)
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角度量程
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0～360°
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角度分辨率
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优于±0.0003°(±1.08") (±0.000005rad)
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位移分辨率
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优于 0.005mm@500mm/节
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系统稳定性
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优于±0.5mm(32m)
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测量精度
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±0.002°(0.0006%F.S.) (0.02mm@500mm)
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抗扭转校正精度
|
优于±1°
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电气功耗
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DC12V 3.2mA/节点
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组装方式
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任意长度自由拼装
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分段长度
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20 米、10 米、5 米、2 米、1 米、其它长度定制
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卫星接收机
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卫星接收机
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技术参数
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信号跟踪
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GPS：L1C/A、L2C BDS：B1、B2
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精度指标
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平面精度：±(2.5+0.5×10-6×D)mm
高程精度：±(5+0.5×10-6×D)mm
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信号跟踪
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冷启动时间<50s；温启动时间<30s
热启动时间<15s；信号重捕获<1s
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RTK初始化时间
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<10s
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物理性能
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工作温度：-40°C~+70°C
存储温度：-45°C~+80°C
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重量
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1.3kg
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物理尺寸
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237mm×53mm×134mm
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防护等级
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IP65
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数据输出
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RTCM3.2 MSM4
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接口方式
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RJ45，RS232
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GNSS天线接口
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1/2
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声光报警器
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声光报警器
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技术指标
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报警声音
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（100±3）dB@10cm
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报警方式
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声光报警
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发光强度
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≥2cd@10cm
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防爆等级
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Exd II CT6Gb
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供电电压
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12 V DC
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功率
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0.6W
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工作温度
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-40℃ ～ 70℃
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防护等级
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IP65
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接口类型
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直接出线
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红外网络球机
7寸200万像素，支持区域入侵侦测越界侦测，进入区域侦测和离开区域侦等智能侦测。内置加热玻璃，有效除雾。
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红外网络球机
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技术指标
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通信方式
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4G全网通
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传感器类型
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1/2.8＂CMOS
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最低照度
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彩色：0.005 Lux
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焦距
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4.8 mm~110 mm，23倍光学变倍
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红外照射距离
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100 m
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水平范围
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360°
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供电方式
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DC：12 V
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防护等级
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IP66
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重量
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2 kg
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系统特点
1. 开放式结构
具有良好的拓展性，方便后续系统可不断的升级。
2. 时段化处理
系统可预置多个时段，将实时数据转化为时段数据。
3. GIS模块
以GIS技术为支撑，建立数据空间和属性特征的拓扑关系，实现地图查询管理，界面友好，操作灵活简单，功能组织条块合理。
4. 可拓展性
系统总体结构设计上采用新的设计理念，增强了系统的灵活性、可升级性和均衡性。系统以模块式结构为核心，软件在基于数据库的原则下纳入分屏技术，适合未来发展的需求。
5. 灵活的硬件配置
用户可以任意升级、更换被控硬件设备，而不需要更换软件。
6. 抗干扰性
抗电磁干扰的能力强，保证系统在野外强电磁干扰的恶劣环境下能可靠运行