地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)解決方案
作者：奧斯恩凈化
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崩塌
又稱崩落、垮塌或塌方，是指由于地殼活動(dòng)等內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用、日曬雨淋等外動(dòng)力地質(zhì)作用引發(fā)的巖土體開裂。
1.成因
崩塌又稱崩落、垮塌或塌方，是指由于地殼活動(dòng)等內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用、日曬雨淋等外動(dòng)力地質(zhì)作用引發(fā)的巖土體開裂。用四個(gè)字概括就是：裂、陡、空、落。
2.危害
崩塌會(huì)使建筑物，有時(shí)甚至使整個(gè)居民點(diǎn)遭到毀壞，使公路和鐵路被掩埋。由崩塌帶來的損失，不單是建筑物毀壞的直接損失，并且常因此而使交通中斷，
給運(yùn)輸帶來重大損失。
3. 監(jiān)測(cè)方法
無線低功耗崩塌計(jì)主要通過對(duì)危巖體的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，達(dá)到對(duì)整個(gè)崩塌過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警的目的。
在山區(qū)、公路、鐵路周圍的危巖體上加裝監(jiān)測(cè)點(diǎn)，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過設(shè)定預(yù)警閾值時(shí)即時(shí)啟動(dòng)報(bào)警程序，以避免人員傷亡和減小財(cái)產(chǎn)損失。
滑坡
是指斜坡上的土體或者巖體，受河流沖刷、地下水活動(dòng)、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影響，整體地或者分散地順坡向下滑動(dòng)的自然現(xiàn)象。
1. 成因
滑坡的活動(dòng)時(shí)間主要與誘發(fā)滑坡的各種外界因素有關(guān)，如地震、降溫、凍融、
海嘯、風(fēng)暴潮及人類活動(dòng)等。
2. 危害
滑坡對(duì)鄉(xiāng)村最主要的危害是摧毀農(nóng)田、房舍、傷害人畜、毀壞森林、道路以及農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)施和水利水電設(shè)施等，有時(shí)甚至給鄉(xiāng)村造成毀滅性災(zāi)害。
3. 監(jiān)測(cè)方法
高邊坡監(jiān)測(cè)主要采用傾角計(jì)、GNSS、深部位移、水位、降雨量監(jiān)測(cè)等手段。
按照監(jiān)測(cè)斷面部署相應(yīng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，從高邊坡傾斜、裂縫已經(jīng)表層到深部進(jìn)行立監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)降雨量、地下水等誘發(fā)因素進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。整體監(jiān)測(cè)邊坡的穩(wěn)定性。
泥石流
因?yàn)楸┯辍⒈┭┗蚱渌匀粸?zāi)害引發(fā)的山體滑坡并攜帶有大量泥沙以及石塊的特殊洪流。泥石流具有突然性以及流速快，流量大，物質(zhì)容量大和破壞力強(qiáng)等特點(diǎn)。
監(jiān)測(cè)內(nèi)容
基于北斗GNSS定位技術(shù)的位移監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)邊坡位移沉降進(jìn)行實(shí)時(shí)全天候監(jiān)測(cè)，并配合其他物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備采集露天煤礦區(qū)整體地質(zhì)環(huán)境與氣象環(huán)境數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)智能化云監(jiān)測(cè)平臺(tái)進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)掌握監(jiān)測(cè)體的變形情況與地質(zhì)環(huán)境、氣象環(huán)境變動(dòng)情況，對(duì)潛在地質(zhì)安全隱患進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)。
地災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)利用各種傳感器如位移傳感器、雨量計(jì)、視頻網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)等專業(yè)設(shè)備，基于遙感技術(shù)RS、地理信息系統(tǒng)GIS及地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)，以一定范圍(區(qū)域)的滑坡、泥石流及崩塌等地質(zhì)災(zāi)變體為監(jiān)測(cè)對(duì)象，對(duì)其在時(shí)空域的變形破壞信息和災(zāi)變誘發(fā)因素信息實(shí)施連續(xù)、實(shí)事、動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)，及時(shí)獲取全面準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。通過對(duì)變形因素、相關(guān)因素及誘因因素信息的相關(guān)分析處理，對(duì)災(zāi)變體的穩(wěn)定狀態(tài)和變化趨勢(shì)做出判斷，同時(shí)揭示滑坡、泥石流、崩塌的空間分布規(guī)律，對(duì)未來可能發(fā)生災(zāi)害的地段(點(diǎn))做出預(yù)測(cè)，從而協(xié)助相關(guān)管理部門的地質(zhì)災(zāi)害業(yè)務(wù)工作能夠高效協(xié)調(diào)進(jìn)行，從而預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，減少生命財(cái)產(chǎn)的損失。
系統(tǒng)架構(gòu)
地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)由前端數(shù)據(jù)采集傳感器、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測(cè)平臺(tái)等部分組成。
技術(shù)架構(gòu)
監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)展示
監(jiān)測(cè)設(shè)備選型
監(jiān)測(cè)設(shè)備
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監(jiān)測(cè)項(xiàng)目
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監(jiān)測(cè)儀器
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特點(diǎn)
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地表沉降
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無線傾角傳感器
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精度高、性價(jià)比高
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北斗GNSS
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全天候觀測(cè)、輸出三維坐標(biāo)
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地表變形
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微功耗地災(zāi)監(jiān)測(cè)儀
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傾角、方位角、軸面角，崩塌、滑坡、泥石流一機(jī)多用，免維護(hù)
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降雨量
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雨量計(jì)
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不銹鋼翻斗式，安裝方便、體積小巧
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土壤含水率
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土壤水分傳感器
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操作簡(jiǎn)單、高精度高、寬量程、自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)
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地下水位
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滲壓計(jì)
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精度高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好
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地表裂縫
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裂縫傳感器
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尺寸小、量程大、精度高、性能可靠
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深部變形
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柔性陣列測(cè)斜儀
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可埋入、維護(hù)成本低
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預(yù)警語音
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預(yù)警廣播
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實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電話告警
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周邊建筑
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無線傾角傳感器
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部署方便，精度高、靈敏度
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視頻監(jiān)控
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紅外網(wǎng)絡(luò)球機(jī)
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200萬7寸23倍紅外，補(bǔ)光100m，偵等智能偵測(cè)聯(lián)動(dòng)跟蹤
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設(shè)備選取
根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害的變化情況和發(fā)展規(guī)律，通過對(duì)隱患災(zāi)體的地表變形、深部變形、滑坡推力、地下水位、降雨量、視頻監(jiān)控等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)不同的隱患災(zāi)體布設(shè)相關(guān)監(jiān)測(cè)傳感器，并將傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸至通用數(shù)據(jù)采集箱中進(jìn)行初步的解算后，上傳云平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，提前預(yù)測(cè)隱患危害。
設(shè)備參數(shù)
無線傾角傳感器
NB-IOT,4G可選；自帶太陽能充電系統(tǒng)，輸出傾角。
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監(jiān)測(cè)項(xiàng)目
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技術(shù)指標(biāo)
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數(shù)據(jù)信息
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傳輸?shù)皆贫?/span>
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X,Y雙軸傾角
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測(cè)量范圍±60°，精度0.005°
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分辨力
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0.001°
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接收靈敏度
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-90~-67dBm
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零點(diǎn)溫度漂移
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±0.001°/℃
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平均無故障工作時(shí)間
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≥90000 小時(shí)
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供電
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6000mAH鋰電池，也可外接專用充電器快速充電
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通信卡
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LoRa/2G/4G全網(wǎng)通多種網(wǎng)絡(luò)通訊方式
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通訊協(xié)議
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MQQT-V3.1.1
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通訊功能
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Nano-SIM 小卡， 4G全網(wǎng)通，用戶可換卡
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GNSS 地表位移監(jiān)測(cè)站/基準(zhǔn)站
4G，GPRS可選；自帶太陽能充電系統(tǒng)。
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監(jiān)測(cè)項(xiàng)目
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技術(shù)指標(biāo)
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產(chǎn)品型號(hào)
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ZK-01（監(jiān)測(cè)站）、ZK-02（基站）
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傾斜測(cè)量精度
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不低于0.01°
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靜態(tài)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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衛(wèi)星通道數(shù)
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432通道
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加速度測(cè)量精度
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不低于0.01g
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衛(wèi)星觀測(cè)量
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GPS,BDS,GLONASS,GALILEO
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供電
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太陽能供電，兼容大容量鋰電池（工作時(shí)長(zhǎng)大于30天）
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通訊協(xié)議
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RS485
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防護(hù)
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IP67 防雷擊，防電磁干擾，衛(wèi)星追蹤
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微功耗多功能地災(zāi)監(jiān)測(cè)儀
多種通訊方式智能切換；低功耗；集成傾角、軸面角、方位角、加速度。
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監(jiān)測(cè)項(xiàng)目
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技術(shù)指標(biāo)
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報(bào)警信息
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集成聲光報(bào)警
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X,Y,Z三軸傾角
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測(cè)量范圍±90°，精度0.01°
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X,Y,Z三軸加速度
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測(cè)量范圍±2000g，精度0.2mg
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軸面傾角
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測(cè)量范圍±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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經(jīng)度、緯度、高程，精度3m
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供電
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性能鋰亞電池，可使用3年以上
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通信卡
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LoRa/2G/4G全網(wǎng)通多種網(wǎng)絡(luò)通訊方式
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通訊協(xié)議
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MQQT-V3.1.1
|
|
通訊功能
|
Nano-SIM 小卡， 4G全網(wǎng)通，用戶可換卡
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雨量計(jì)
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雨量計(jì)
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技術(shù)指標(biāo)
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量程
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0.01mm～4mm/min（允許通過最大雨強(qiáng)8mm/min）
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分辨率
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0.2mm
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測(cè)量精度
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±3%FS
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信號(hào)接口
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4-20mA
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供電電壓
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12-24 V DC
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功率
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0.6W
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工作溫度
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－10℃～50℃
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重量
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2.5kg
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接口類型
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直接出線/5m電纜
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土壤水分傳感器
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土壤水分傳感器
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技術(shù)指標(biāo)
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溫度量程
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-30～70℃
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溫度分辨率
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0.1℃
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溫度測(cè)量精度
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±0.2℃
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濕度量程
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0～100%
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濕度分辨率
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0.1%
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濕度測(cè)量精度
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±2%
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信號(hào)接口
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4-20mA
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供電電壓
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12～24V DC
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功率
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0.3W
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工作溫度
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-40℃～80℃
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防護(hù)等級(jí)
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IP67
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重量
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0.4kg
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接口類型
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直接出線/2米電纜線
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滲壓計(jì)
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滲壓計(jì)
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技術(shù)指標(biāo)
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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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測(cè)量精度
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0.1% F.S
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信號(hào)接口
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頻率
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供電電壓
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5 V DC
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工作溫度
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-40℃~70℃
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防護(hù)等級(jí)
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IP68
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接口類型
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直接出線/電纜長(zhǎng)度定制
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溫度補(bǔ)償
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是
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裂縫計(jì)
裂縫計(jì)通過傳感器監(jiān)測(cè)到位移量變化，經(jīng)過采集電路轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，最終配套裂縫計(jì)采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
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裂縫計(jì)
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技術(shù)指標(biāo)
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供電電源
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15 - 28 V DC
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工作電流
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電壓輸出型供電電流≤ 12 m A
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二線4 - 20 m A電流輸出型LVDT，供電電流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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輸出信號(hào)
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0 - 5 V（ 9 - 12 V DC供電電壓）
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0 - 10 V（ 15 - 28 V DC供電電壓）
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4 - 20 m A（二線制， 15 - 28 V DC供電電壓）
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RS 485 數(shù)字式輸出（ 9 - 12 V DC供電電壓）
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線性誤差
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± 0 . 5 ％
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分辨率
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≤ 0 . 1 μm（最高），數(shù)字式輸出是16 bit
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工作溫度
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－ 25 ℃~＋ 85 ℃
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溫度系數(shù)
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零點(diǎn)≤ 0 . 01 %/ ℃
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靈敏度≤ 0 . 025 %/ ℃
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拉繩裂縫計(jì)
|
拉繩裂縫計(jì)
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技術(shù)指標(biāo)
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量程
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10～10000mm（量程可選）
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重復(fù)精度
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0.005% -0.01%
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線性精度
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0 .0 5 % - 0 .0 8 %
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信號(hào)接口
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標(biāo)準(zhǔn)輸出模擬信號(hào)，配專用模塊輸出RS485信號(hào)
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供電電壓
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24-48 V DC
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鋼絲繩
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直徑0 .6 8 m m 繩內(nèi)擁有1 3 2根鋼絲
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工作溫度
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-40℃ ～ 70℃
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防護(hù)等級(jí)
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IP65
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產(chǎn)品壽命
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500萬次極限全往復(fù)行程
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接口類型
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直接出線
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溫度補(bǔ)償
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是
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柔性陣列測(cè)斜儀
4G全網(wǎng)通（向下兼容3G 2G）；形變軌跡實(shí)時(shí)回放。
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監(jiān)測(cè)項(xiàng)目
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技術(shù)指標(biāo)
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測(cè)量方向
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3維度(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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優(yōu)于±0.0003°(±1.08") (±0.000005rad)
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位移分辨率
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優(yōu)于 0.005mm@500mm/節(jié)
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系統(tǒng)穩(wěn)定性
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優(yōu)于±0.5mm(32m)
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測(cè)量精度
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±0.002°(0.0006%F.S.) (0.02mm@500mm)
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抗扭轉(zhuǎn)校正精度
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優(yōu)于±1°
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電氣功耗
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DC12V 3.2mA/節(jié)點(diǎn)
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組裝方式
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任意長(zhǎng)度自由拼裝
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分段長(zhǎng)度
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20 米、10 米、5 米、2 米、1 米、其它長(zhǎng)度定制
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衛(wèi)星接收機(jī)
|
衛(wèi)星接收機(jī)
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技術(shù)參數(shù)
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信號(hào)跟蹤
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GPS：L1C/A、L2C BDS：B1、B2
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精度指標(biāo)
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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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|
信號(hào)跟蹤
|
冷啟動(dòng)時(shí)間<50s；溫啟動(dòng)時(shí)間<30s
熱啟動(dòng)時(shí)間<15s；信號(hào)重捕獲<1s
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RTK初始化時(shí)間
|
<10s
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物理性能
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工作溫度：-40°C~+70°C
存儲(chǔ)溫度：-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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防護(hù)等級(jí)
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IP65
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數(shù)據(jù)輸出
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RTCM3.2 MSM4
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|
接口方式
|
RJ45，RS232
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GNSS天線接口
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1/2
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聲光報(bào)警器
|
聲光報(bào)警器
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技術(shù)指標(biāo)
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報(bào)警聲音
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（100±3）dB@10cm
|
|
報(bào)警方式
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聲光報(bào)警
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發(fā)光強(qiáng)度
|
≥2cd@10cm
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防爆等級(jí)
|
Exd II CT6Gb
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供電電壓
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12 V DC
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|
功率
|
0.6W
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|
工作溫度
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-40℃ ～ 70℃
|
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防護(hù)等級(jí)
|
IP65
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接口類型
|
直接出線
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紅外網(wǎng)絡(luò)球機(jī)
7寸200萬像素，支持區(qū)域入侵偵測(cè)越界偵測(cè)，進(jìn)入?yún)^(qū)域偵測(cè)和離開區(qū)域偵等智能偵測(cè)。內(nèi)置加熱玻璃，有效除霧。
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紅外網(wǎng)絡(luò)球機(jī)
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技術(shù)指標(biāo)
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通信方式
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4G全網(wǎng)通
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傳感器類型
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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倍光學(xué)變倍
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紅外照射距離
|
100 m
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水平范圍
|
360°
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供電方式
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DC：12 V
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防護(hù)等級(jí)
|
IP66
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重量
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2 kg
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系統(tǒng)特點(diǎn)
1. 開放式結(jié)構(gòu)
具有良好的拓展性，方便后續(xù)系統(tǒng)可不斷的升級(jí)。
2. 時(shí)段化處理
系統(tǒng)可預(yù)置多個(gè)時(shí)段，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為時(shí)段數(shù)據(jù)。
3. GIS模塊
以GIS技術(shù)為支撐，建立數(shù)據(jù)空間和屬性特征的拓?fù)潢P(guān)系，實(shí)現(xiàn)地圖查詢管理，界面友好，操作靈活簡(jiǎn)單，功能組織條塊合理。
4. 可拓展性
系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用新的設(shè)計(jì)理念，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性、可升級(jí)性和均衡性。系統(tǒng)以模塊式結(jié)構(gòu)為核心，軟件在基于數(shù)據(jù)庫(kù)的原則下納入分屏技術(shù)，適合未來發(fā)展的需求。
5. 靈活的硬件配置
用戶可以任意升級(jí)、更換被控硬件設(shè)備，而不需要更換軟件。
6. 抗干擾性
抗電磁干擾的能力強(qiáng)，保證系統(tǒng)在野外強(qiáng)電磁干擾的惡劣環(huán)境下能可靠運(yùn)行