[發(fā)明專利]基于CNSS的地面設(shè)施變形的長期監(jiān)測系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110263756.1
• 申請日: 2011-09-07
• 公開（公告）號: CN102435165A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊紹普;陳恩利;劉永強(qiáng);廖英英;馬增強(qiáng);潘存治;郭樹起;徐步青;王揚(yáng);司春棣
• 申請（專利權(quán)）人: 石家莊鐵道大學(xué)
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32;G01B21/04
• 代理公司: 石家莊國為知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13120
• 代理人: 李榮文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于地表變形的監(jiān)測系統(tǒng)及方法，尤其是基于CNSS的地面設(shè)施變形的長期監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

目前國內(nèi)絕大部分對大壩、礦山、油田、橋梁、高速公路和高鐵路基等地面設(shè)施的地基沉降、位移以及整體傾斜等狀況的變形監(jiān)測都是基于傳統(tǒng)非數(shù)字化設(shè)備（如經(jīng)緯儀，全站儀）進(jìn)行周期性重復(fù)測量技術(shù)，一般要求專人專職，需要較多的人力資源，數(shù)據(jù)處理難度大，存在監(jiān)測不及時的問題，尤其在強(qiáng)烈需要進(jìn)行變形監(jiān)測的大風(fēng)大雨氣候條件下無法開展工作，導(dǎo)致嚴(yán)重的監(jiān)測放空期。

國內(nèi)外已有基于GPS（全球定位系統(tǒng)）技術(shù)的變形監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)解決方案及應(yīng)用案例，但因GPS是由美國國防部掌控的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其授時精度和可靠性受制于美國的GPS政策，因此其授時和定位精度具有潛在的不安全因素。

我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是中國自主研制開發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，是繼美國的GPS、俄羅斯的GLONASS（全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）之后的第三個較成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作在2491.75MHz的頻率上，可向用戶提供全天候、高精度、區(qū)域性的即時定位服務(wù)，定位精度可達(dá)數(shù)十納秒，其精度與GPS相當(dāng)。另外，采用GPS定位技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測時，需要將監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲在專門的可移動存儲設(shè)備中，或需要采用額外的無線通訊設(shè)備進(jìn)行傳輸，監(jiān)測成本大大增加。而我國自主研發(fā)的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星擁有精確定位和雙向通訊功能，在地面監(jiān)測點(diǎn)接收到定位數(shù)據(jù)后，由解算軟件進(jìn)行毫米級精度的位移變形數(shù)據(jù)解算，可將結(jié)果作為通訊內(nèi)容反向傳播給衛(wèi)星，再由衛(wèi)星傳輸給指定的用戶數(shù)據(jù)處理中心。因此，不受傳輸距離和天氣狀況的影響，無須額外的人工干預(yù)和傳輸設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)長期、長距離、全天候?qū)崟r狀態(tài)監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是一種可全天候、大范圍對地面設(shè)施進(jìn)行位移與變形進(jìn)行長期監(jiān)測、且可提高監(jiān)測的精準(zhǔn)度、可靠性以及安全性的基于CNSS（北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）的地面設(shè)施變形的長期監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于CNSS的地面設(shè)施變形的長期監(jiān)測系統(tǒng)，包括定位監(jiān)測模塊、CNSS、數(shù)據(jù)處理模塊和客戶終端；所述定位監(jiān)測模塊包括分別設(shè)于各基準(zhǔn)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)和與各基準(zhǔn)點(diǎn)相對應(yīng)的各監(jiān)測點(diǎn)的CNSS終端機(jī)；所述數(shù)據(jù)處理模塊包括CNSS終端機(jī)和數(shù)據(jù)處理器；所述客戶終端包括CNSS終端機(jī)和顯示設(shè)備；所述CNSS與所述基準(zhǔn)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)和監(jiān)測點(diǎn)的CNSS終端機(jī)雙向連接，并與所述數(shù)據(jù)處理模塊和客戶終端分別單向連接；各基準(zhǔn)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)和各監(jiān)測點(diǎn)的CNSS終端機(jī)與所述數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)處理器單向連接。

一種利用上述監(jiān)測系統(tǒng)的基于CNSS的地面設(shè)施變形的長期監(jiān)測方法，包括以下步驟：

A、組建基于CNSS的地面設(shè)施變形的長期監(jiān)測系統(tǒng)；

B、所述監(jiān)測點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)接收定位信息：

所述基準(zhǔn)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)和監(jiān)測點(diǎn)的CNSS終端機(jī)從CNSS得到所在位置的定位信息，所述定位信息包括所述基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)；所述基準(zhǔn)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)和監(jiān)測點(diǎn)的CNSS終端機(jī)將各自的定位信息發(fā)送給所述數(shù)據(jù)處理模塊；?

C、所述數(shù)據(jù)處理模塊處理監(jiān)測點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)的定位信息：

所述數(shù)據(jù)處理模塊中事先存有各基準(zhǔn)點(diǎn)的精確坐標(biāo)值；所述數(shù)據(jù)處理模塊接收到來自各基準(zhǔn)點(diǎn)和各監(jiān)測點(diǎn)的定位信息后進(jìn)行存儲，按周期對各基準(zhǔn)點(diǎn)和各監(jiān)測點(diǎn)各自的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)形成的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時間序列進(jìn)行處理，處理步驟如下：

（1）用各基準(zhǔn)點(diǎn)的已知精確坐標(biāo)值組成與此基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時間序列相適配的已知精確坐標(biāo)值時間序列，將各基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時間序列與其已知精確坐標(biāo)值時間序列作差得到該基準(zhǔn)點(diǎn)的差值時間序列，并求出此差值時間序列的變化率；?

（2）用與所述基準(zhǔn)點(diǎn)相對應(yīng)的各監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時間序列與此基準(zhǔn)點(diǎn)的差值時間序列做差，對各監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時間序列進(jìn)行誤差修正，得到各監(jiān)測點(diǎn)的修正三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時間序列；

（3）對所述各基準(zhǔn)點(diǎn)的差值時間序列及其變化率和各監(jiān)測點(diǎn)的修正三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時間序列進(jìn)行濾波去噪；

（4）對濾波后的監(jiān)測點(diǎn)的修正三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時間序列和與此監(jiān)測點(diǎn)相對應(yīng)的基準(zhǔn)點(diǎn)的差值時間序列及其變化率進(jìn)行處理，計(jì)算出所述監(jiān)測點(diǎn)相對于與其相對應(yīng)的基準(zhǔn)點(diǎn)的變形量；

D、所述數(shù)據(jù)處理模塊產(chǎn)生預(yù)警信號并發(fā)送：