[發(fā)明專利]一種基于傾斜儀和GPS的火山監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710370031.X
• 申請(qǐng)日: 2017-05-23
• 公開（公告）號(hào): CN107240228A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀小星;馬飛虎;孫喜文;姜珊珊;金依辰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G08B21/10
• 分類號(hào): G08B21/10;G01C9/00;G01B7/16;G01S19/43
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 魏波

1.一種基于傾斜儀和GPS的火山監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：包括傾斜測量子系統(tǒng)、GPS監(jiān)測子系統(tǒng)、地控預(yù)警子系統(tǒng)；

所述傾斜測量子系統(tǒng)，用于根據(jù)地表結(jié)構(gòu)因受到巖漿的壓力或質(zhì)量再分布而發(fā)生形變而引起的傾斜測量子系統(tǒng)形變，獲得的地表傾斜角度，從而判斷火山地表運(yùn)動(dòng)的微小形變，并根據(jù)預(yù)設(shè)的限值，進(jìn)行預(yù)警；

所述GPS監(jiān)測子系統(tǒng)，用于獲取原始觀測數(shù)據(jù)，判斷火山運(yùn)動(dòng)引起的地表位移量，進(jìn)行相應(yīng)的火山運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測；

所述地控預(yù)警子系統(tǒng)，用于接收傾斜測量子系統(tǒng)和GPS監(jiān)測子系統(tǒng)傳輸?shù)膬A斜測量數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，分析得到預(yù)警數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè)置的預(yù)警值，發(fā)出預(yù)警信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)火山狀態(tài)進(jìn)行檢測。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傾斜儀和GPS的火山監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述傾斜測量子系統(tǒng)是由若干布設(shè)在火山口附近的傾斜儀組成。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傾斜儀和GPS的火山監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述GPS監(jiān)測子系統(tǒng)由設(shè)置在火山口兩側(cè)的GPS接收機(jī)組成。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傾斜儀和GPS的火山監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述地控預(yù)警子系統(tǒng)包括地控服務(wù)中心和動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)中心；

所述地控服務(wù)中心通過DTU數(shù)據(jù)傳輸模塊，用于接收傾斜測量子系統(tǒng)和GPS監(jiān)測子系統(tǒng)傳輸?shù)膬A斜測量數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；所述動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)中心利用接收到的數(shù)據(jù)，分析得到預(yù)警數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè)置的預(yù)警值，發(fā)出預(yù)警信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)火山狀態(tài)進(jìn)行檢測。

5.一種基于傾斜儀和GPS的火山監(jiān)測與預(yù)警方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：測量地表傾斜度；

根據(jù)地表結(jié)構(gòu)因受到巖漿的壓力或質(zhì)量再分布而發(fā)生形變而引起的傾斜儀形變，獲得的地表傾斜角度θ；

步驟2：測量地表位移量；

利用設(shè)置在火山口兩側(cè)的GPS接收機(jī)，獲取GPS基線向量、載波相位觀測值、星歷歷元數(shù)據(jù)；對(duì)星歷歷元數(shù)據(jù)進(jìn)行GPSRTK處理，組設(shè)的載波相位雙差觀測方程以及雙差觀測方程的誤差方程模型，精準(zhǔn)處理觀測數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)，判斷基線長以及地表監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)是否有變形，坐標(biāo)位移量是否在預(yù)警數(shù)據(jù)精度范圍；

步驟3：預(yù)警；

接收處理后的傾斜測量子系統(tǒng)和GPS監(jiān)測子系統(tǒng)傳輸?shù)膬A斜測量數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)，分析得到預(yù)警數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè)置的預(yù)警值，發(fā)出預(yù)警信號(hào)；

如果不在預(yù)警數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，則對(duì)當(dāng)前傾斜測量子系統(tǒng)和GPS監(jiān)測子系統(tǒng)觀測值進(jìn)行最小二乘估計(jì)，然后重復(fù)迭代，全天候、實(shí)時(shí)的連續(xù)進(jìn)行觀測。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于傾斜儀和GPS的火山監(jiān)測與預(yù)警方法，其特征在于，步驟1中傾斜角度θ與輸出的電量讀數(shù)F關(guān)系為：

θ＝a+b*F+c*F+d*F；

式中，θ為被測結(jié)構(gòu)物的傾斜角度，單位為度(°)；F為傾斜儀的實(shí)時(shí)電量測量值，單位為F；a﹑b﹑c﹑d為傾斜儀的標(biāo)定系數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于傾斜儀和GPS的火山監(jiān)測與預(yù)警方法，其特征在于，步驟2中，GPS基線向量的估值為：

Bi=bi,1bi,2......bi,mi-1T;]]>

m_i-1是函數(shù)獨(dú)立的基線向量，b_i,k為第K條基線向量；

基線向量估值的驗(yàn)后方差-協(xié)方差陣為：

DBi=dbi,1,bi,1dbi,1,bi,2...dbi,1,bi,m-1dbi,2,bi,1db2,bi,2...db2,bi,m-1.........dbi,m-1,bi,1dbi,m-1,bi,1...dbi,m-1,bi,m-1;]]>

是基線向量k、l間的協(xié)方差子陣；對(duì)GPS接收機(jī)獲得的星歷歷元數(shù)據(jù)進(jìn)行GPSRTK處理，組設(shè)的載波相位雙差觀測方程為：

▿ΔΦ12ij(t)=fc▿Δρ12ij(t)+▿ΔN12ij+ϵ;]]>

式中是兩測站兩衛(wèi)星之間的雙差載波相位，是兩測站兩衛(wèi)星間雙差整周模糊度參數(shù)，是兩測站兩衛(wèi)星間雙差星站距離，ε是測量噪聲，c為光速，f是信號(hào)頻率；

雙差觀測方程的誤差方程模型為：

vk(t)=-fcΔl2k(t)Δm2k(t)Δn2k(t)δx2δy2δz2-ΔΔNk+ΔΔlk(t);]]>

式中v^k為觀測值誤差，δx₂、δy₂、δz₂是監(jiān)測站k的坐標(biāo)近似值向量的改正數(shù)向量，為系數(shù)矩陣，△△l^k為監(jiān)測站K的常數(shù)項(xiàng)誤差。