[發明專利]一種基于北斗的變形監測系統及方法

有效

• 申請號: 202011212801.6
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112033345B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 雷孟飛;梁曉東;熊用;周俊華
• 申請（專利權）人: 湖南聯智科技股份有限公司
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32;G01C15/00;G08C17/02
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 張勇;周曉艷

1.一種基于北斗的變形監測系統，其特征在于，包括基準站(1)、監測站(2)和數據中心(3)；所述基準站(1)包括第一北斗接收機(1.1)和通訊模塊(1.2)；所述基準站(1)通過通訊模塊(1.2)分別與監測站(2)和數據中心(3)連接；所述監測站(2)包括第二北斗接收機(2.1)和MEMS傳感器(2.2)；所述第二北斗接收機(2.1)內設有數據解算分析模塊(2.1.1)，第一北斗接收機(1.1)、MEMS傳感器(2.2)和第二北斗接收機(2.1)的天線均與數據解算分析模塊(2.1.1)連接；

采用上述基于北斗的變形監測系統進行變形監測的方法，包括以下步驟：

步驟A：將基準站(1)采集到的基準站定位數據、監測站(2)采集到的監測站定位數據和MEMS傳感器(2.2)采集的數據發送至數據解算分析模塊(2.1.1)；

步驟B：對基準站定位數據與監測站定位數據進行相對定位解算，得到監測點坐標數據；通過數據解算分析模塊(2.1.1)內置的互補濾波算法得到MEMS傳感器(2.2)采集的數據的濾波數據Y_n，n＝1，2，3......，m，m為MEMS傳感器(2.2)采集的數據總量；

步驟C：通過濾波數據Y_n與運動狀態分析閾值σ計算卡爾曼增益放大因子θ，并通過數據解算分析模塊(2.1.1)內置的卡爾曼濾波算法對步驟B中得到的監測點坐標數據進行濾波處理，得到濾波后的三維坐標解算結果；運動狀態分析閾值σ為判斷監測點是否發生形變的角度值的1/2；

步驟D：將濾波后的三維坐標解算結果與前一天的三維坐標解算結果的均值比對，確認是否進行預警。

2.根據權利要求1所述的一種基于北斗的變形監測系統，其特征在于，所述MEMS傳感器(2.2)包括加速度計和陀螺儀。

3.根據權利要求1所述的一種基于北斗的變形監測系統，其特征在于，所述通訊模塊(1.2)包括第一LoRa通信模塊(1.2.1)；所述監測站(2)設有第二LoRa通信模塊(2.3)，用以實現基準站(1)與監測站(2)之間的數據傳輸。

4.根據權利要求3所述的一種基于北斗的變形監測系統，其特征在于，所述通訊模塊(1.2)還包括DTU數傳模塊(1.2.2)，用以實現基準站(1)與數據中心(3)之間的數據傳輸。

5.根據權利要求1所述的一種基于北斗的變形監測系統，其特征在于，所述基準站(1)和監測站(2)均設有供電模塊(4)；所述供電模塊(4)包括太陽能板(4.1)和蓄電池(4.2)。

6.根據權利要求1所述的一種基于北斗的變形監測系統，其特征在于，所述監測站(2)還包括與數據解算分析模塊(2.1.1)連接的預警模塊(2.4)。

7.根據權利要求1所述的一種基于北斗的變形監測系統，其特征在于，所述步驟B中，通過表達式1)對MEMS傳感器(2.2)采集的加速度計數據和陀螺儀數據進行濾波融合：

Y_n＝λψ_n+(1-λ)(φ_n-Y_n-1) 1)；

其中，Y_n為當前濾波數據，Y_n-1為上一個濾波數據，ψ_n為第n個陀螺儀數據，φ_n為第n個加速度計數據，λ為陀螺儀數據和加速度計數據融合的權重，λ通過表達式2)進行計算：

其中，T為陀螺儀初始化時間周期，t為自前一次初始化后經歷的時間間隔。

8.根據權利要求1所述的一種基于北斗的變形監測系統，其特征在于，所述步驟C中由表達式3)通過濾波數據Y_n計算卡爾曼增益放大因子θ：

9.根據權利要求1所述的一種基于北斗的變形監測系統，其特征在于，所述步驟D中，通過將濾波后的三維坐標解算結果與前一天的三維坐標解算結果的均值比對得到相對位移量Δd，當|Δd|≥δ時進行預警，δ為預警閾值。