CN102607515A

CN102607515A - 楼宇沉降与倾斜监测设备及监测方法

Info

Publication number: CN102607515A
Application number: CN2012100874497A
Authority: CN
Inventors: 帅涛; 梁旭文; 张军; 易争荣; 刘亚欢
Original assignee: Shanghai Engineering Center for Microsatellites
Current assignee: Shanghai Engineering Center for Microsatellites
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: CN102607515B

Abstract

一种楼宇沉降与倾斜监测设备，包括导航卫星、监测终端、基准终端、信息传输系统和数据分析中心；所述监测终端设置在待监测楼宇顶部位置用于接收所述导航卫星的信号，监测所述待监测楼宇的信息，并将监测信息通过所述信息传输系统传输至所述数据分析中心；所述基准终端为所述监测终端提供差分修正量；所述数据分析中心设置一警戒限制值，所述数据分析中心通过所述信息传输系统接收所述监测信息以及所述差分修正量，进行差分校正后，得到监测结果，当所述监测结果超过所述警戒限制值时，所述数据分析中心发出报警信息。

Description

楼宇沉降与倾斜监测设备及监测方法

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种基于卫星导航定位的楼宇沉降与倾斜监测设备及监测方法。

背景技术

随着城市化进程的发展，楼宇建筑的高度也在不断提升。然而由于城市地质状况、工程施工质量或建筑物老旧损伤等因素影响，楼宇的沉降或倾斜已成为城市居民日益关注的问题。

楼宇的均匀沉降不会使建筑物产生附加应力而出现断裂、裂缝等现象，因而相对于建筑物本身来说是安全的，但对于引入楼宇的设施（如管道）及周边建筑危害较大，而不均匀沉降及其带来的倾斜在达到建筑设计指标极限以上时，会危及建筑物的安全运营。为了市民居住或办公安全，对楼宇进行沉降或倾斜监测具有重要意义。现有技术中楼宇沉降与倾斜监测精度不高，或只针对单个终端进行监测，监测工作量大，且自动化程度不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种楼宇沉降与倾斜监测设备及监测方法，解决现有技术中楼宇沉降与倾斜监测精度不高，或只针对单个终端进行监测，监测工作量大，且自动化程度不高的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种楼宇沉降与倾斜监测设备，包括导航卫星、监测终端、基准终端、信息传输系统和数据分析中心；所述监测终端设置在待监测楼宇顶部位置用于接收所述导航卫星的信号，监测所述待监测楼宇的信息，并将监测信息通过所述信息传输系统传输至所述数据分析中心；所述基准终端为所述监测终端提供差分修正量；所述数据分析中心设置一警戒限制值，所述数据分析中心通过所述信息传输系统接收所述监测信息以及所述差分修正量，进行差分校正后，得到监测结果，当所述监测结果超过所述警戒限制值时，所述数据分析中心发出报警信息。

进一步，所述监测终端包括一个导航定位接收机或一组导航定位接收机。

进一步，所述基准终端包括基准接收机，采用多径抑制天线或采用抗多径算法得到所述差分修正量。

进一步，所述信息传输系统利用地面无线系统或地面固定网络，将所述监测信息以及所述差分修正量传输至所述数据分析中心。

进一步，所述数据分析中心进一步包括一通信终端、一数据库和一数据处理系统，所述通信终端与所述信息传输系统连接，通过所述信息传输系统接收所述监测信息以及所述差分修正量；所述数据库用于存储所述监测信息和所述差分修正量；所述数据处理系统根据接收到的所述监测信息及所述差分修正量，经过差分校正算法后，将得到的监测结果存入所述数据库，并在所述监测结果超出所述警戒限制值时，发出报警信息。

进一步，所述数据分析中心进一步包括一监测显示系统，所述监测显示系统提供人机交互界面，显示所述待监测楼宇的监测信息、监测结果和报警信息，并提供用户调出所述待监测楼宇的信息进行数据观察或分析的操作。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种楼宇沉降与倾斜监测方法，包括如下步骤：

（a）在待监测楼宇顶部位置设置监测终端，通过接收导航卫星的信号，得到监测信息；

（b）设置基准终端，通过接收所述导航卫星的信号，得到差分修正量；

（c）将所述监测信息以及所述差分修正量传输至数据分析中心；

（d）所述数据分析中心根据所述差分修正量，对所述监测信息进行差分校正后得出的监测结果；

（e）所述数据分析中心显示所述监测结果。

所述数据分析中心进一步设置一警戒限制值，当所述监测结果超过所述警戒限制值时，所述数据分析中心发出报警信息。

所述步骤（d）进一步包括一信息存储步骤，存储所述待监测楼宇的监测信息、监测结果。

所述步骤（e）进一步包括一数据分析中心提供用户调出所述监测信息进行数据观察或分析的操作的步骤。

本发明的优点在于，卫星定位系统利用空间卫星作为时空基准，为地面用户提供了位置、时间和速度解算途径。在采用基准站差分校正下，地面终端位置解算可以达到亚厘米甚至毫米级精度；同时利用多个终端解算可以实现亚厘米级姿态变化分析。以导航卫星为参考，对待监测楼宇进行沉降和倾斜分析，通过集中处理方式给出楼宇监测结果和报警信息，可以大大降低监测工作量，并提高楼宇监测精度和自动化程度。

附图说明

图1为本发明所述楼宇沉降与倾斜监测设备的系统架构示意图，包括：监测终端M1、基准终端M2、信息传输系统M3和数据分析中心M4；

图2为本发明所述楼宇沉降与倾斜监测设备的监测终端设置示意图；

图3为本发明所述楼宇沉降与倾斜监测设备的信息传输系统架构示意图；

图4为本发明所述楼宇沉降与倾斜监测设备的数据处理中心架构示意图，包括通信终端M41、数据库M42、数据处理系统M43及监测显示系统M44；

图5为本发明所述楼宇沉降与倾斜监测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的楼宇沉降与倾斜监测设备及监测方法的具体实施方式做详细说明。

图1为本发明所述楼宇沉降与倾斜监测设备的系统架构示意图，包括四个组成部分：监测终端M1、基准终端M2、信息传输系统M3和数据分析中心M4。

监测终端M1：用于接收导航卫星（图中未示出）信号，解算卫星至终端伪距、终端位置或终端组姿态。待监测楼宇可以包括一个或多个楼宇，监测终端M1设置在待监测楼宇的顶部开阔位置，包括一个导航定位接收机或一组导航定位接收机。监测终端具体设置方案可参见图2本发明所述楼宇沉降与倾斜监测设备的监测终端设置示意图；对于不同的监测对象，可以灵活选择不同的监测终端设置方式，实现楼宇姿态或固定点位置监测。一个导航定位接收机的设置方案为可将监测终端置于楼宇顶部中心位置，如图2中监测终端安装方式1所示，用于测定楼宇给定位置的绝对坐标，监测终端M1解算卫星伪距或天线相位中心位置并通过信息传输系统M3传输至数据分析中心M4；一组导航定位接收机的设置方案包括设置三个或四个接收机，用于直接解算楼宇姿态，其中终端处理器基带到各监测终端的距离相近。为了便于解算和提高精度，包括三个接收机的一组导航定位接收机的设置方案为尽量接近等边三角形设置，如图2中监测终端安装方式2所示；包括四个接收机的一组导航定位接收机的设置方案为尽量接近正方形设置，如图2中监测终端安装方式3所示；各个接收机（即图中所示各监测终端）之间的基线（即相对距离）接近楼宇最大基线且遮挡最小。

基准终端M2：基准终端M2放置在不会发生沉降或倾斜视、视野相对开阔且卫星信号多径干扰小的位置。基准终端M2的基准接收机采用性能优越的导航定位终端，以精确解算卫星伪距、定位误差等，解算结果作为差分修正量通过信息传输系统M3传输至数据分析中心M4。为了提高差分性能，基准接收机可以安装多径抑制天线或采用先进的抗多径算法等。

信息传输系统M3：信息传输系统M3是收集监测终端M1的监测信息以及基准终端的差分修正量信息，实现集中式处理和无人职守的重要保证。信息传输系统架构请参阅图3本发明所述楼宇沉降与倾斜监测设备的信息传输系统架构示意图，包括有线传输和无线传输选择方案。为了降低系统运行成本，可利用地面无线系统如GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线服务技术）、3G（3rd-Generation，第三代移动通信技术）或LTE(Long Term Evolution，长期演进)等，以及地面固定网络，如Internet等，通过短数据报文方式将监测终端M1的监测信息传输至数据分析中心M4。另外，信息传输系统M3也可以采用其他无线或有线传输方式实现。信息传输系统M3的数据传输频率根据监测对象需求，可选择一小时传输一次或一天传输一次等不同间隔。

数据分析中心M4：数据分析中心M4由通信终端M41、数据库M42、数据处理系统M43及监测显示系统M44组成。数据处理中心架构请参阅图4本发明所述楼宇沉降与倾斜监测设备的示意图。

通信终端M41与用于信息传输的地面无线系统或地面固定网络连接，接收信息传输系统M3传送回来的监测终端M1的监测信息及基准终端M2经过解算后的差分修正量。所述监测信息包括初始采样信息和以一定时间为间隔的历史采样信息及一段时间内的全部采样信息等，所述全部采样信息可以为最近一周的全部采样信息。

数据库M42主要用于存储所述监测信息、差分修正量和经数据处理系统M43处理后给出的待监测楼宇的信息。

数据处理系统M43处理接收到的监测信息和差分修正量，经过差分校正算法后解算出的待监测楼宇的信息，包括楼宇的姿态信息和终端位置信息。采用合适的差分校正算法，可以实现楼宇的姿态和终端位置解算误差在0.05度和1厘米以内，满足普通楼宇监测需求。解算出的待监测楼宇的信息存入数据库M42，并与初始采样信息进行比较，得出比较结果，并在所述比较结果超出警戒限制值时，发出报警信息。为了降低台风等因素导致楼宇自然摆动超过警戒限制值时发生虚警，报警还可以结合天气状况、监测楼宇整体情况进行相应处理；例如可以通过提高监测警戒限制值或平滑监测数据等方式，实现楼宇自然摆动不出现虚警。

监测显示系统M44主要提供友好的人机界面，可通过图标、变化曲线等方式直观反映某个、部分或全部监测楼宇信息，如沉降或倾斜信息及相应的参数变化曲线；用户可以方便调出待监测楼宇的信息进行数据观察或分析；对于报警的监测楼宇信息，则实时将监测结果告知用户，如以窗口显示方式弹出，并通过警示信息告知用户。

本发明的优点在于，卫星定位系统利用空间卫星作为时空基准，为地面用户提供了位置、时间和速度解算途径。在采用基准终端差分校正下，地面终端位置解算可以达到亚厘米甚至毫米级精度；同时利用多个终端解算可以实现亚厘米级姿态变化分析。以导航卫星为参考，对待监测楼宇进行沉降和倾斜分析，通过集中处理方式给出楼宇监测结果和报警信息，可以大大降低监测工作量，并提高楼宇监测精度和自动化程度。

图5为本发明所述楼宇沉降与倾斜监测方法的流程图，包括：

S51：在待监测楼宇顶部位置设置监测终端，通过接收导航卫星的信号，得到监测信息。

监测终端设置在待监测楼宇的顶部开阔位置，包括一个导航定位接收机或一组导航定位接收机，待监测楼宇可以包括一个或多个楼宇。对于不同的监测对象，可以灵活选择不同的监测终端设置方式，实现楼宇姿态或固定点位置监测。一个导航定位接收机的设置方案为可置于楼宇顶部中心位置，用于测定楼宇给定位置的绝对坐标；一组导航定位接收机的设置方案包括设置三个或四个接收机，用于直接解算楼宇姿态，为了便于解算和提高精度，包括三个接收机的一组导航定位接收机的设置方案为尽量接近等边三角形设置；包括四个接收机的一组导航定位接收机的设置方案为尽量接近正方形设置；各个接收机之间的基线接近楼宇最大基线且遮挡最小。监测终端用于接收导航卫星信号，解算卫星至终端伪距、终端位置以及终端组姿态。

所述监测信息包括初始采样信息和以一定时间为间隔的存储的历史采样信息及一段时间内的全部采样信息等，所述全部采样信息可以为最近一周的全部采样信息。

S52：设置基准终端，通过接收所述导航卫星的信号，得到差分修正量。

基准终端设置在不会发生沉降或倾斜视、视野相对开阔且卫星信号多径干扰小的位置。基准终端的基准接收机采用性能优越的导航定位终端，以精确解算卫星伪距、定位误差等，解算结果作为差分修正量。为了提高差分性能，基准接收机可以安装多径抑制天线、采用先进的抗多径算法等。

S53：将所述监测信息以及所述差分修正量传输至数据分析中心。

信息传输包括有线传输和无线传输不同选择方案。为了降低系统运行成本，可利用地面无线系统如GPRS或3G或LTE等，以及地面固定网络，如Internet等，通过短数据报文方式传输信息。信息传输的数据传输频率根据监测对象需求，可选择一小时传输一次或一天传输一次等不同间隔。

S54：所述数据分析中心根据所述差分修正量，对所述监测信息进行差分校正后得出的监测结果。

数据分析中心接收到步骤S53传送的监测信息及差分修正量后，根据所述差分修正量，对所述监测信息进行差分校正算法后解算后得出的监测结果，所述监测结果包括待楼宇的姿态信息和终端位置信息。所述数据分析中心对所述待监测楼宇的监测信息、监测结果进行存储，以便于用户在需要查看监测数据时随时调用。

所述数据分析中心进一步设置一警戒限制值，当所述监测结果超过所述警戒限制值时，所述数据分析中心发出报警信息。为了降低台风等因素导致楼宇自然摆动超过警戒限制值时发生虚警，报警还可以结合天气状况、监测楼宇整体情况进行自适应处理。

S55：所述数据分析中心显示所述监测结果。

所述数据分析中心可通过图标、变化曲线等方式直观反映某个或部分或全部监测楼宇的相关信息，如沉降或倾斜信息及相应的参数变化曲线；对于报警的监测楼宇信息，则实时将监测结果告知用户，如以窗口显示方式弹出，并通过警示信息告知用户；用户可以方便调出待监测楼宇的信息进行数据观察或分析。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种楼宇沉降与倾斜监测设备，其特征在于：包括导航卫星、监测终端、基准终端、信息传输系统和数据分析中心；所述监测终端设置在待监测楼宇顶部位置用于接收所述导航卫星的信号，监测所述待监测楼宇的信息，并将监测信息通过所述信息传输系统传输至所述数据分析中心；所述基准终端为所述监测终端提供差分修正量；所述数据分析中心设置一警戒限制值，所述数据分析中心通过所述信息传输系统接收所述监测信息以及所述差分修正量，进行差分校正后，得到监测结果，当所述监测结果超过所述警戒限制值时，所述数据分析中心发出报警信息。

2.根据权利要求1所述的楼宇沉降与倾斜监测设备，其特征在于：所述监测终端包括一个导航定位接收机或一组导航定位接收机。

3.根据权利要求1所述的楼宇沉降与倾斜监测设备，其特征在于：所述基准终端包括基准接收机，采用多径抑制天线或采用抗多径算法得到所述差分修正量。

4.根据权利要求1所述的楼宇沉降与倾斜监测设备，其特征在于：所述信息传输系统利用地面无线系统或地面固定网络，将所述监测信息以及所述差分修正量传输至所述数据分析中心。

5.根据权利要求1所述的楼宇沉降与倾斜监测设备，其特征在于：所述数据分析中心进一步包括一通信终端、一数据库和一数据处理系统，所述通信终端与所述信息传输系统连接，通过所述信息传输系统接收所述监测信息以及所述差分修正量；所述数据库用于存储所述监测信息和所述差分修正量；所述数据处理系统根据接收到的所述监测信息及所述差分修正量，经过差分校正算法后，将得到的监测结果存入所述数据库，并在所述监测结果超出所述警戒限制值时，发出报警信息。

6.根据权利要求1所述的楼宇沉降与倾斜监测设备，其特征在于：所述数据分析中心进一步包括一监测显示系统，所述监测显示系统提供人机交互界面，显示所述待监测楼宇的监测信息、监测结果和报警信息，并提供用户调出所述待监测楼宇的信息进行数据观察或分析的操作。

7.一种楼宇沉降与倾斜监测方法，其特征在于：包括如下步骤：

（e）所述数据分析中心显示所述监测结果。

8.根据权利要求7所述的楼宇沉降与倾斜监测方法，其特征在于：所述数据分析中心进一步设置一警戒限制值，当所述监测结果超过所述警戒限制值时，所述数据分析中心发出报警信息。

9.根据权利要求7所述的楼宇沉降与倾斜监测方法，其特征在于：步骤（d）进一步包括一信息存储步骤，存储所述待监测楼宇的监测信息和监测结果。

10.根据权利要求7所述的楼宇沉降与倾斜监测方法，其特征在于：所述步骤（e）进一步包括一数据分析中心提供用户调出所述监测信息进行数据观察或分析操作的步骤。