CN102721398A

CN102721398A - 一种多模gnss高精度实时形变监测系统

Info

Publication number: CN102721398A
Application number: CN201210047832XA
Authority: CN
Inventors: 孙红星; 许昌
Original assignee: WUHAN SKY DIGITAL INSTRUMENTS CO Ltd
Current assignee: WUHAN SKY DIGITAL INSTRUMENTS CO Ltd
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明涉及一种专门为探测人工建筑物和自然地形地貌的轻微形变而设计的多模GNSS高精度实时形变监测系统；使用本系统，可以对目标进行全天候、24小时不间断的无人值守监控，达到实时3毫米、日观测1毫米的精度，并可进行自动智能预警和播报。本系统由数据采集、服务中心、显示与预警等三个部分组成，同时支持GPS、北斗、GLONASS、GALILEO多种卫星定位系统；数据采集子系统由接收机和与其配套的软硬件对卫星信号进行数据采集，并通过有线或者无线网络的传输方式将数据发送到服务中心；服务中心子系统对所有接入的接收机信号进行快速的数据处理，采用高精度多模GNSS系统动态联合差分定位模型解算得到接收机的实时位置，并将原始采集数据以及所有位置数据保存到数据库中，提供给事后查询与分析；显示与预警子系统访问服务中心，下载实时数据或历史数据进行实时显示或预警分析。

Description

一种多模GNSS高精度实时形变监测系统

技术领域

本发明涉及一种利用全球导航卫星系统（GNSS）技术探测人工建筑物和自然地形地貌的轻微形变的三维形变监测系统。

背景技术

传统的测量手段，主要是地面监测方法或者摄影测量方法；测量受视距限制，且监测网形、点位的选择要求高；观测误差会不断累积，且各监测站点观测精度分布不均匀；工作量大，操作复杂，需要动用大量的人力物力；观测精度也会受天气、人员等的影响；形变反应慢，需要对监测点的数据进行采集，内业处理进行分析，才能得到形变状态与趋势；周期性的作业可能导致无法发现存在的形变危险或者难以发现突发性的形变；受量程的限制，总会存在角度或者长度的制约，只能在一定范围内变化；太依赖于手动操作，无法实现全自动的形变监测与预警。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足，为各种人工建筑与地形地貌提供一种多模GNSS高精度实时形变监测系统，其可以同时支持GPS、北斗、GLONASS、GALILEO多种卫星定位系统，为应用目标提供24小时不间断实时监测，每秒一帧输出，实时动态三维监测，达到实时3毫米、日观测1毫米的精度，并提供日、周、月、年统计结果。

为达到上述目的，本系统由数据采集、服务中心、显示与预警三个子系统组成；数据采集子系统由接收机以及与其配套的软硬件对卫星信号进行数据采集，并通过有线或者无线网络的传输方式将数据发送到服务中心；服务中心子系统对所有接入的接收机信号进行快速的数据处理，采用高精度多模GNSS系统动态联合差分定位模型解算得到接收机的实时位置，并将原始采集数据以及所有位置数据保存到数据库中，提供给事后查询与分析；显示与预警子系统访问服务器将实时数据或历史数据下载下来进行实时显示或预警分析；本发明采用的技术路线是：采用C/S架构，数据采集子系统在保证自身稳定运行的情况下，完成数据的采集与发送，以真正实现无人值守。

数据采集子系统中对于基准站的布设，需稳定在一个点上，并以某种方式，如与其他控制点联测，获得其准确坐标；同时，监测站与基准站的距离不宜过远，以免影响差分精度。如果监控区域较大，可以考虑多布设几个基准站。

数据采集子系统可选用多模GNSS天线，根据工程需求选用单频或者双频天线，进行GNSS数据采集。

数据采集子系统可采用多种供电方式，如风能，太阳能，交流电源等，方便野外架设监测点。

数据采集子系统可选用单频或者双频接收机，在控制成本的情况下完成数据采集。

数据采集子系统可使用无线GPRS或者有线网络进行数据传输，考虑到GPRS网络带宽有限，因此对发送的数据进行了调整，不会同时拥挤发送数据，保证网络的畅通、高效；由于双频数据量较大，为保证传输的时效性，因此将双频数据采用压缩的RTCM 3.0数据格式进行传送，以节省网络带宽，实时传输。

数据采集子系统使用工业级三防技术，抗高低温，防水，防尘；网络异常的情况下会自动检测异常，并恢复系统运行，重新连接服务器。

数据采集子系统可使用无线GPRS发送1Hz的采样数据，或使用有线网络发送20Hz的高频数据。

服务中心子系统可方便接入多个监测点数据，完成监测点数据的收集、实时解算以及数据保存和结果的对外服务；计算机3GHz CPU，2G内存可同时接入采样率1Hz的站点超过300个，解算不滞后。

服务中心子系统采用国际先进的高精度实时动态定位模型，对监测数据进行实时解算和处理。精度达到实时3毫米、日观测1毫米。

显示与预警子系统可以运行在PC上，也可以运行在手持式设备上，如手机、GIS数据采集器等；方便灵活，随时随地掌握最新的形变监测动态。

显示与预警子系统集坐标显示和图形图像分析为一体，可显示各监测点实时工作状态信息，可根据分析解算结果自动生成形变历时曲线，形变分布图和多因素相关图，并可对所有站点数据进行初步分析与简单评价，根据预设警戒值和实测值进行判别，能及时进行多渠道多形式预警信息或状态信息发布，真正实现远程监控和无人值守。

附图说明

附图1为本系统功能组成结构图。

附图2为本系统架设拓扑图。

附图3为本系统方案所使用的监测点结构图。

附图4为本系统方案的显示预警界面。

附图5为本系统方案的事后分析界面。

具体实施方式

如图3，搭建供电部分，如使用太阳能供电，则将太阳能面板用导线连接太阳能控制器，同时将供电电平连接到太阳能控制器，从太阳能控制器引出导线并使用特定的接收机供电接口就可以给接收机连续供电，有太阳的时候可以给电平充电，晚间或无太阳的时候则使用电平直接供电。

如图3，将天线架设在待监测点，保证监测点的牢固，保证天线的运动和监测点相一致；使用专用GNSS信号传输线将天线接入到GNSS接收机。

基准站的架设，基准站的架设结构基本与检测点的结构一样，但是对于基准点需要保证其不会随监测体的移动而移动，需保证其稳定性，且需要必要的防护措施；可以将站点架设成观测墩结构，使用扼流圈以及强制对中装置保证其观测质量。

如图3搭建监测区域。配置服务器的IP地址以及服务端口后，接收机就会连接服务中心，服务中心根据配置好的站点信息，实时解算传输给显示预警系统并将数据保存至数据库。

图4为显示预警子系统的运行界面，指定服务器的地址后即可连接，出现实时三维移动曲线，可以在该界面上进行实时数据查看与预警分析。

图5为事后数据的查看分析界面，可以从服务器上下载长时间的数据导入到该模块进行查看分析，得出一定时间内的形变结论。

Claims

1.一种多模GNSS高精度实时形变监测系统，其特征在于：（1）三维监测；（2）全天候监测；（3）24小时不间断连续运行；（4）无人值守、远程监控；（5）实时解算分析；（6）自动预警；（7）自动诊断恢复；（8）多种信息发布渠道；

根据权利要求1所述的一种形变监测系统，其包括：（1）数据采集子系统；（2）服务中心子系统；（3）显示与预警子系统；其特征在于：（1）数据采集子系统，可以对监测目标进行全天候的数据采集，实时将采集数据发回服务中心子系统；（2）服务中心子系统，采用高精度GNSS动态定位算法将测站数据进行差分解算，实时、高效、高并发；（3）显示与预警子系统，采用多种分析手段，实时对站点数据进行显示并分析，预警信息或状态信息的发布，全自动完全无人值守独立操作。

2.根据权利要求1所述的一种形变监测系统，其特征在于：基于多模GNSS技术，所述的（1）数据采集子系统能与多模GNSS天线匹配，可接收解析GPS、北斗、GLONASS、GALILEO等多种卫星系统数据；可选用单频或者双频接收机，对系统的费用进行控制；其接收机可以不间断连续运行，自动重连，错误检查，及时恢复；其采用高效的传输方式，同时支持GPRS无线或者有线通信方式，其中无线通信可以支持1Hz的数据采样率，有线方式支持20Hz的数据采样率；以实现无人值守、连续运行、自动检测、快速恢复、高效数据传输。

3.根据权利要求1所述的一种形变监测系统，其特征在于：所述的（2）服务中心子系统采用高精度的定位算法；建立具有先验统计特性的多模GNSS动态伪距和载波相位双差定位方程；进行模糊度解算以实现高精度载波相位定位；利用多模GNSS的数据特点，进一步提高周跳探测与修复的能力，同时消除极难解决的多路径效应。

4.根据权利要求1所述的一种形变监测系统，其特征在于：所述的（3）显示与预警子系统可以远程访问服务中心子系统，采用多种分析手段，实时对站点数据进行初步分析与简单评价，根据预设警戒值和实测值进行多渠道多形式的预警信息或状态信息发布，可以随时随地掌握运行状态，真正实现远程监控和无人值守。