CN103234519B - 一种基于gps和静力水准测量的地面沉降监测预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于GPS和静力水准测量的地面沉降监测预警系统，属于地质灾害监测预警领域；该系统包括：分布设置的监测站；基准站和监控预警中心；监测站中的GPS接收机和静力水准系统中的基准点安装在同一观测墩上，GPS接收机将接收到的卫星观测数据传送至监控预警中心，数据采集单元采集静力水准仪的监测数据，并将数据传送至监控预警中心；基准站中的GPS接收机接收基准站所在稳定区域点的卫星观测数据，并将该数据传送至监控预警中心；监控预警中心接收监测站和基准站传送的信息，并对数据进行处理、分析；该系统能够解决静力水准系统测量时，无稳定基准点或基准点发生沉降后监测点沉降量测量不准确的问题，实时获取高精度的地面沉降值。
Description
技术领域
本发明属于地质灾害监测预警技术领域，涉及一种基于GPS和静力水准测量的地面沉降监测预警系统。
背景技术
地面沉降又称为地面下沉或地陷，在中国《地质灾害防治条例》中，它被定义为“缓变性地质灾害”。它是在自然和人类工程经济活动影响下，由于地下松散地层固结压缩，导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动（或工程地质现象）。造成地面沉降的自然因素是地壳的构造运动和地表土壤的自然压实。人为因素造成的地面沉降广泛见于一些大量开采地下水的大城市以及石油、煤炭或天然气开采区。目前，地面沉陷这一问题已经遍布全国大多数城市和地区，对人民群众的生产生活造成了严重的影响。
目前，对地面沉降监测主要采取了三种方法：即传统的监测、GPS监测、合成孔径干涉雷达监测。传统的地面沉降测量方法包括水准测量、基岩标和分层标测量。这些方法精度很高，但只能在比较小的范围内开展工作。对于大规模的区域地面沉降可采用GPS进行全方位的测量，但在监测密度较高时，总体造价较高，且工程实施过程较为复杂。合成孔径干涉雷达监测是一种卫星遥感技术，可以敏感监测出地面沉降的变化，但实时性较差，不能实时反映出地面沉降变化。
静力水准系统是位移传感器的其中一种，由一系列智能液位传感器及储液罐组成，储液罐之间由连通管连通。基准罐置于一个稳定的水平基点，其他储液罐置于标高大致相同的不同位置，当其他储液罐相对于基准罐发生升降时，将引起该罐内液面的上升或下降。通过测量液位的变化，了解被测点相对水平基点的升降变形。用此种装置来测量地表的沉降情况要求基准罐的位置固定或可准确测量，这样才能保证整个装置测量的准确性。
因此，如何在保证高精度监测的情况下采用较低成本的工程方法进行具有实时性的监测，成为了目前地表监测研究领域的研究重点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于GPS和静力水准测量的地面沉降监测预警系统，该系统能够解决静力水准系统测量时，无稳定基准点或基准点发生沉降后监测点沉降量测量不准确的问题，通过GPS监测与静力水准系统结合的方式，加密监测点位布设，实时获取高精度的地面沉降值。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于GPS和静力水准测量的地面沉降监测预警系统，包括：分布设置在待监测区域用于监测地面沉降情况的监测站；设置在待监测区域以外地质稳定区域用于提供基准起算位置的基准站和用于进行数据处理、分析和预警的监控预警中心；每个监测站包括GPS接收机、静力水准系统、通信模块和电源，所述静力水准系统包括静力水准仪和数据采集单元；基准站包括GPS接收机，通信模块和电源；监控预警中心包括通信模块和中心服务器；监测站中的GPS接收机和静力水准系统中的基准点安装在同一观测墩上，GPS接收机将接收到的基准点的卫星观测数据通过监测站中的通信模块传送至监控预警中心，静力水准系统中的数据采集单元用于采集静力水准仪的监测数据，并将采集到的数据通过监测站中的通信模块传送至监控预警中心；基准站中的GPS接收机接收基准站所在稳定区域点的卫星观测数据，并将该信息通过通信模块传送至监控预警中心；监控预警中心接收监测站和基准站传送的数据信息，并对数据进行解算处理和分析，对待监测区域的地面沉降信息进行预测和报警。
进一步，所述监测系统、基准系统和监控预警系统中的通信模块采用无线通信模块；利用无线通信的方式进行数据传输可以较少的受到监测区域地形的限制，避免有线传输的布线难等问题。
进一步，所述无线通信模块采用GPRS无线传输模块。
进一步，所述静力水准仪采用振弦式静力水准仪。
进一步，所述电源采用蓄电池与太阳能电池板的组合；能够保证连续不间断的电源供应。
进一步，所述GPS接收机为双频GPS接收机。
进一步，所述监控预警中心还包括用于险情报警的声光报警装置。
进一步，所述监控预警中心中的中心服务器包括数据处理单元和预测预警单元；所述数据处理单元将接收到的各GPS数据和静力水准仪的监测数据进行分析处理，得到各监测区域的实际绝对沉降值，并根据该地表沉降值建立地表沉降实时信息数据库，生成地表沉降变化趋势图；所述预测预警单元根据数据处理单元生成的数据信息，结合历史统计资料进行预测和分析，在发生险情时发布灾害预警信息。
本发明的有益效果在于：本发明所述的地面沉降监测系统采用GPS定位与静力水准系统相结合的地面沉降监测方式，利用GPS快速定位、全天候、全天时的特点与静力水准系统的高精度、高频率的沉降监测数据特点，将GPS数据和静力水准监测数据进行时间同步，实时获取各监测点绝对沉降量，得到高精度的沉降监测数据，并以此数据进行地质灾害信息预警预报，同时通过现代通信技术进行数据传输，实现远程实时监控；该监测预警系统可以降低工程费用、加密监测站点，组合成高精度的测量系统，能够在矿区、高铁、地铁等领域的地面沉降监测中得以应用，弥补了其他监测手段周期长、站点少、数据少等不足，具有很强的实时性、自动化数据处理能力和通讯能力。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明的系统结构图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1为本发明的系统结构图，如图所示，本发明所述的基于GPS和静力水准测量的地面沉降监测预警系统包括：分布设置在待监测区域用于监测地面沉降情况的监测站；设置在待监测区域以外地质稳定区域用于提供基准起算位置的基准站和用于进行分析预警的监控预警中心；每个监测站包括GPS接收机、静力水准系统、通信模块和电源，所述静力水准系统包括静力水准仪和数据采集单元；基准站包括GPS接收机，通信模块和电源；监控预警中心包括通信模块和中心服务器；在本实施例中，各通信模块采用GPRS模块，电源采用蓄电池与太阳能电池板的组合，实现了各个监测站点自动供电，解决了偏远地区电力供应困难和供电线路敷设的问题，能够保证连续不间断的电源供应；在本实施例中，GPS接收机为双频GPS接收机，静力水准仪采用振弦式静力水准仪。
监测站中的GPS接收机和静力水准系统中的基准点安装在同一观测墩上，GPS接收机将接收到的基准点的卫星观测数据通过监测站中的通信模块传送至监控预警中心，静力水准系统中的数据采集单元用于采集静力水准仪的监测数据，并将采集到的数据通过监测站中的通信模块传送至监控预警中心；基准站中的GPS接收机接收基准站所在稳定区域点的卫星观测数据，并将该信息通过基准站中的通信模块传送至监控预警中心；监控预警中心接收监测站和基准站传送的数据信息，并对数据进行处理和分析，对待监测区域的地面沉降信息进行预测和报警。
本监测预警系统的具体工作流程为：将监测站中的GPS接收机和静力水准系统基准点安装在同一观测墩上，这就相当于每个静力水准系统的基准点都与一个GPS接收机绑定在一起，此时，可通过测定GPS接收机所在位置的沉降变化得到各静力水准系统的基准点的沉降值。基准站和监测站中的GPS接收机以5s的采样间隔持续接收卫星信号，通过GPRS无线传输模块实时传送回监控预警中心，进行备份存储及数据处理。与此同时，静力水准系统中的数据采集单元按照设定的采样频率将静力水准仪的监测数据通过GPRS无线传输模块传输到监控预警中心的中心服务器存储。监控预警中心的中心服务器将接收到的GPS数据和静力水准系统监测数据进行时间同步，再对监测数据进行综合处理，计算得到各监测点的绝对沉降值，监控预警中心根据实时计算结果做出相应的响应，并将结果发布给各类用户。
在本实施例中，监控预警中心的中心服务器包括数据处理单元和预测预警单元；所述数据处理单元将接收到的各GPS数据和静力水准仪的监测数据进行分析处理，得到各监测站所在点的实际绝对沉降值，并根据该地表沉降值建立地表沉降实时信息数据库，生成地表沉降变化趋势图；所述预测预警单元根据数据处理单元生成的数据信息，结合历史统计资料进行预测和分析，在发生险情时发布灾害预警信息。具体来说，数据处理单元，用于解算所接收的GPS观测数据，进行高精度的数据解算和平差，并将GPS观测数据和静力水准系统进行数据同步，以GPS解算结果作为起算基准，获取静力水准系统各监测点实际绝对沉降值，再根据各监测点的地表沉降数据，建立地表沉降实时信息数据库，生成地表沉降变化趋势图；预测预警单元用于对地表沉降量和沉降趋势进行分析，并在沉降量达到地质灾害位移控制指标时，结合监测区域的地表沉降信息历史统计资料，对破坏性地质灾害发生时间、概率和灾害影响范围做出预测，同时发布地质灾害预警信息。
作为本实施例的一种改进，监控预警中心还包括用于险情报警的声光报警装置，这样当发生地表沉降险情时，可以采用声光报警的方式来做到报警提醒。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (5)
1.一种基于GPS和静力水准测量的地面沉降监测预警系统，其特征在于：包括：分布设置在待监测区域用于监测地面沉降情况的监测站；设置在待监测区域以外地质稳定区域用于提供基准起算位置的基准站；用于进行数据处理和险情预警的监控预警中心；
每个监测站包括GPS接收机、静力水准系统、通信模块和电源，所述静力水准系统包括静力水准仪和数据采集单元；
每个基准站包括GPS接收机，通信模块和电源；
监控预警中心包括通信模块和中心服务器；
监测站中的GPS接收机和静力水准系统中的基准点安装在同一观测墩上，GPS接收机将接收到的卫星观测数据通过监测站中的通信模块传送至监控预警中心，静力水准系统中的数据采集单元用于采集静力水准仪的监测数据，并将采集到的数据通过监测站中的通信模块传送至监控预警中心；基准站中的GPS接收机接收基准站所在稳定区域点的卫星观测数据，并将该卫星观测数据通过基准站中的通信模块传送至监控预警中心；监控预警中心接收监测站和基准站传送的数据信息，并对数据进行处理、分析，对待监测区域的地面沉降情况进行报警；
所述监测站、基准站和监控预警中心中的通信模块采用无线通信模块；
所述无线通信模块采用GPRS无线传输模块；
所述静力水准仪采用振弦式静力水准仪。
2.根据权利要求1所述的基于GPS和静力水准测量的地面沉降监测预警系统，其特征在于：所述电源采用蓄电池与太阳能电池板的组合。
3.根据权利要求1所述的基于GPS和静力水准测量的地面沉降监测预警系统，其特征在于：所述GPS接收机为双频GPS接收机。
4.根据权利要求1所述的基于GPS和静力水准测量的地面沉降监测预警系统，其特征在于：所述监控预警中心还包括用于险情报警的声光报警装置。
5.根据权利要求1所述的基于GPS和静力水准测量的地面沉降监测预警系统，其特征在于：所述监控预警中心中的中心服务器包括数据处理单元和预测预警单元；所述数据处理单元将接收到的各GPS数据和静力水准仪的监测数据进行处理分析，得到各监测站的实际绝对沉降值，并根据实际绝对沉降值建立地表沉降实时信息数据库，生成地表沉降变化趋势图；所述预测预警单元根据数据处理单元生成的数据信息，结合历史统计资料进行预测和分析，在发生险情时发布灾害预警信息。
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