CN105607100B - 一种极地冰川移动自动化监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种极地冰川移动自动化监测系统及监测方法，属于自动化监测技术领域，主要应用在极地冰川自动化监测领域。包括基站平台、移动站监测标杆、无人监测飞行器三部分组成。该发明原理的是将RTK（实时动态差分）技术定位原理与无人飞行监测器、铱星远程无线传输技术、单片机控制技术相结合进行冰川移动定位监测。通过铱星远程传输回国内岸基监测电脑进行数据处理，获得移动站监测标杆的高精度移动数值，该值即表征了移动监测站标杆所在位置的冰川移动数值。该发明系统具有精度高、实时性好、自动化程度高的特点，适用于小面积（基站为中心，半径在10公里范围）的冰川移动监测。

Description

一种极地冰川移动自动化监测系统及监测方法

技术领域

本发明一种极地冰川移动自动化监测系统及监测方法，属于自动化监测技术领域，主要应用在极地冰川自动化监测领域。

背景技术

极地冰川作为全球气候系统的一个重要组成部分,通过影响大洋表面的辐射平衡、物质平衡、能量平衡以及大洋温、盐流的形成和循环而影响全球气候变化。极地冰川移动是冰川的重要物理性质之一，冰川的移动是控制冰川活动的基本过程和能量的来源。冰川移动是冰川对冰床进行刨蚀和搬运，塑造各种冰川地貌的动力，它使积累区的冰量得以输出，并对冰川温度有很大影响。是研究和开发利用冰川资源的重要内容，也是防止冰川灾害重点研究课题之一。冰川物质平衡、末端进退及储量等的变化在多种时间尺度上与气候过程相关联，因而它们又可以指示不同时间尺度的气候变化，提供未受人类活动直接干扰地区环境变化的重要证据。冰川本身的物理特征及其与周围环境的密切关系，使得它的活动常引起许多重大的冰川灾害，因此对冰川移动的监测显得尤为重要。而国内外目前对冰川移动的观测还处于卫星遥感，航拍照片对比的阶段，这样的监测手段既粗略又无连续性，无法准确得出冰川移动的轨迹以及预测冰川可能移动的方向和大致的速度，并为冰川活动提供数据支持，因此寻求一种能对冰川移动进行高精度的自动化监测手段显得尤为必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种高精度无人值守的冰川移动实时自动化监测。

本发明所采用的技术方案是：一种极地冰川移动自动化监测系统，包括基站平台、安装在冰川上的多个移动站监测标杆、无人监测飞行器，基站平台外形为一个倒扣的边长为3m的正方体无底铝合金箱体，箱体顶部作为飞行器起降台，箱体中间设置发射低频电磁信号的第一信号源，箱体内部还安装有第一数传电台、第一GPS定位板卡及天线、第一数据存储器、低温电源充电系统及电源装置、铱星无线发送模块、第一单片机控制器，移动监测站标杆包括支架、第二信号源及小型电池，支架是一根3米长铝合金圆管，圆管顶部设置有第二信号源，铝合金圆管底部设置有小型电池给第二信号源供电，无人监测飞行器包括飞行器、飞行器电源、第二数传电台、第二GPS定位板卡及天线、电磁探测器、第二单片机控制器及震动传感器、第二数据存储器。

利用极地冰川移动自动化监测系统进行检测的方法，按照如下的步骤进行：

步骤一、在海拔比冰川面高的固定点上安装基站平台，将移动站监测标杆安装在冰川上；

步骤二、第一单片机控制器按预先的设置，发出控制指令，控制充满电的无人监测飞行器起飞，无人监测飞行器按照第二单片机控制器内部预设的轨迹朝第一个移动站监测标杆飞去；

步骤三、无人监测飞行器飞到第一个移动站监测标杆附近50m范围内，电磁探测器感应到第二信号源信号，确定第一移动站监测标杆的位置，从而悬停在第一移动站监测标杆的正上方，当无人监测飞行器内置的震动传感器感应到飞行器处于悬停状态时，第一GPS定位板卡及天线和第二GPS定位板卡及天线上电工作进行定位1min，并将差分数据通过第一数传电台和第二数传电台传给基站平台，将数据存储在第一数据存储器中，第一个移动站监测标杆移动监测完成；

步骤四、无人监测飞行器飞往第二个移动站监测标杆，按照步骤三同样的方法进行移动监测，然后进行下一个移动站监测标杆移动监测，直至完成所有移动站监测标杆的移动监测，一轮监测结束；

步骤五、无人监测飞行器通过电磁探测器和第一信号源准确找到飞行器起降平台，落停在该飞行器起降台上进行充电，返回步骤二准备进行下一轮监测；

步骤六、铱星无线发送模块将第一数据存储器中的存储数据结果发送到国内岸基接收电脑，电脑上根据传输回来的数据，绘制出冰川移动偏移曲线，该曲线代表每个移动站监测标杆的移动偏差，表征冰川移动的距离，从而实现冰川的多点移动监测。

本发明的有益效果是：（1）冰川移动监测需要大量投放移动站监测标杆，才可大面积进行冰川移动的准确检测。本发明利用无人监测飞行器所携带的一套GPS移动站装置进行逐次飞行到每个移动站监测标杆，省去了每个移动站必须安装的数传电台、GPS板卡、风光互补供电等核心部件，大大节省成本，提高测量可靠性。（2）可高精度的检测出不同位置的冰川移动速度，并采用数据无线远程传输实现自动化实时监测，实现了国内远程监测极地冰川运动状态。（3）所述测量方法步骤简单，测量结果真实可靠。

附图说明

图1 本发明系统示意图；

图2 本发明的基站平台示意图；

图3本发明的移动站监测标杆示意图；

图4 本发明的无人监测飞行器结构示意图；

其中，1、基站平台，2、移动站监测标杆，3、无人监测飞行器，4、飞行器起降台，5、第一数传电台，6、第一信号源，7、第一GPS定位板卡及天线，8、第一数据存储器，9、 低温电源充电系统及电源装置，10、铱星无线发送模块，11、支架，12、电磁信号源，13、飞行器，14、飞行器电源，15、第二数传电台，16.第二GPS定位板卡及天线，17、小型电池，18、第二数据存储器，19、电磁探测器，20、第一单片机控制器，21、第二单片机控制器，22.震动传感器。

具体实施方式

如图1-图4所示，本发明属于自动化监测技术领域，主要应用在极地、国内无人区冰川自动化监测领域。目的是提供一种高精度无人值守的冰川移动实时自动化监测方法，为科研人员研究冰川运动学提供可靠的数据支持。本发明系统包括基站平台1、移动站监测标杆2、无人监测飞行器3三部分组成。该发明原理的是将RTK（实时动态差分）技术定位原理与无人飞行监测器3、铱星远程无线传输技术、单片机控制技术相结合进行冰川移动定位监测。无人监测飞行器3飞到移动站监测标杆2正上方，和基站平台1进行GPS差分，差分数据保存在基站平台1的第一数据存储器8中，通过铱星无线发送模块10传输回国内岸基监测电脑进行数据处理，获得移动站监测标杆2的高精度移动数值，该值即表征了移动站监测标杆2所在位置的冰川移动数值。该发明系统具有精度高、实时性好、自动化程度高的特点，适用于小面积（基站为中心，半径在10公里范围）的冰川移动监测。

整套系统主要由基站平台1、移动站监测标杆2、无人监测飞行器3三部分组成。所述基站平台1包括飞行器起降台4、第一数传电台5、第一信号源6、第一GPS定位板卡及天线7、第一数据存储器8、低温电源充电系统及电源装置9、铱星无线发送模块10、第一单片机控制器20组成。所述移动站监测标杆2由支架11、第二信号源12及小型电池17组成。所述无人监测飞行器3由飞行器13、飞行器电源14、第二数传电台15、第二GPS定位板卡及天线16、电磁探测器19、第二数据存储器18、第二单片机控制器21及震动传感器22组成。

基站平台1根据设置的监测时间，定时向无人监测飞行器3发出起飞指令，无人监测飞行器3根据系统提供的移动站监测标杆2的最初安装时的GPS位置信息，飞到移动站监测标杆2的所在位置50米内，无人监测飞行器3内的电磁探测器19和移动站监测标杆2中的第二信号源12进行准确识别定位，无人监测飞行器3飞到移动站监测标杆2的正上方，无人监测飞行器3和基站平台1之间进行GPS位置信号的差分，RTK差分信号通过第二数传电台15和第一数传电台5之间的通讯，将差分数据传送到基站平台1的数据存储器8中存储。无人监测飞行器3飞回基站平台1，与基站平台1中的第一信号源6识别定位后落停在飞行器起降台4上，低温电源充电系统及电源装置9通过无线充电器给飞行器13充电；无人监测飞行器3按照设定的其它移动站监测标杆2的原始抛投位置信息飞向下一个移动站监测标杆2，依次对所有移动站监测标杆2进行GPS差分，获取每个移动站监测标杆2的差分信号并通过第二数传电台15和第一数传电台5之间的通讯保存到数据存储器8中。所有移动站监测标杆2与基站平台1的移动差分数据测量完毕后，无人监测飞行器飞回基站平台1。在单片机控制器21的控制下，基站平台1定时通过铱星无线发送模块10把RTK差分数据传回国内岸基监测电脑，电脑定位处理软件根据移动站监测标杆2的GPGGA语句进行数据提取，获取每个移动站监测标杆2的移动数值，并绘制出偏移曲线，该曲线即代表移动站监测标杆2所在位置的冰川移动情况。

基站平台1是一个倒扣的边长3m的正方体无底铝合金空壳，正方体正中间设置发射低频电磁信号的第一信号源6，用于无人监测飞行器3通过电磁探测器19准确找到飞行器起降平台4，准确落停在该飞行器起降台4上；基站平台1的其余部件安装在一个盒子内，放置在正方体底部。低温电源充电系统及电源装置9由风光互补加蓄电池的方式提供电源，向停在飞行器起降平台4上的飞行器13进行无线充电；第二GPS定位板卡及天线16用于基站平台1和移动站监测标杆2之间的GPS位置信号的差分，第一数据存储器8用于差分数据存储，铱星无线发送模块10用于数据的远程无线传输；第一单片机控制器20的作用是定时控制各部件。

移动监测站标杆2中的支架11是3米长铝合金圆管，顶部设置有第二信号源12，铝合金圆管底部设置有小型电池17给电磁信号源供电。

无人监测飞行器3的作用是在50米范围内探测到第一信号源6和第二信号源12的准确位置（误差小于0.1米，这个第二信号源12、第一信号源6和电磁探测器19是一组RFID无线电射频定位识别装置）；第二GPS定位板卡及天线16的作用是进行移动站监测标杆2和基站平台1的第一GPS定位板卡及天线7的差分；震动传感器22的作用是探测飞行器13的震动状态，判断此时无人监测飞行器3是否处于悬停状态。单片机控制器21的作用是对无人监测飞行器3进行控制。

Claims (1)

1.一种利用极地冰川移动自动化监测系统进行检测的方法，极地冰川移动自动化监测系统包括基站平台、安装在冰川上的多个移动站监测标杆、无人监测飞行器，基站平台外形为一个倒扣的边长为3m的正方体无底铝合金箱体，箱体顶部作为飞行器起降台，箱体中间设置发射低频电磁信号的第一信号源，箱体内部还安装有第一数传电台、第一GPS定位板卡及天线、第一数据存储器、低温电源充电系统及电源装置、铱星无线发送模块、第一单片机控制器，移动监测站标杆包括支架、第二信号源及小型电池，支架是一根3米长铝合金圆管，圆管顶部设置有第二信号源，铝合金圆管底部设置有小型电池给第二信号源供电，无人监测飞行器包括飞行器、飞行器电源、第二数传电台、第二GPS定位板卡及天线、电磁探测器、第二单片机控制器及震动传感器、第二数据存储器，其特征在于：按照如下的步骤进行：

步骤一、在海拔比冰川面高的固定点上安装基站平台，将移动站监测标杆安装在冰川上；

步骤二、第一单片机控制器按预先的设置，发出控制指令，控制充满电的无人监测飞行器起飞，无人监测飞行器按照第二单片机控制器内部预设的轨迹朝第一个移动站监测标杆飞去；

步骤三、无人监测飞行器飞到第一个移动站监测标杆附近50m范围内，电磁探测器感应到第二信号源信号，确定第一移动站监测标杆的位置，从而悬停在第一移动站监测标杆的正上方，当无人监测飞行器内置的震动传感器感应到飞行器处于悬停状态时，第一GPS定位板卡及天线和第二GPS定位板卡及天线上电工作进行定位1min，并将差分数据通过第一数传电台和第二数传电台传给基站平台，将数据存储在第一数据存储器中，第一个移动站监测标杆移动监测完成；

步骤四、无人监测飞行器飞往第二个移动站监测标杆，按照步骤三同样的方法进行移动监测，然后进行下一个移动站监测标杆移动监测，直至完成所有移动站监测标杆的移动监测，一轮监测结束；

步骤五、无人监测飞行器通过电磁探测器和第一信号源准确找到飞行器起降平台，落停在该飞行器起降台上进行充电，返回步骤二准备进行下一轮监测；

步骤六、铱星无线发送模块将第一数据存储器中的存储数据结果发送到国内岸基接收电脑，电脑上根据传输回来的数据，绘制出冰川移动偏移曲线，该曲线代表每个移动站监测标杆的移动偏差，表征冰川移动的距离，从而实现冰川的多点移动监测。