CN108534653A - 一种一机多天线gnss位移监测系统和监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种一机多天线GNSS位移监测系统，包括多天线系统、监测主机和监测后台；多天线系统包括一根基准天线、多根监测天线以及多天线切换控制模块；基准天线和多天线切换控制模块与监测主机有线连接，监测天线与多天线切换控制模块有线连接；监测主机包括数据接收处理模块、信号传输模块和供电模块，数据接收处理模块用于处理基准天线和监测天线的位置数据，信号传输模块用于将基准天线和监测天线的位置数据传输至监测后台；监测主机与监测后台通过无线通讯连接。在监测点较密集的位移监测中使用本监测系统，可以大大降低监测和后期运维成本，多个监测点仅需一套硬件设备即可实现有效监测，降低了监测成本，提高了监测设备的稳定性。

Description

一种一机多天线GNSS位移监测系统和监测方法
技术领域
本发明涉及卫星定位监测技术领域，更具体地说，涉及一种能够利用全球导航卫星系统实现多点精确定位，从而对多个已知点的位移情况进行长期监测的一机多天线多点位移监测系统和监测方法。
背景技术
随着GPS、GLONASS、北斗等卫星定位系统在测绘、导航、通讯与其他诸多领域的广泛应用与推广，技术发展逐渐成熟，并在卫星定位监测领域也取得了较好发展，尤其在岩土工程监测方面得到了广泛应用。
在现有的卫星定位监测系统中，定位天线与监测主机一对一连接，每个监测点都有独立的硬件、供电、通讯、施工。其原理为，在每个监测点安装独立的位移监测站，利用与基准站之间的差分信号，来对监测点进行较高精度的定位，再将定位数据上传网络，从而对监测点的相对位移情况进行长期自动监测。
目前虽有一些技术针对岩土工程监测提出了一些位移监测技术方案，但普遍存在以下问题与不足：
1.传统监测方法每个监测点都需要独立的硬件、供电、通讯、施工，监测成本过高，且后期需要对每个监测站进行单独维护，设备稳定性难以保障。
2.传统监测方法仅利用基准站进行定位辅助，监测精度不够稳定。
3.传统监测方法为提高监测精度，需获取大量监测数据，导致供电与通讯系统压力过大，而且对数据解算方法要求较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种一机多天线GNSS位移监测系统，针对监测点相对较密集的监测系统进行位移监测，降低监测成本，提高整体监测精度，为高密度位移监测系统提供低价格、高精度的监测方法。
本发明的技术解决方案是：本发明提供一种一机多天线GNSS位移监测系统，包括多天线系统、监测主机和监测后台；
所述多天线系统包括一根基准天线、多根监测天线以及多天线切换控制模块；所述基准天线和多天线切换控制模块与所述监测主机有线连接，所述监测天线与多天线切换控制模块有线连接；
所述监测主机包括数据接收处理模块、信号传输模块和供电模块，所述数据接收处理模块用于对所述基准天线和监测天线的位置数据进行处理，所述信号传输模块用于将所述基准天线和监测天线的位置数据传输至监测后台；所述监测主机与监测后台通过无线通讯方式连接。
进一步的，所述监测天线的数量为10根。
为解决技术问题，本发明还进一步提供一种一机多天线GNSS位移监测方法，包括如下步骤：
S1、基准天线将接收到的卫星信号传输到监测主机的数据接收处理模块，得到基准天线所在点位的卫星定位数据；
S2、多天线切换控制模块按设定的频率自动切换到每根监测天线，使所有监测天线轮流向监测主机传输卫星信号，数据接收处理模块对所接收到数据进行分类存储，分别得到每个点的绝对位置信息和相对于基准天线的相对矢量位置信息；
S3、数据接收处理模块再对接收到的绝对位置信息和相对矢量位置信息进行数据结算处理，得到最终的高精度定位数据，再将该数据通过信号传输模块上传到监测后台，从而得到监测点的位移情况。
实施本发明的一机多天线GNSS位移监测系统和方法，具有以下有益效果：在监测点较密集的位移监测中使用本监测系统，可以大大降低监测和后期运行维护成本，多个监测点仅需一套硬件设备即可实现有效监测，相对于传统监测设备可加大对硬件、供电、通讯、施工的成本投入，降低监测成本，提高监测设备的稳定性。
此外，本发明引入了利用相对矢量位置信息进行位移监测的方法，在传统的基准站差分定位的基础上，再额外设置一个固定测量点位，利用监测点位与固定测量点位间的相对矢量位置关系，对监测点的位移情况进行监测，从而提高位移监测精度，为高密度位移监测系统提供低价格、高精度的监测方法。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明一机多天线GNSS位移监测系统的结构示意图；
图2为本发明一机多天线GNSS位移监测系统的天线与主机的连接示意图。
具体实施方式
图1至图2示出本发明一机多天线GNSS位移监测系统的一个优选实施例，其包括多天线系统1、监测主机2和监测后台3；多天线系统1包括一根基准天线101、多根监测天线102以及多天线切换控制模块103；基准天线101和多天线切换控制模块103与监测主机2有线连接，监测天线102与多天线切换控制模块103有线连接；监测主机2包括数据接收处理模块201、信号传输模块202和供电模块203，数据接收处理模块201用于对基准天线101和监测天线102的位置数据进行处理，信号传输模块202用于将基准天线101和监测天线102的位置数据传输至监测后台3；监测主机2与监测后台3通过无线通讯方式连接。GNSS为全球导航卫星系统，全球导航卫星系统定位是利用一组卫星的伪距、星历、卫星发射时间等观测量，能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的三维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统。基准天线101将接收到的卫星信号传输到监测主机2的数据接收处理模块201，可得到基准天线101所在点位的卫星定位数据；多天线切换控制模块103按设定的频率自动切换到每根监测天线102，使所有监测天线102轮流向监测主机2传输卫星信号，数据接收处理模块201对所接收到数据进行分类存储，分别得到每个点的绝对位置信息和相对于基准天线101的相对矢量位置信息；数据接收处理模块201再对接收到的绝对位置信息和相对矢量位置信息进行数据结算处理，得到最终的高精度定位数据，再将数据通过信号传输模块202上传到监测后台3，从而对监测点的位移情况进行有效监测。优选的，本实施例中监测天线102的数量为10根，这样即可同时监测10个监测点，大大降低监测和后期运维成本，十个监测点仅需一套硬件设备即可实现有效监测，当然也可设为更少或更多数量，也属于本发明的构思。
本实施例中基准天线101和监测天线102与监测主机2的连接关系如图2所示，所有天线之间需要有线连接，天线距监测主机2的距离在300米以内。天线与监测主机2的连接情况分为两种，第一种为无基准站模式，即监测主机2附近300米内有稳定区域可以放置基准天线101，则全部采用高精度矢量定位即时确定其它各定位天线的位移。第二种为有基准站模式，即监测主机2附近300米内无稳定区域可以放置基准天线101，此时将任一GNSS天线作为主天线，与稳定区域的基准站形成24小时不间断静态定位，主天线与普通定位天线之间采用高精度即时矢量定位。监测主机2上设有太阳能板4以及GNSS信号交换机蓄电池5，通过太阳能蓄电维持监测系统运行。
为解决技术问题，本发明还进一步提供一种一机多天线GNSS位移监测方法，包括如下步骤：
S1、基准天线将接收到的卫星信号传输到监测主机的数据接收处理模块，得到基准天线所在点位的卫星定位数据；
S2、多天线切换控制模块按设定的频率自动切换到每根监测天线，使所有监测天线轮流向监测主机传输卫星信号，数据接收处理模块对所接收到数据进行分类存储，分别得到每个点的绝对位置信息和相对于基准天线的相对矢量位置信息；
S3、数据接收处理模块再对接收到的绝对位置信息和相对矢量位置信息进行数据结算处理，得到最终的高精度定位数据，再将该数据通过信号传输模块上传到监测后台，从而得到监测点的位移情况。
本发明一机多天线GNSS位移监测系统的安装方法为：根据监测点位布设方案选取适当位置安装监测主机2，选取一个稳定点位作为固定测量点位，安装基准天线101，与监测主机2有线连接；在每个监测点安装1个监测天线102，与多天线切换控制模块103有线连接；多天线切换控制模块103最多可连接10个监测天线102；多天线切换控制模块103与监测主机2有线连接；监测场地内所有连接线都安装在地下预埋的PVC管中。
使用本发明的一机多天线GNSS位移监测系统和方法，在监测点较密集的位移监测中使用本监测系统，可以大大降低监测和后期运行维护成本，多个监测点仅需一套硬件设备即可实现有效监测，相对于传统监测设备可加大对硬件、供电、通讯、施工的成本投入，降低监测成本，提高监测设备的稳定性。
此外，本发明引入了利用相对矢量位置信息进行位移监测的方法，在传统的基准站差分定位的基础上，再额外设置一个固定测量点位，利用监测点位与固定测量点位间的相对矢量位置关系，对监测点的位移情况进行监测，从而提高位移监测精度，为高密度位移监测系统提供低价格、高精度的监测方法。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种一机多天线GNSS位移监测系统，其特征在于，包括多天线系统(1)、监测主机(2)和监测后台(3)；
所述多天线系统(1)包括一根基准天线(101)、多根监测天线(102)以及多天线切换控制模块(103)；所述基准天线(101)和多天线切换控制模块(103)与所述监测主机(2)有线连接，所述监测天线(102)与多天线切换控制模块(103)有线连接；
所述监测主机(2)包括数据接收处理模块(201)、信号传输模块(202)和供电模块(203)，所述数据接收处理模块(201)用于对所述基准天线(101)和监测天线(102)的位置数据进行处理，所述信号传输模块(202)用于将所述基准天线(101)和监测天线(102)的位置数据传输至监测后台(3)；所述监测主机(2)与监测后台(3)通过无线通讯方式连接。
2.根据权利要求1所述的一机多天线GNSS位移监测系统，其特征在于，所述监测天线(102)的数量为10根。
3.一种一机多天线GNSS位移监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、基准天线将接收到的卫星信号传输到监测主机的数据接收处理模块，得到基准天线所在点位的卫星定位数据；
S2、多天线切换控制模块按设定的频率自动切换到每根监测天线，使所有监测天线轮流向监测主机传输卫星信号，数据接收处理模块对所接收到数据进行分类存储，分别得到每个点的绝对位置信息和相对于基准天线的相对矢量位置信息；
S3、数据接收处理模块再对接收到的绝对位置信息和相对矢量位置信息进行数据结算处理，得到最终的高精度定位数据，再将该数据通过信号传输模块上传到监测后台，从而得到监测点的位移情况。
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