CN109297466B - 一种基于阵列式气压传感的差分沉降监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于阵列式气压传感的差分沉降监测方法，包含以下步骤：A、布设基准点和监测点；B、监测网初测和基准网观测；C、对步骤B的结果进行动态观测；D、基准网差分改正和监测网差分改正，同时对基准网差分改正的结果进行定权；E、散点沉降分析；F、建立动态DEM；本发明采用气压传感、LoRa通讯、远程通讯、现场预警等技术，发明一种远程交互式沉降监测预警方法，对目前地质灾害、采空区塌陷等场景下，传统作业方式进行有效补充，所采用监测装置支持数据上行及控制指令下行、支持前端‑后台声光预警。该法能客观监测散点或面域沉降变化，更加有效地保障受威胁对象的生命财产安全。
Description
技术领域
本发明涉及气象监测技术领域，具体是一种基于阵列式气压传感的差分沉降监测方法。
背景技术
目前，常用的高程观测也即沉降观测方法主要有几何水准、静力水准全球导航卫星系统定位(GNSS)观测、差分干涉雷达测量技术(D-InSAR)技术等，其中几何水准为较为传统的观测方法，在工程建设领域应用广泛，其观测精度高，但劳动强度大，观测作业受地形起伏影响大；静力水准观测其实质为液位测量，根据不同原理大致可分为压差式或电感式等，主要应用于建构筑物相对沉降监测；GNSS观测可测得大地高，其应用不受通视条件影响，但观测误差因素众多，精度有限；D-InSAR技术以同一地区的两张SAR图像为基本处理数据,通过求取两幅SAR图像的相位差,获取干涉图像,然后经相位解缠,从干涉条纹中获取地形高程数据的空间对地观测新技术，特别适用于大面积的沉降监测，但其数据处理难度大、作业成本高。
现有技术存在以下缺陷:
几何水准观测作业难度大，劳动强度大，难以实现自动化观测。静力水准仪测量精度较高，但当观测区域坡度较大时，存在布设困难、量程范围大等缺点，不适用于地形复杂的地质灾害等监测领域。
GNSS测量适用于绝对位移测量，可实现对平面位移、高程三维观测，但由于高程观测精度较低，在工程测量或地质灾害监测中GNSS通常只用来观测平面位移。
D-InSAR技术受两期观测随机噪声不同或不相关、受多变的大气条件影响、图像配准困难，其数据处理难度高。
所述差分沉降监测技术即利用气压传感器感应大气压力，根据气压与海拔(高程)之间的确定函数关系(拉普拉斯压高方程)间接获取高程信息，该方法不受信号干扰、植被遮挡或人为因素影响，实现对沉降观测，可作为地质灾害应急监测的补充手段，也可应用于大区域(如采煤沉陷区)沉降监测等领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于阵列式气压传感的差分沉降监测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于阵列式气压传感的差分沉降监测方法，包含以下步骤：
A、布设基准点和监测点；
B、监测网初测和基准网观测；
C、对步骤B的结果进行动态观测；
D、基准网差分改正和监测网差分改正，同时对基准网差分改正的结果进行定权；
E、散点沉降分析；
F、建立动态DEM；
G、将动态DEM与首期DEM进行叠加差分，表征监测区面域沉降变形特征，输出面域沉降热力图。
作为本发明的进一步技术方案：所述监测网初测具体是采用全站仪极坐标法观测，得到各监测点的平面坐标及高程，建立首期也即初始数字高程模型DEM。
作为本发明的进一步技术方案：所述步骤C中的动态观测具体是根据预设频率各监测传感传输设备自动采集气压、气温参数并传输至后台服务器，根据多元大气压高方程解析得到各观测点高程。
作为本发明的进一步技术方案：所述基准网差分改正具体是实时观测基准点高程与首测基准点高程进行差分，确定当前气象条件下监测基准点的高差改正数，定权即通过监测基准点的高差改正数、基准点间高差反向确定每米高差改正权重。
作为本发明的进一步技术方案：所述监测网差分改正具体是根据各监测点与基准点首测高差、当前每米高差改正权重确定当前期各监测点高差改正数。
作为本发明的进一步技术方案：所述散点沉降分析具体是针对离散分布的各监测点沉降变形过程进行分析，包括累计沉降、沉降速率、沉降加速度，同时基于累计沉降时间序列拟合外推沉降变形发展趋势。
作为本发明的进一步技术方案：所述步骤F具体是依据各监测点平面位置、当前高程快速建立监测区域数字高程模型。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用气压传感、LoRa通讯、远程通讯、现场预警等技术，发明一种远程交互式沉降监测预警方法，对目前地质灾害、采空区塌陷等场景下，传统作业方式进行有效补充，所采用监测装置支持数据上行及控制指令下行、支持前端-后台声光预警。该法能客观监测散点或面域沉降变化，更加有效地保障受威胁对象的生命财产安全。
附图说明
图1为本发明的整体流程图。
图2为监测网点布设原理图；
图3为传感传输设备图；
图4为技术路线图。
图中：1.气压传感器阵列；2.主控电路板；3.LoRa通讯模组；4.供电模组；5.采集电路；6.远程传输模组；7.本地存储模组；8.气温传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：请参阅图1-4，一种基于阵列式气压传感的差分沉降监测方法，其技术路线是通过对高程基准网实时观测，得到能反映当前气象条件的基准网高差改正数，进而反向确定监测区域内每米高差改正权重，最后对各监测点进行当前期高差改正。
具体包含以下步骤：
A、布设基准点和监测点；
B、监测网初测和基准网观测；监测网初测是采用全站仪极坐标法观测，得到各监测点的平面坐标及高程，建立首期也即初始数字高程模型DEM；
C、根据预设频率各监测传感传输设备自动采集气压、气温参数并传输至后台服务器，根据多元大气压高方程解析得到各观测点高程
D、基准网差分改正和监测网差分改正，同时对基准网差分改正的结果进行定权；其中，基准网差分改正具体是实时观测基准点高程与首测基准点高程进行差分，确定当前气象条件下监测基准点的高差改正数，定权即通过监测基准点的高差改正数、基准点间高差反向确定每米高差改正权重，监测网差分改正具体是根据各监测点与基准点首测高差、当前每米高差改正权重确定当前期各监测点高差改正数；
E、针对离散分布的各监测点沉降变形过程进行分析，包括累计沉降、沉降速率、沉降加速度，同时基于累计沉降时间序列拟合外推沉降变形发展趋势；
F、依据各监测点平面位置、当前高程快速建立监测区域数字高程模型
G、将动态DEM与首期DEM进行叠加差分，表征监测区面域沉降变形特征，输出面域沉降热力图。
实施例2，在实施例1的基础上，本设计的传感传输设备图如图3所述，包括气压传感器阵列1、主控电路板2、LoRa通讯模组3、供电模组4、采集电路5、远程传输模组6、本地存储模组7和气温传感器8，其中，气压传感器阵列1、主控电路板2、LoRa通讯模组3、供电模组4、采集电路5、远程传输模组6和本地存储模组组成基准点装置，气压传感器阵列1、主控电路板2、LoRa通讯模组3和供电模组4组成监测点装置。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (1)
1.一种基于阵列式气压传感的差分沉降监测方法，其特征在于，包含以下步骤：
A、布设基准点和监测点；
B、监测网初测和基准网观测，监测网初测具体是采用全站仪极坐标法观测，得到各监测点的平面坐标及高程，建立首期也即初始数字高程模型DEM；
C、对步骤B的结果进行动态观测，动态观测具体是根据预设频率各监测传感传输设备自动采集气压、气温参数并传输至后台服务器，根据多元大气压高方程解析得到各观测点高程；
D、基准网差分改正和监测网差分改正，同时对基准网差分改正的结果进行定权，基准网差分改正具体是实时观测基准点高程与首测基准点高程进行差分，确定当前气象条件下监测基准点的高差改正数，定权即通过监测基准点的高差改正数、基准点间高差反向确定每米高差改正权重，监测网差分改正具体是根据各监测点与基准点首测高差、当前每米高差改正权重确定当前期各监测点高差改正数；
E、散点沉降分析，散点沉降分析具体是针对离散分布的各监测点沉降变形过程进行分析，包括累计沉降、沉降速率、沉降加速度，同时基于累计沉降时间序列拟合外推沉降变形发展趋势；
F、建立动态DEM，依据各监测点平面位置、当前高程快速建立监测区域数字高程模型；
G、将动态DEM与首期DEM进行叠加差分，表征监测区面域沉降变形特征，输出面域沉降热力图。
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