CN111649664A - 一种室内建筑结构形变高精度监测方法和系统 - Google Patents

一种室内建筑结构形变高精度监测方法和系统 Download PDF

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    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
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Abstract

本发明涉及一种室内建筑结构形变高精度监测方法和系统，属于卫星导航领域。一个实施例的方法包括：在室内同源布设一个卫星信号模拟装置和一定数量的监测装置，卫星信号模拟装置仿真固定伪距的一定数量卫星信号并通过天线辐射，每个监测点布设一个监测装置，监测装置对所有卫星信号载波相位值进行求平均、周跳探测修复和抗差移动平滑滤波处理后以一定频度通过无线或者有线方式上报给服务器，服务器上的监测软件对各个监测点上报的监测数据进行处理，综合分析判断后给出各监测点是否形变，有形变时及时告警。本专利可对隧道、地铁等室内需要形变监测的场合进行低成本高精度的全天候在线实时监测，监测精度优于1mm。

Description

一种室内建筑结构形变高精度监测方法和系统
技术领域
本发明涉及一种室内建筑结构形变高精度监测方法和系统，属于卫星导航应用领域。
背景技术
近年来随着城市地上交通的拥堵，地下轨道交通得到快速的发展，一、二线城市陆续修建地铁交通。地铁修建过程中，难免要涉及到新建地铁线路下穿既有线路的情况，为了保证在建线路的施工和既有地铁的安全运营，对既有隧道进行实时的形变监测是一项必要的工作。随着国家重大工程及异型工程的大量增加，工程安全监测与分析日益重要，对变形监测的精度、频次、实时性等方面提出了新的要求。高精度、自动化、持续、实时、动态监测已成为现代变形监测的特点。
轨道检测车集成了倾斜仪、测量机器人、里程编码器和位移传感器，如瑞士安伯格公司和南方测绘公司生产的轨检车已成功应用于武广客运专线、京沪高铁等多条线路的轨距、超高、平顺度和轨道曲线要素的高精度检测，保证了高铁施工质量。智能型全站仪，自动化水准仪系统也在隧道监测中得到了应用。
但是全站仪、水准仪和轨道检测车的成本要么太高，要么需要在现场架设设备，无法实现日常使用条件下的24小时长期不间断检测。
发明内容
为了解决这个问题，本发明旨在提供一种利用载波相位绝对观测值进行室内建筑结构形变高精度监测方法和系统。
一种室内建筑结构形变高精度监测方法，包括如下步骤：
S1，卫星信号模拟装置模拟产生固定伪距的一定数量的卫星信号并通过天线辐射；
S2，每个监测装置接收卫星信号，解算得到所有卫星信号的载波相位观测值进行数据处理后得到载波相位测量值，以一定频度通过物联网无线方式或者有线网络方式上报给服务器；
进一步地，每个监测装置解算的所有卫星载波相位值用最小二乘法求出误差最小的载波相位测量值，如果失锁重捕后的载波相位测量值与失锁重捕前的载波相位测量值的差值超过了一个载波，则发生了周跳，将差值对载波取模后得到跳周数，将失锁重捕后的载波相位测量值减去跳周数，得到周跳修复后的载波相位测量值；然后对一定短时间内的载波相位测量值做抗差移动平滑滤波处理，得到平滑后的载波相位值，以此载波相位值作为观测点到发射点直接的距离指示进行上报；
S3，服务器上的监测软件收集各个监测装置上报的载波相位观测值，结合长时间统计的历史数据，给出各监测装置所在监测点形变监测变化曲线，评判各监测装置所在监测点是否产生形变，有形变发生时及时告警；
进一步地，将各监测装置上报的载波相位值都减去第一次上报的载波相位值，然后画出载波相位差值与时间的曲线，如果载波相位差值超过形变监测门限值，则认为发生了形变，立即给出告警信息。
室内建筑结构形变高精度监测系统包括卫星信号模拟装置及天线，若干个监测装置，监测服务器和监测软件；卫星信号模拟装置和天线布设在室内，模拟生成固定伪距的卫星导航信号并向外辐射；若干个监测装置布设在若干个室内监测点处，捕获接收卫星导航信号，获得卫星信号的载波相位观测值并以一定频度上报；监测服务器和监测软件收集各个监测点的载波相位观测值，综合分析判断后给出各监测点是否形变，有形变时及时告警。
进一步地，监测装置包括有源接收天线、导航接收模块、集成控制模块，通过物联网模块以无线方式上报监测值，或者通过有线网络接口以有线方式上报监测值；卫星信号模拟装置和各个监测装置的时钟通过菊花链方式依此相连，或者卫星信号模拟装置和各个监测装置的时钟统一由外部时钟源提供并连接。
本专利的有益效果对隧道、地铁等室内需要形变监测的场合进行低成本高精度的在线实时监测，监测精度优于1mm，可全天候无死角地监测，做到形变及时监测与告警。
附图说明
图1是时钟统一连接的室内建筑结构形变高精度监测系统。
图2是时钟菊花链方式连接的室内建筑结构形变高精度监测系统。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，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。
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
一种室内建筑结构形变高精度监测方法，包括如下步骤：
S1，卫星信号模拟装置模拟产生固定伪距的一定数量（具体数量由技术人员根据载波相位观测值做平均处理的需求而定，一般不少于4个）的卫星信号并通过天线辐射；
S2，每个监测装置接收卫星信号，解算得到所有卫星信号的载波相位观测值进行数据处理后得到载波相位测量值，以一定频度通过物联网无线方式或者有线网络方式上报给服务器；
进一步地，每个监测装置解算的所有卫星载波相位值用最小二乘法求出误差最小的载波相位测量值，如果失锁重捕后的载波相位测量值与失锁重捕前的载波相位测量值的差值超过了一个载波，则发生了周跳，将差值对载波取模后得到跳周数，将失锁重捕后的载波相位测量值减去跳周数，得到周跳修复后的载波相位测量值；然后对一定短时间内（具体时间值由技术人员根据现场施工环境复杂度而定，一般从1分钟到半个小时）的载波相位测量值做抗差移动平滑滤波处理，得到平滑后的载波相位值，以此载波相位值作为观测点到发射点直接的距离指示进行上报；
S3，服务器上的监测软件收集各个监测装置上报的载波相位观测值，结合长时间统计的历史数据，给出各监测装置所在监测点形变监测变化曲线，评判各监测装置所在监测点是否产生形变，有形变发生时及时告警；
进一步地，将各观测点上报的载波相位值都减去第一次上报的载波相位值，然后画出载波相位差值与时间的曲线，如果载波相位差值超过形变监测门限值（具体门限值由技术人员根据被监测对象的特性而定，从1mm到1cm不等），则认为发生了形变，立即给出告警信息。
室内建筑结构形变高精度监测系统包括卫星信号模拟装置及天线，若干个监测装置，监测服务器和监测软件；卫星信号模拟装置和天线布设在室内，模拟生成固定伪距的卫星导航信号并向外辐射；若干个监测装置布设在若干个室内监测点处，捕获接收卫星导航信号，获得卫星信号的载波相位观测值并以一定频度上报；监测服务器和监测软件收集各个监测点的载波相位观测值，综合分析判断后给出各监测点是否形变，有形变时及时告警。
进一步地，监测装置包括有源接收天线、导航接收模块、集成控制模块，通过物联网模块以无线方式上报监测值，或者通过有线网络接口以有线方式上报监测值；卫星信号模拟装置和各个监测装置的时钟统一由外部时钟源提供并连接，如图1所示，或者卫星信号模拟装置和各个监测装置的时钟通过菊花链方式依此相连，如图2所示。

Claims (5)

1.一种室内建筑结构形变高精度监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，卫星信号模拟装置模拟产生固定伪距的一定数量的卫星信号并通过天线辐射；
步骤2，每个监测装置接收卫星信号，解算得到所有卫星信号的载波相位观测值进行数据处理后得到载波相位测量值，以一定频度通过物联网无线方式或者有线网络方式上报给服务器；
步骤3，服务器上的监测软件收集各个监测装置上报的载波相位观测值，结合长时间统计的历史数据，给出各监测装置所在监测点形变监测变化曲线，评判各监测装置所在监测点是否产生形变，有形变发生时及时告警。
2.根据权利要求1所述的室内建筑结构形变高精度监测方法，其特征在于，
所述步骤3中，每个监测装置解算的所有卫星载波相位值用最小二乘法求出误差最小的载波相位测量值，如果失锁重捕后的载波相位测量值与失锁重捕前的载波相位测量值的差值超过了一个载波，则发生了周跳，将差值对载波取模后得到跳周数，将失锁重捕后的载波相位测量值减去跳周数，得到周跳修复后的载波相位测量值；然后对一定短时间内的载波相位测量值做抗差移动平滑滤波处理，得到平滑后的载波相位值，以此载波相位值作为观测点到发射点直接的距离指示进行上报。
3.根据权利要求2所述的室内建筑结构形变高精度监测方法，其特征在于，
将各监测装置上报的载波相位值都减去第一次上报的载波相位值，然后画出载波相位差值与时间的曲线，如果载波相位差值超过形变监测门限值，则认为发生了形变，立即给出告警信息。
4.室内建筑结构形变高精度监测系统，其特征在于，包括：
卫星信号模拟装置及天线，若干个的监测装置，监测服务器和监测软件；所述卫星信号模拟装置及天线布设在室内，模拟生成固定伪距的卫星导航信号并向外辐射；所述若干个的监测装置布设在若干个室内监测点处，捕获接收卫星导航信号，获得卫星信号的载波相位观测值并以一定频度上报；所述监测服务器和监测软件收集各个监测点的载波相位观测值，综合分析判断后给出各监测点是否形变，有形变时及时告警。
5.根据权利要求4所述的室内建筑结构形变高精度监测系统，其特征在于，至少包括以下一项：
第一项，监测装置包括有源接收天线、导航接收模块、集成控制模块；
第二项，监测装置包括物联网模块，以无线方式上报监测值；
第三项，监测装置包括有线网络接口，以有线方式上报监测值；
第四项，卫星信号模拟装置和各个监测装置的时钟通过菊花链方式依此相连；
第五项，卫星信号模拟装置和各个监测装置的时钟统一由外部时钟源提供并连接。
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