CN111811390A - 基于星链差分和北斗导航技术的形变快速监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于星链差分和北斗导航技术的形变快速监测系统，该系统包括用户接收机、地面移动监测基准站和数据处理装置。本发明通过构建可移动的位移监测站，建立通讯网络传输系统，采用短报文通信方式，实现北斗卫星定位终端和北斗卫星或北斗地面服务站之间双向的信息传递；并对监测数据进行综合处理，将地面基准站网络实时接收卫星原始观测数据，计算误差改正信息，生成广域米级、分米级、厘米级差分数据，利用在线监测预警终端实时动态地监测边坡监测点的形变趋势，及时生成日报、周报，有效地避免灾害的发生。

Description

基于星链差分和北斗导航技术的形变快速监测系统

技术领域

本发明属于形变监测技术领域，具体涉及一种基于星链差分和北斗导航技术的形变快速监测系统。

背景技术

全球定位系统(GPS)技术的发展与应用，推动了测绘技术的重大历史变革，使测绘学从理论到手段发生了根本性的变化。特别是近10余年来，GPS测绘技术更是得到了飞速的发展，已经完成了从静态定位技术到动态定位技术、从RTK技术到全球差分定位技术的转变。

全球差分定位技术是利用差分GPS技术，系统将获得来自地球同步轨道通信卫星的最新误差校正信息，将修正数据实时注入地面参考接收器。通过差分GPS技术，用户能够在全球南北纬76°以内的任何地方自由地得到单机实时的分米级定位精度。

全球双频单机高精度GPS星链差分系统(RTG)，和常规的测量方式相比较，此系统有极大的灵活性和易用性。最大的优点就是高精度单点定位，不受距离、天气等客观条件的限制。

边坡发送垮塌之间，会有一个缓慢的位移变化过程的发生。因此，可以通过对稳定性较差的边坡选用合适的监测方法对其进行监测，把握其整体所处的状态。这样就可以根据监测所得的历史数据预测其变形趋势，找到边坡变形的严重区域并依据相应的理论方法预测滑坡危害的发送时间，对变形严重的地方设置相应的防护设施，或者在滑坡事故发送前采取相应的应对方案，尽可能降低人员及经济损失。

由于地形地貌和人类工程活动等原因，国内部分地区山体滑坡事故频发，共发育有大型滑坡140余处，较大滑坡2212处以上。山体滑坡一旦发生，不仅造成滑坡体上人员伤亡、财产损失，而且泥石流将危及一定范围内的房屋、交通、人员安全，针对山体滑坡存在预防难、救援难、危害大、治理难度大等问题，如何及时有效地监测山体状态并能够提前发现异常状态、及时报警等已经成为人们关注的重点。

边坡发送垮塌之间，会有一个缓慢的位移变化过程的发生。因此，可以通过对稳定性较差的边坡选用合适的监测方法对其进行监测，把握其整体所处的状态。这样就可以根据监测所得的历史数据预测其变形趋势，找到边坡变形的严重区域并依据相应的理论方法预测滑坡危害的发送时间，对变形严重的地方设置相应的防护设施，或者在滑坡事故发送前采取相应的应对方案，尽可能降低人员及经济损失。

传统的边坡监测方法，主要靠人工或者半人工的方法，通过在现场布置一定的传感器或仪表，然后人工处理数据，对监测结果进行分析，整个监测过程，需要耗费大量的人力物力，并且难以做到数据的实时处理，监测结果往往存在较大的延迟，因此存在时间效率慢、精度低、成本高等问题，尤其是安装监测点的基准站的时候，需提前建立石墩，将移动基准站安装在石墩上，若出现大范围灾害时，移动基准站拆卸耗时久，无法及时转移。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于星链差分和北斗导航技术的形变快速监测系统。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于星链差分和北斗导航技术的形变快速监测系统，包括用户接收机、地面移动监测基准站和数据处理装置；

所述用户接收机用于根据北斗导航定位系统获取实时定位；

所述地面移动监测基准站用于将用户接收机可移动的安装在边坡形变量监测点上，获取实时定位数据并将实时定位数据传送至数据处理装置；

所述数据处理装置用于接收实时定位数据并进行入库处理，根据实时定位数据自动计算边坡形变量。

进一步地，所述用户接收机包括北斗接收机和地球同步卫星通信接收机，所述北斗接收机用于跟踪所有可见的卫星并获取北斗卫星的测量值，所述地球同步卫星通信接收机用于接收差分改正数据。

进一步地，所述用户接收机根据北斗卫星的测量值和差分改正数据比较计算得到用户载体的位置坐标。

进一步地，所述地面移动监测基准站将用户接收机固定在可调节平衡的三脚架上，并将三脚架安装在边坡形变量监测点上，使用膨胀螺丝固定于边坡地表上，使用水准气泡进行平衡调节，使仪器与地表切线相互平行。

进一步地，所述数据处理装置部署于监测中心，包括专用机柜、服务器电脑以及大功率电池。

进一步地，所述数据处理装置根据实时定位数据自动计算边坡形变量具体为：

设定监测点首次监测所测得的坐标(X₁,Y₁,Z₁)，在第n次所测得的坐标为(X_n,Y_n,Z_n)，则该监测点在第n观测期内的变形值的计算公式为

其中，ΔX_n,ΔY_n,ΔZ_n分别为边坡在X,Y,Z方向的变形量。

进一步地，还包括在线监测预警终端，所述在线监测预警终端设置有形变量门限预警值，通过比较计算的边坡形变量与形变量门限预警值，当边坡形变量达到形变量门限预警值时进行预警。

进一步地，还包括北斗通信装置，所述北斗通信装置用于将数据处理装置处理后的数据上送至在线监测预警装置。

本发明具有以下有益效果：本发明通过构建可移动的位移监测站，建立通讯网络传输系统，采用短报文通信方式，实现北斗卫星定位终端和北斗卫星或北斗地面服务站之间双向的信息传递；并对监测数据进行综合处理，将地面基准站网络实时接收卫星原始观测数据，计算误差改正信息，生成广域米级、分米级、厘米级差分数据，利用在线监测预警终端实时动态地监测边坡监测点的形变趋势，及时生成日报、周报，有效地避免灾害的发生。

附图说明

图1是本发明基于星链差分和北斗导航技术的形变快速监测系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于星链差分和北斗导航技术的形变快速监测系统，包括用户接收机、地面移动监测基准站和数据处理装置；

用户接收机用于根据北斗导航定位系统获取实时定位；

地面移动监测基准站用于将用户接收机可移动的安装在边坡形变量监测点上，获取实时定位数据并将实时定位数据传送至数据处理装置；

数据处理装置用于接收实时定位数据并进行入库处理，根据实时定位数据自动计算边坡形变量。

本发明采用北斗独有的星链差分技术建立基于单机星链差分技术的北斗导航定位系统，从而代替地基增强系统。该系统主要由广域北斗基准站、数据处理中心、注入站、地球同步卫星(Inmarsat)和用户接收机5部分组成，其中广域北斗基准站用北斗接收机全天时、全天候地监测北斗卫星信号，并实时向数据处理中心发送。数据处理中心不断地接收到从广域北斗基准站发来的数据，然后经过分析计算得到北斗卫星轨道改正数和钟差改正数，将其发送至注入站(即卫星信号上传系统)。注入站将从数据处理中心接收到的信息实时发送给地球同步卫星(Inmartsat)，从而完成地面与卫星的信息交换。基于单机星链差分技术的北斗导航定位系统可以覆盖南北纬76度之间所有的范围，换而言之，在其覆盖范围内，均可以接收到稳定的及同等质量的差分改正信号，从而达到世界范围内同等精度。

在本发明的一个可选实施例中，用户接收机包括北斗接收机和地球同步卫星通信接收机，北斗接收机用于跟踪所有可见的卫星并获取北斗卫星的测量值，地球同步卫星通信接收机用于接收差分改正数据。

用户接收机根据北斗卫星的测量值和差分改正数据比较计算得到用户载体的位置坐标。从而完成对用户载体的准确定位。对用户来说不需要考虑基准站架设的问题，可以节省大量硬件及人力维护的成本，只需一台北斗接收机、一部地球同步卫星通信接收机和相应的处理主机即可进行高精度实时定位。同时也不需要考虑作业的活动范围，能够自由地在全球任何地方得到单机实时的高精度定位，大大降低了建立基准站的成本，节省了时间、人力。

在本发明的一个可选实施例中，本发明在完成基于单机星链差分技术的北斗导航系统后，建立地面移动监测基准站。

地面移动监测基准站将上述用户接收机固定在可调节平衡的三脚架上，并将带有用户接收机的三脚架安装在边坡形变量较大、形变速度较快的监测点上，使用膨胀螺丝快速固定于边坡地表上，使用水准气泡进行平衡调节，使仪器与地表切线相互平行，从而完成地面移动监测基准站的建立，最终通过该移动监测基准站，进行全天时、全天候的数据获取，实现将获取数据向数据中心的传送。

在本发明的一个可选实施例中，本发明将数据处理装置部署于监测中心，由专用机柜、服务器电脑以及大功率电池等设备组成。

数据处理模块首先将接收机发送的数据进行入库处理；然后将监测数据经过系统自动计算成最终的边坡形变量，并且对是否进行自动化初步判断。

数据处理装置根据实时定位数据自动计算边坡形变量具体为：

设定监测点首次监测所测得的坐标(X₁,Y₁,Z₁)，在第n次所测得的坐标为(X_n,Y_n,Z_n)，则该点在第n观测期内的变形值的计算公式为

其中，ΔX_n,ΔY,ΔZ_n分别为边坡在X,Y,Z方向的变形量。

在本发明的一个可选实施例中，本发明还设置有在线监测预警终端。

在线监测预警终端设置结合不同区域实际情况，设置形变量门限预警值，通过系统运行时长的积累，对收集大量的数据进行分析，通过比较计算的边坡形变量与形变量门限预警值，当边坡形变量达到形变量门限预警值时进行预警。预警方式可以采用警报、短信、邮件、日报等形式发送给指定人员，从而起到提前预警的作用。

在线监测预警终端向用户提供监测点的、监测起止日期的选择筛选条件，让用户可以监测数据进行筛选，从而得到需要的数据。向用户提供X方向、Y方向、Z方向的选择、图表类型的选择以及图表的导出功能。

在本发明的一个可选实施例中，本发明还设置有北斗通信装置。

北斗通信装置采用的是总线结构，采用收发天线、模块、核心主板一体化设计，集成了RDSS、RNSS天线、射频收发电路、功放电路、基带电路等。北斗通信装置提供授时、定位、短报文等功能，定位功能可以实现电压监测仪位置信息共享；授时功能为电压监测仪提供高精度时间信息，实现系统中所由电压监测仪时间同步；短报文实现数据上送功能。

本发明将北斗天线接收机、RTK、UPS电源、避雷针等设备融合成整体安装在可调节的三脚架上，构建一个可以移动的位移监测站。建立通讯网络传输系统，采用短报文通信方式，实现北斗卫星定位终端和北斗卫星或北斗地面服务站之间双向的信息传递。建立数据综合处理系统。将地面基准站网络实时接收卫星原始观测数据，计算误差改正信息，生成广域米级、分米级、厘米级差分数据产品。建立用户终端系统，实时动态地监测边坡监测点的形变趋势，及时生成日报、周报，有效地避免灾害的发生。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于星链差分和北斗导航技术的形变快速监测系统，其特征在于，包括用户接收机、地面移动监测基准站和数据处理装置；

所述用户接收机用于根据北斗导航定位系统获取实时定位；

所述地面移动监测基准站用于将用户接收机可移动的安装在边坡形变量监测点上，获取实时定位数据并将实时定位数据传送至数据处理装置；

所述数据处理装置用于接收实时定位数据并进行入库处理，根据实时定位数据自动计算边坡形变量。

2.如权利要求1所述的基于星链差分和北斗导航技术的形变快速监测系统，其特征在于，所述用户接收机包括北斗接收机和地球同步卫星通信接收机，所述北斗接收机用于跟踪所有可见的卫星并获取北斗卫星的测量值，所述地球同步卫星通信接收机用于接收差分改正数据。

3.如权利要求2所述的基于星链差分和北斗导航技术的形变快速监测系统，其特征在于，所述用户接收机根据北斗卫星的测量值和差分改正数据比较计算得到用户载体的位置坐标。

4.如权利要求3所述的基于星链差分和北斗导航技术的形变快速监测系统，其特征在于，所述地面移动监测基准站将用户接收机固定在可调节平衡的三脚架上，并将三脚架安装在边坡形变量监测点上，使用膨胀螺丝固定于边坡地表上，使用水准气泡进行平衡调节，使仪器与地表切线相互平行。

5.如权利要求4所述的基于星链差分和北斗导航技术的形变快速监测系统，其特征在于，所述数据处理装置部署于监测中心，包括专用机柜、服务器电脑以及大功率电池。

6.如权利要求5所述的基于星链差分和北斗导航技术的形变快速监测系统，其特征在于，所述数据处理装置根据实时定位数据自动计算边坡形变量具体为：

设定监测点首次监测所测得的坐标(X₁,Y₁,Z₁)，在第n次所测得的坐标为(X_n,Y_n,Z_n)，则该监测点在第n观测期内的变形值的计算公式为

其中，ΔX_n,ΔY_n,ΔZ_n分别为边坡在X,Y,Z方向的变形量。

7.如权利要求6所述的基于星链差分和北斗导航技术的形变快速监测系统，其特征在于，还包括在线监测预警终端，所述在线监测预警终端设置有形变量门限预警值，通过比较计算的边坡形变量与形变量门限预警值，当边坡形变量达到形变量门限预警值时进行预警。

8.如权利要求7所述的基于星链差分和北斗导航技术的形变快速监测系统，其特征在于，还包括北斗通信装置，所述北斗通信装置用于将数据处理装置处理后的数据上送至在线监测预警装置。

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