CN113819834B - 一种峰顶冰雪层厚度的探测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种峰顶冰雪层厚度的探测系统及方法，该系统包括探测装置、处理单元及存储单元。探测装置采集GNSS数据和雷达数据，并向存储单元实时传送由雷达数据的实时道号和GNSS数据的时间标构成的时间文件，处理单元对采集的GNSS数据和雷达数据进行处理，获得由精确坐标和对应的时间标构成的匹配文件一，及由实时道号和对应的冰雪层厚度构成的匹配文件二，并对二者进行匹配处理，形成最终的探测结果文件。本发明在探测过程中，只需勘探人员携带探测装置对相关坐标进行数据采集，操作简单，易完成，在数据处理过程中，不存在复杂的数据计算，通过简单的匹配操作，即可得到最终的探测结果文件。

Description

一种峰顶冰雪层厚度的探测系统及方法

技术领域

本发明涉及地质探测领域，特别是涉及一种峰顶冰雪层厚度的探测系统及方法。

背景技术

在对较高山体的高程测量项目中，往往需要对峰顶的冰雪层覆盖厚度进行人工探测。而在现有的探测技术中，进行坐标定位时多采用实时差分定位的方式，这种方式需要在峰顶架设多架基站电台来完成实时差分，增大了勘探人员在峰顶的工作难度。在触发时间标记录时，需要采用测距轮或外部信号进行触发，但这种触发方式只适用于地势比较平坦的地区，相较于珠穆朗玛峰这种地势比较险峻的峰顶地势而言，测距轮或外部信号触发时间标的方式并不适合这种险峻地势。

因此，本领域亟需一种操作简单、可适用于险峻地势的峰顶冰雪层厚度的探测方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种峰顶冰雪层厚度的探测系统及方法，以解决现有技术中峰顶冰雪层厚探测工作操作困难、步骤繁琐，且常用设备不适用于险峻地势的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种峰顶冰雪层厚度的探测系统，系统包括探测装置、处理单元及存储单元；

所述探测装置，用于分别记录存储雷达数据、GNSS数据；

所述存储单元与所述探测装置连接，用于实时存储时间文件；

所述处理单元，用于对所述雷达数据、所述GNSS数据进行数据处理。

可选的，所述时间文件包括所述雷达数据的实时道号和从所述GNSS数据中提取的对应的时间标。

可选的，所述探测装置包括雷达模块、GNSS模块；

所述雷达模块记录存储雷达数据，所述GNSS模块记录存储GNSS数据。

可选的，所述雷达模块包括雷达主机和雷达收发天线，所述雷达主机与所述GNSS模块连接。

可选的，所述GNSS模块与GNSS天线连接，所述GNSS天线与所述雷达模块之间设置有金属屏蔽板。

可选的，所述探测装置设置有USB接口，所述存储单元通过所述USB接口与所述探测装置连接。

可选的，所述探测装置的探测路线形成网格路线。

可选的，所述处理单元对所述GNSS数据进行载波相位后差分处理，获得精确坐标和对应的时间标，所述精确坐标和所述对应的时间标构成匹配文件一；

所述处理单元对所述雷达数据进行处理，获得实时道号和对应的冰雪层厚度，所述实时道号和所述对应的冰雪层厚度构成匹配文件二；

所述处理单元对所述匹配文件一和所述匹配文件二进行匹配，形成探测结果文件。

本发明还提供了一种峰顶冰雪层厚度的探测方法，具体步骤包括：

记录雷达数据；

记录GNSS数据，并输出RMC数据流；

提取所述RMC数据流中与每道所述雷达数据采集时刻相同的时间标，并将所述时间标与所述雷达数据的实时道号存储为时间文件；

对所述GNSS数据进行载波相位后差分处理，获得精确坐标和对应的时间标，所述精确坐标和所述对应的时间标构成匹配文件一；

对所述雷达数据进行处理，获得实时道号和对应的冰雪层厚度，所述实时道号和所述对应的冰雪层厚度构成匹配文件二；

对所述匹配文件一和所述匹配文件二进行匹配，形成探测结果文件。

可选的，所述对所述匹配文件一和所述匹配文件二进行匹配，形成探测结果文件，具体为：

以每道所述雷达数据的采集时刻为基准，在所述时间文件中搜索与所述采集时刻相同的时间标；

若在所述时间文件中存在与所述采集时刻相同的时间标，则在所述匹配文件一中搜索与所述时间标对应的精确坐标；

按照所述精确坐标和所述时间标确定所述匹配文件二中对应的冰雪层厚度；

若在所述时间文件中不存在与所述采集时刻相同的时间标，则在所述时间文件中搜索所述采集时刻的前时间标和后时间标；

在所述匹配文件一中搜索与所述前时间标对应的前精确坐标，及与所述后时间标对应的后精确坐标；

对所述前精确坐标和所述后精确坐标采用线性内插法，得出所述采集时刻的雷达数据对应的精确坐标；

按照所述精确坐标和所述采集时刻确定所述匹配文件二中对应的冰雪层厚度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种峰顶冰雪层厚度的探测系统及方法，通过探测装置对峰顶冰雪层厚度进行探测，分别记录雷达数据和GNSS数据，所得雷达数据和GNSS数据经过处理单元处理后，即可得到相关探测结果文件，在探测过程中，只需勘探人员携带该探测装置对相关坐标进行数据采集，不需要其他的操作步骤，即可完成探测工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种峰顶冰雪层厚度的探测系统的结构图；

图2为本发明实施例一提供的一种峰顶冰雪层厚度的探测系统的探测装置的结构图；

图3为本发明实施例一提供的一种峰顶冰雪层厚度的探测系统的探测装置的路线图；

图4为本发明实施例二提供的一种峰顶冰雪层厚度的探测方法的流程图一；

图5为本发明实施例二提供的一种峰顶冰雪层厚度的探测方法的流程图二。

附图标记说明

1-低温塑料外壳，2-低温电池，3-雷达收发天线，4-雷达主机，5-GNSS模块，6-金属屏蔽板，7-GNSS天线。

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。

本发明的目的是提供一种峰顶冰雪层厚度的探测系统及方法，以克服现有技术中峰顶冰雪层厚探测工作操作困难、步骤繁琐，且常用设备不适用于险峻地势的缺陷。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，本发明实施例一提供了一种峰顶冰雪层厚度的探测系统，该系统包括探测装置、处理单元及存储单元。探测装置用于分别记录存储雷达数据和GNSS数据，处理单元用于对雷达数据、GNSS数据进行数据处理，存储单元与探测装置通过USB接口连接，用于实时接收存储来自探测装置的时间文件。

如图2所示，探测装置包括雷达模块和GNSS模块5，雷达模块用于记录存储雷达数据，GNSS模块5用于记录存储GNSS数据。其中，雷达模块包括雷达主机4和雷达收发天线3，雷达主机4与雷达收发天线3连接设置，雷达主机4用于接收来自雷达收发天线3的雷达数据，雷达收发天线3集成设置于整个探测装置的最下方，以减少对GNSS信号的影响。

GNSS模块5集成安装于雷达主机4的上方，并与GNSS天线7连接，接收来自GNSS天线7的卫星信号，并将卫星信号转化为GNSS数据。其中，GNSS模块5可接收多种卫星信号，例如GPS信号、GLONASS信号、GALILEO信号或BDS信号。为了减少雷达信号对GNSS天线的干扰，提高卫星信号的信噪比，GNSS天线7与雷达模块之间设置有金属屏蔽板6，并通过螺杆安装在探测装置最上方，通过线缆与探测装置相连，以屏蔽雷达信号。

此外，为了适应低温环境，探测装置选用低温塑料外壳1和低温电池2。低温塑料外壳1可以保证在-40℃低温环境下探测装置结构内部稳定，同时又使得整个探测装置的重量不大于5kg，低温电池2可以维持探测装置持续工作一个小时左右，其探测深度可达到6m以上。

勘探人员携带该探测装置在峰顶进行探测作业，采集雷达数据和GNSS数据，其探测路线构成如图3所示的网格路线图。其中，GNSS模块5将记录GNSS数据，并向雷达主机4输入RMC数据流，雷达主机4提取RMC数据流中与每道雷达数据采集时刻相同的时间标，该时间标与对应的雷达数据的实时道号组成时间文件，从而建立雷达数据的实时道号与GNSS数据的时间标的对应关系。

处理单元对采集获取的相关数据进行数据处理。针对GNSS数据，处理单元采用现有技术中常见的商用GNSS解算软件，例如GNSSMonitor、TBC、LGO、SOUTH、HGO、CGO等，对GNSS数据进行载波相位后差分处理，获得处理后的精确坐标和对应的时间标。针对雷达数据，处理单元采用现有技术中常见的商用雷达信号处理软件，例如IDL、MATLAB等，对雷达数据进行处理，获得处理后的实时道号和对应的冰雪层厚度。完成对GNSS数据、雷达数据的处理后，处理单元对处理获得的精确坐标和对应的时间标、实时道号和对应的冰雪层厚度进行匹配，从而形成完整的探测结果文件。

实施例二

如图4和图5所示，本发明还提供了一种峰顶冰雪层厚度的探测方法，可控制实施例一中的探测系统进行工作，具体步骤为：

在峰顶架设一台GNSS基站，用来采集同步静态数据，实现对GNSS数据中的坐标地点的精确定位。

勘探人员携带实施例一所提供的探测装置对峰顶进行探测作业，采集雷达数据和GNSS数据。探测装置中的雷达模块对雷达数据进行记录，GNSS模块5对GNSS数据进行记录，同时GNSS模块5将GNSS数据转化为RMC数据流，并将其输出给雷达主机4，雷达主机4提取RMC数据流中与每道雷达数据采集时刻相同的时间标，并将该时间标与对应的雷达数据的实时道号存储为时间文件，建立雷达数据的实时道号与GNSS数据的时间标的对应关系。

完成数据采集后，对采集的GNSS数据、雷达数据进行数据处理。利用常见的商用GNSS解算软件对GNSS数据进行载波相位后差分处理，获取GNSS数据中的精确坐标和对应的时间标，选用的商用GNSS解算软件可以是GNSSMonitor、TBC、LGO、SOUTH、HGO、CGO等。利用常见的商用雷达信号处理软件对雷达数据进行处理，获取雷达数据中的每道雷达数据的实时道号和对应的冰雪层厚度，选用的商用雷达信号处理软件可以是IDL、MATLAB等。

在完成上述步骤的数据处理后，从GNSS数据中提取获得的精确坐标和对应的时间标构成匹配文件一，从雷达数据中提取获得的每道雷达数据的实时道号和对应的冰雪层厚度构成匹配文件二。然后，对匹配文件一和匹配文件二中的相关数据进行匹配，形成完整的探测结果文件，具体过程如下：

以每道雷达数据的采集时刻为基准，在时间文件中搜索与该采集时刻相同的时间标；

若时间文件中存在于该采集时刻相同的时间标，则在匹配文件一中搜索与该时间标对应的精确坐标；

按照当前搜索的时间标和与该时间标对应的精确坐标，可以在匹配文件二中获得与该时间标对应的冰雪层厚度，该冰雪层厚度即为当前从匹配文件一中获得的精确坐标对应的冰雪层厚度。

若在时间文件中不存在与该采集时刻相同的时间标，则在时间文件中搜索包含该采集时刻的前一时刻对应的前时间标，及后一时刻对应的后时间标；

然后，在匹配文件一搜索与前时间标对应的前精确坐标，及与后时间标对应的后精确坐标，对获取的前精确坐标和后精确坐标采用线性内插法，内插所得的精确坐标即为该采集时刻的雷达数据对应的精确坐标；

按照当前搜索的采集时刻和与该采集时刻对应的精确坐标，可以在匹配文件二获得与该采集时刻对应的冰雪层厚度，该冰雪层厚度即为线性内插法获得的精确坐标对应的冰雪层厚度。

通过上述步骤的匹配过程，利用时间文件构建雷达数据的实时道号与GNSS数据的时间标的对应关系，进而确定GNSS数据中的精确坐标和雷达数据中的冰雪层厚度的对应关系，形成最终的探测结果文件。

本发明在探测过程中，只需勘探人员携带该探测装置对相关坐标进行数据采集，不需要其他的操作步骤，即可完成探测工作。然后，通过分别采集记录雷达数据、GNSS数据，并对其进行数据处理后，获得由精确坐标和对应的时间标构成的匹配文件一，及由实时道号和对应的冰雪层厚度构成的匹配文件二，通过时间文件构建的实时道号和时间标的对应关系，进一步确定GNSS数据中的精确坐标和雷达数据中的冰雪层厚度的对应关系，不存在复杂的数据计算，通过简单的匹配操作，即可得到最终的探测结果文件。

本说明书每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种峰顶冰雪层厚度的探测系统，其特征在于，所述系统包括探测装置、处理单元及存储单元；

所述探测装置，用于分别记录存储雷达数据、GNSS数据；

所述存储单元与所述探测装置连接，用于实时存储时间文件；所述时间文件包括所述雷达数据的实时道号和从所述GNSS数据中提取的对应的时间标；

所述处理单元，用于对所述雷达数据、所述GNSS数据进行数据处理；

所述处理单元对所述GNSS数据进行载波相位后差分处理，获得精确坐标和对应的时间标，所述精确坐标和所述对应的时间标构成匹配文件一；

所述处理单元对所述雷达数据进行处理，获得实时道号和对应的冰雪层厚度，所述实时道号和所述对应的冰雪层厚度构成匹配文件二；

所述处理单元对所述匹配文件一和所述匹配文件二进行匹配，形成探测结果文件；

所述探测系统在应用时，以每道所述雷达数据的采集时刻为基准，在所述时间文件中搜索与所述采集时刻相同的时间标；若在所述时间文件中存在与所述采集时刻相同的时间标，则在所述匹配文件一中搜索与所述时间标对应的精确坐标；按照所述精确坐标和所述时间标确定所述匹配文件二中对应的冰雪层厚度；若在所述时间文件中不存在与所述采集时刻相同的时间标，则在所述时间文件中搜索所述采集时刻的前时间标和后时间标；在所述匹配文件一中搜索与所述前时间标对应的前精确坐标，及与所述后时间标对应的后精确坐标；对所述前精确坐标和所述后精确坐标采用线性内插法，得出所述采集时刻的雷达数据对应的精确坐标；按照所述精确坐标和所述采集时刻确定所述匹配文件二中对应的冰雪层厚度。

2.根据权利要求1所述的一种峰顶冰雪层厚度的探测系统，其特征在于，所述探测装置包括雷达模块、GNSS模块；

所述雷达模块记录存储雷达数据，所述GNSS模块记录存储GNSS数据。

3.根据权利要求2所述的一种峰顶冰雪层厚度的探测系统，其特征在于，所述雷达模块包括雷达主机和雷达收发天线，所述雷达主机与所述GNSS模块连接。

4.根据权利要求2所述的一种峰顶冰雪层厚度的探测系统，其特征在于，所述GNSS模块与GNSS天线连接，所述GNSS天线与所述雷达模块之间设置有金属屏蔽板。

5.根据权利要求1所述的一种峰顶冰雪层厚度的探测系统，其特征在于，所述探测装置设置有USB接口，所述存储单元通过所述USB接口与所述探测装置连接。

6.根据权利要求1所述的一种峰顶冰雪层厚度的探测系统，其特征在于，所述探测装置的探测路线形成网格路线。

7.一种峰顶冰雪层厚度的探测方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任一项所述的峰顶冰雪层厚度的探测系统，具体步骤包括：

记录雷达数据；

记录GNSS数据，并输出RMC数据流；

提取所述RMC数据流中与每道所述雷达数据采集时刻相同的时间标，并将所述时间标与所述雷达数据的实时道号存储为时间文件；

对所述GNSS数据进行载波相位后差分处理，获得精确坐标和对应的时间标，所述精确坐标和所述对应的时间标构成匹配文件一；

对所述雷达数据进行处理，获得实时道号和对应的冰雪层厚度，所述实时道号和所述对应的冰雪层厚度构成匹配文件二；

对所述匹配文件一和所述匹配文件二进行匹配，形成探测结果文件。

8.根据权利要求7所述的一种峰顶冰雪层厚度的探测方法，其特征在于，所述对所述匹配文件一和所述匹配文件二进行匹配，形成探测结果文件，具体为：

以每道所述雷达数据的采集时刻为基准，在所述时间文件中搜索与所述采集时刻相同的时间标；

若在所述时间文件中存在与所述采集时刻相同的时间标，则在所述匹配文件一中搜索与所述时间标对应的精确坐标；

按照所述精确坐标和所述时间标确定所述匹配文件二中对应的冰雪层厚度；

若在所述时间文件中不存在与所述采集时刻相同的时间标，则在所述时间文件中搜索所述采集时刻的前时间标和后时间标；

在所述匹配文件一中搜索与所述前时间标对应的前精确坐标，及与所述后时间标对应的后精确坐标；

对所述前精确坐标和所述后精确坐标采用线性内插法，得出所述采集时刻的雷达数据对应的精确坐标；

按照所述精确坐标和所述采集时刻确定所述匹配文件二中对应的冰雪层厚度。