CN117055069A - 一种测绘gnss形变监测方法、装置及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测绘GNSS形变监测方法、装置及介质，其中该方法包括以下步骤：建立测量站与基准站之间的通信，以获取GNSS观测数据；周跳探测：对获取的所述GNSS观测数据预处理，以获取预处理数据；载波平滑伪距：获取平滑后的伪距测量值；多路径误差消除：获取多路径延迟值；单差残差求解，以消除多路径误差残余。本发明通过增加Lora天线组建局域网来实现基准站与测量站之间的通讯，同时使用北斗卡将数据解算并打包传输至云端，其能够避免水坝形变监测时的4G信号强度低甚至无4G信号的情况，进而保证信号可以完全传输。
Description
技术领域
本发明涉及测绘技术领域，尤其涉及一种测绘GNSS形变监测方法、装置及介质。
背景技术
随着科学技术的发展，全球导航卫星系统(global navigation satellitesystem,GNSS)作为卫星定位的核心系统在各个行业有着举足轻重的作用，特别是RTK技术在大坝形变监测、桥梁形变监测、边坡安全形变监测、高层建筑形变监测、矿区变形监测等被广泛使用。目前，在国外应用GNSS形变监测的项目较多，例如奥地利科技工作者Brunnalm研究基于GPS高精度的地质监测系统，并对滑坡进行了监测，采用24小时为周期的静态处理，精度可达毫米级。意大利波罗尼亚大学采用GAMIT软件对意大利半岛中北部地面沉降进行监测，水平监测精度在2mm～3mm，高程监测精度达到3mm～4mm。
目前，GNSS数据的传输是RTK(英文全名叫做Real-time kinematic，中文为载波相位差分技术)定位过程中不可或缺的环节，在GNSS数据的传输过程中会存在问题如下：
(一)由于信号受地理环境的限制及影响，导致测量站与基准站之间的通信易中断，无法进行RTK定位，降低了RTK相对定位的可靠性。并且GNSS信号由于遮挡会产生多路径效应，导致GNSS信号产生测量误差，降低整周模糊度的固定率，进而导致定位精度下降。
(二)基准站和测量站之间的通信是进行RTK相对定位的前提，但是目前采用RTK相对定位时，通常只使用4G信号传输，但无法保证4G信号完全传输，特别是在水坝的形变监测时，甚至存在4G信号强度低甚至无4G信号的问题，进而导致GNSS形变监测可靠性低。
(三)现有的GNSS形变监测技术均是通过滤波、机器预学习等预测方法来抑制多路径效应和测量噪声造成误差，进而达到提高定位精度的效果。但是过大的误差会导致滤波出现失真甚至发散，且机器学习预测的方法迁移性差，预测的准确度也值得商榷。
发明内容
针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种测绘GNSS形变监测方法、装置及介质，以解决现有技术中的一个或多个问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种测绘GNSS形变监测方法，包括以下步骤：
建立测量站与基准站之间的通信，以获取GNSS观测数据；
周跳探测：对获取的所述GNSS观测数据预处理，以获取预处理数据；
载波平滑伪距：获取平滑后的伪距测量值；
多路径误差消除：获取多路径延迟值；
单差残差求解，以消除多路径误差残余。
进一步的，所述建立测量站与基准站之间的通信包括步骤如下：
测量站获取测量站GNSS观测数据；
测量站判断4G信号是否存在，若存在4G信号，将所述测量站GNSS观测数据传输至云端；若不存在4G信号，通过Lora天线将GNSS观测数据传输至基准站；
基准站判断4G信号是否存在，若存在4G信号，将所述测量站GNSS观测数据与基准站GNSS观测数据打包并上传至云端；若不存在4G信号，通过北斗卡将测量站GNSS观测数据与基准站GNSS观测数据打包并上传至云端。
进一步的，所述周跳探测包括步骤如下：
通过多普勒探测值探测周跳；
采用多项拟合方法探测周跳。
进一步的，所述通过多普勒探测值探测周跳包括步骤如下：
根据多普勒观测值以及t+1时刻的载波相位观测值计算周跳，所述周跳的计算表示为：
其中ΔN表示存在的周跳，表示t+1时刻的载波相位观测值，/>表示t时刻的载波相位观测值，DOPt+1表示在t+1时刻的多普勒观测值，DOPt表示t时刻的多普勒观测值，Δt表示采样的时间间隔；
判断存在的周跳是否大于设定阈值，若是，则判定发生周跳，剔除相应卫星；若否，则判定未发生周跳。
进一步的，所述采用多项拟合方法探测周跳包括步骤如下：
将当前历元的前m个载波相位观测值拟合成n阶多项式，并求出多项式系数，所述多项式表示如下：
上述多项式中表示在tk时刻预测的载波相位观测值，n为多项式拟合阶数，t0是时间基准，tk是时间基准，a0,a1,…,an为多项式系数；
根据多项式拟合的残差计算误差，所述误差σ的计算可以表示为：
其中εk表示多项式拟合的残差；σ表示误差；
用求出的多项式系数外推下一个历元的实测载波相位观测值将实测载波相位观测值/>与预测载波相位观测值/>求差值/>所述差值的计算可以表示为：
其中表示实测载波相位观测值与预测载波相位观测值的差值，/>表示实测载波相位观测值，/>表示预测载波相位观测值；
判断实测载波相位观测值与预测载波相位观测值的差值是否满足如下公式：
其中σ表示误差，h代表倍数值，若是，则判定未发生周跳，若否，则判定未发生周跳，剔除卫星。
进一步的，所述载波平滑伪距包括步骤如下：
建立伪距测量方程和载波相位观测方程，所述伪距测量方程和载波相位观测方程如下表示：
其中：ρt表示伪距观测值，t表示时间，rt表示卫星和接收机之间的集合距离。It表示电离层延迟，Tt表示对流层延迟；ερ，t表示伪距观测噪声和多路径延迟的和。λ表示载波相位的波长，c表示光速，Nt表示整周模糊度，表示载波观测噪声和多路径延迟的和；
基于hatch滤波建立载波相位平滑伪距递推方程，以获取平滑后的伪距观测值，所述递推方程如下表示：
其中：表示平滑后的伪距观测值，ρt表示伪距观测值，n表示hatch滤波的平滑时间常数，λ表示载波相位的波长，/>表示t时刻的载波相位观测值，/>表示t-1时刻的载波相位观测值。/>表示第一个历元的伪距观测值；ρ1表示第一个历元的实测伪距观测值。
进一步的，所述多路径误差消除包括步骤如下：
消除对流层延迟以及电离层延迟并建立公式如下：
其中表示k1频/>率包含整周模糊度的多路径延迟，/>表示k2频率包含整周模糊度的多路径延迟，/>表示k1频率的伪距观测量，/>表示k2频率的伪距观测量，/>表示k1频率的载波观测量，/>表示k2频率的载波观测量。/>表示k1载波的频率，/>表示k2载波的频率。
获取多路径延迟值并建立公式如下：
其中表示k频率信号发生的多路径延迟。Nsw表示连续观测同一卫星的历元数，MPk(ti)表示在历元ti处求得的包含整周模糊度的多路径延迟。
进一步的，所述单差残差求解包括步骤如下：
获取双差伪距观测向量和双差载波相位观测向量并建立公式如下：
表示双差伪距观测向量，/>表示双差载波相位观测向量，/>表示双差模糊度，/>表示双差伪距测量噪声，/>表示双差载波测量噪声，/>表示双差卫星和接收机距离；
根据所述双差伪距观测向量、双差载波相位观测向量建立RTK相对定位理论模型如下：
表示反演的双差观测量，ΔP表示测量站位置的修正量，Gn×3表示系数矩阵，In×n表示n阶单位矩阵，n表示双侧载波相位观测量的个数；
根据所述RTK相对理论模型求出浮点解并通过lambda算法对浮点解整周模糊度固定，以获取测量站的位置固定解，同时根据整周模糊度的值求出双差残差；
将所述双差残差转化为单差残差；
判断单差残差是否小于设定值，若是，则表示定位解符合要求，若否，则表示定位解不符合要求并执行多路径误差残余值消除。
进一步的，所述多路径误差参与值消除包括步骤如下：
建立测量站卫星的多路径误差残余公式如下：
其中ΔMPp表示多路径误差残余值，表示单差残差值；
对卫星的载波和伪距修正并获取修正后的载波相位观测值及伪距观测值；
重新分配每颗卫星的权重，每颗卫星的权重为单差残差的倒数；
根据修正后的载波相位观测值、伪距观测值以及重新分配卫星的权重跳转至单差残差求解步骤并再次计算单差残差。
相应的，本发明还提供一种测绘GNSS形变监测方法的装置，所述装置包括数据获取模块：所述数据获取模块用于获取GNSS观测数据；
预处理模块：所述预处理模块用于获取的所述GNSS观测数据预处理，以获取预处理数据；
解算模块：用于获取平滑的伪距测量值以及多路径延迟值，并根据多路径延迟值消除多路径残余误差；
相应的，本发明还提供一种计算机存储介质：包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为通过所述计算机程序执行上述方法。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下
(一)本发明通过增加Lora天线组建局域网来实现基准站与测量站之间的通讯，同时使用北斗卡将数据解算并打包传输至云端，其能够避免水坝形变监测时的4G信号强度低甚至无4G信号的情况，进而保证信号可以完全传输。
(二)进一步的，本发明通过使用载波来平滑伪距，提高了GNSS伪距的测量精度，使整周模糊度固定率高。
(三)进一步的，本发明通过多路径误差消除，其通过双频即k1频率包含整周模糊度的多路径延迟、k2频率包含整周模糊度的多路径延迟构建组合观测量，以消除对电流层和电离层的延迟影响，针对同一颗卫星在连续观测且无周跳的情况下组合的模糊度参数不会变化的情况，得到多路径误差消除，并通过模糊度固定获取的双差残差来求出单差残差，进y步消除了多路径误差的残余，消除了GNSS测量值的误差，提高了模糊度的固定率，进而提高定位的精度。
附图说明
图1示出了本发明实施例本发明实施例一种测绘GNSS形变监测方法、装置中监测方法的流程示意图。
图2示出了本发明实施例本发明实施例一种测绘GNSS形变监测方法、装置中监测装置的示意图。
图3示出了本发明实施例一种测绘GNSS形变监测方法、装置及介质优化结果与传统方法的对比示意图。
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，以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种测绘GNSS形变监测方法、装置及介质作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
一种测绘GNSS形变监测方法，包括步骤如下：
S1：建立测量站与基准站之间的之间的通信，以获取GNSS观测数据。其中测量站可以是单个测量站，也可以是多个测量站，具体的，所述通信建立的流程如下：
S100:测量站获取测量站GNSS观测数据，具体的，所述测量站GNSS观测数据包括伪距观测值、载波相位观测值以及多普勒观测值；
S101:由所述测量站判断4G信号是否存在，具体的，测量站中的4G通信模组通过4G网络实现测量站GNSS观测数据的实时上报。若检测存在4G信号，由4G通信模组将通过4G网络将测量站GNSS观测数据传输至云端。若不存在4G信号，通过Lora天线将测量站GNSS观测数据传输至基准站。
S102:当所述基准站接收GNSS观测数据后，首先由基准站判断4G信号是否存在，若存在4G信号，将所述测量站GNSS观测数据与基准站GNSS观测数据打包并上传至云端；若不存在4G信号，通过北斗卡将GNSS测量站观测数据与基准站GNSS观测数据打包并上传至云端。
通过增加Lora天线组建局域网来实现基准站与测量站之间的通讯，同时使用北斗卡将数据解算并打包传输至云端，其能够避免水坝形变监测时的4G信号强度低甚至无4G信号的情况，进而保证信号可以完全传输。
S2：周跳探测，对获取的所述GNSS观测数据预处理，以获取预处理后的GNSS观测数据。
由于测量站中接收机在接受卫星的载波信号时，常因各种原因导致接收机的载波相位跟踪环路暂时停止整周计数，随后又恢复对上述GNSS观测数据的整周计数，导致GNSS观测数据有一个整周跳变，即称为周跳。而周跳的发生使整周模糊度失去连续性，若无法对周跳进行修复，则必须重新设置整周模糊度来保证定位解的准确性。
具体的，上述周跳探测包括步骤如下：
S200:通过多普勒观测值探测周跳。由于多普勒观测值通常用于表示载波相位的变化速率，它是一个独立并且稳定的观测量。所以，当载波相位发生周跳时，多普勒观测值并不会收到影响。
S201：采用多项拟合方法探测周跳，由于通过多普勒观测值会存在粗差，因此通过多普勒观测值探测周跳后采用多项式拟合的方法再次探测周跳，以提高观测值的精确性。
其中多普勒探测值探测周跳包括步骤如下：
S2000：根据多普勒观测值以及t+1时刻的载波相位观测值计算周跳ΔN，所述周跳ΔN的计算表示为：
其中ΔN表示存在的周跳，表示t+1时刻的载波相位观测值，/>表示t时刻的载波相位观测值，DOPt+1表示在t+1时刻的多普勒观测值，DOPt表示t时刻的多普勒观测值，Δt表示采样的时间间隔；
S2001:判断存在的周跳是否大于设定阈值c，若是，则判定发生周跳，剔除相应卫星；若否，则判定未发生周跳。
其中采用多项拟合方法探测周跳包括步骤如下：
S2010：将当前历元的前m个载波相位观测值拟合成n阶多项式，并求出多项式系数，所述多项式表示如下：
上述多项式中表示在tk时刻预测的载波相位观测值，n为多项式拟合阶数，t0是时间基准，tk是时间基准，a0,a1,…,an为多项式系数；
根据多项式拟合的残差计算中误差，所述中误差的计算可以表示如下：
其中εk表示多项式拟合的残差；σ表示中误差；
用求出的多项式系数a0,a1,…,an外推下一个历元的实测载波相位观测值将实测载波相位观测值/>与预测载波相位观测值/>求差值/>所述差值的计算可以表示为：
其中表示实测载波相位观测值与预测载波相位观测值的差值，/>表示实测载波相位观测值，/>表示预测载波相位观测值；
判断实测载波相位观测值与预测载波相位观测值的差值是否满足如下公式：
其中σ表示误差，h代表倍数值，若是，则判定未发生周跳，若否，则判定未发生周跳，剔除卫星，其中剔除卫星是指将发生周跳的所有卫星全部剔除，且只要上述多普勒探测值探测周跳以及多项拟合方法探测周跳均未发生周跳后，才进入步骤S3。
若是，则判定发生周跳，剔除相应卫星，若否，则判定未发生周跳。
S3：载波平滑伪距：获取平滑后的伪距测量值。具体的，在本实施例中伪距的码元度为293m，测量噪声为3m，而载波的波长为19cm，测量噪声为5m，因此需要对伪距进行处理，通过载波平滑伪距提高伪距观测的定位精度，所述载波平滑伪距包括步骤如下：
S300：建立伪距测量方程和载波相位观测方程，所述伪距测量方程和载波相位观测方程如下表示：
其中：ρt表示伪距观测值，t表示时间，rt表示卫星和接收机之间的集合距离。It表示电离层延迟，Tt表示对流层延迟；ερ,t表示伪距观测噪声和多路径延迟的和。λ表示载波相位的波长，c表示光速，Nt表示整周模糊度，表示载波观测噪声和多路径延迟的和。
基于hatch滤波建立载波相位平滑伪距递推方程，以获取平滑后的伪距观测值，所述递推方程如下表示：
其中：表示平滑后的伪距观测值，ρt表示伪距观测值，n表示hatch滤波的平滑时间常数，λ表示载波相位的波长，/>表示t时刻的载波相位观测值，/>表示t-1时刻的载波相位观测值。/>表示第一个历元的伪距观测值；ρ1表示第一个历元的实测伪距观测值。
S4：多路径误差消除：在经过上述载波平滑伪距步骤之后，由于测量站中接收机接收卫星的直接信号外，还会接收测量站周围的反射信号，由此混合后产生多路径效应，使得观测值偏离真值，即存在多路径延迟，为了缓解多路径延迟所造成的影响，需要获取多路径延迟值，所述多路径误差消除包括步骤如下：
S400：消除对流层延迟以及电离层延迟并建立公式如下：
其中表示k1频率包含整周模糊度的多路径延迟，/>表示k2频率包含整周模糊度的多路径延迟，/>表示k1频率的伪距观测量，/>表示k2频率的伪距观测量，/>表示k1频率的载波观测量，/>表示k2频率的载波观测量。/>表示k1载波的频率，/>表示k2载波的频率。
S401:获取多路径延迟值并建立公式如下：
其中表示k频率信号发生的多路径延迟值，Nsw表示连续观测同一卫星的历元数，MPk(ti)表示在历元ti处求得的包含整周模糊度的多路径延迟。
S5：单差残差求解，以消除多路径误差延迟值中的残余，在本实施例中只针对短基线情况，因此电离层延迟和对流层延迟在进行站间单差和星间单差后可完全消除。
S500:首先获取双差伪距观测向量和双差载波相位观测向量并建立公式如下：
其中表示双差伪距观测向量，/>表示双差载波相位观测向量，/>表示双差模糊度，/>表示双差伪距测量噪声，/>表示双差载波测量噪声，/>表示双差卫星和接收机距离，P表示卫星编号；Q表示卫星编号；A表示接收站编号；B表示接收站编号。
S501:根据所述双差伪距观测向量、双差载波相位观测向量建立RTK相对定位理论模型如下：
表示反演的双差观测量，ΔP表示测量站位置的修正量，Gn×3表示系数矩阵，In×n表示n阶单位矩阵，n表示双侧载波相位观测量的个数，/>表示双差伪距测量噪声，表示双差载波测量噪声。
S502：根据所述RTK相对理论模型求出浮点解并通过lambda算法对浮点解整周模糊度固定，以获取测量站的位置固定解，同时根据整周模糊度求出双差残差差值。假设模糊度固定成功后，整周模糊度的值设置为测量站的位置修正量为ΔP，因此上述双差残差可以表示为：
其中表示双差残差，/>表示反演的双差观测量，/>表示双差伪距观测向量，/>表示双差载波相位观测向量，ΔP表示测量站位置的修正量，Gn×3表示系数矩阵，In×n表示n阶单位矩阵，n表示双侧载波相位观测量的个数，λ表示载波相位的波长。
S503:将所述双差残差差值转化为单差残差并建立如下不定式方程组：
其中表示只包含多路径和测量噪声的站间单差的残差，ω1表示第一卫星的信号权重，/>表示1p卫星与接收机A、接收机B之间的双差残差，ω2表示第二卫星的信号权重，ωp-1表示p-1卫星的信号权重，ωp表示P卫星的信号权重，ωp+1表示p+1卫星的信号权重，ωQ表示Q卫星的信号权重。
S504：求出上述包含多路径和测量噪声的站间单差残差后，判断单差残差是否小于设定值，具体的，设定阈值D来比较),若/>若是，则表示定位解符合要求。若否，则表示定位解不符合要求并执行多路径误差残余值消除。通过求出站间单差残差可以真实地反映卫星的误差特性，进而可以得到每颗卫星的观测值的完整残差序列以及精度统计值。
S505：进一步的，假设基准站接收的GNSS信号未发生多路径效应，测量噪声忽略，则测量站卫星P的多路径误差残余值建立公式如下：
其中ΔMPP表示卫星P的多路径误差残余值，表示卫星P的单差残差值。
S506:对卫星的载波和伪距修正并获取修正后的载波相位观测值及伪距观测值，具体公式如下：
其中，表示修正后的伪距观测值，ρp表示实测的伪距观测值，ΔMPP表示卫星P的多路径误差残余值，/>表示修正后的载波相位观测值，/>表示实测的载波相位观测值，λ表示载波相位的波长。
S507:重新分配每颗卫星的权重，每颗卫星的权重为单差残差的倒数；具体权重w分配公式如下：
其中，q表示卫星的总数。
S508:根据修正后的载波相位观测值修正后的伪距观测值/>以及卫星的权重w跳转至步骤S5并再次计算单差残差。
相应的，请参考图2，本发明还提供一种测绘GNSS形变监测方法的装置，所述装置包括数据获取模块100：所述数据获取模块100用于获取GNSS观测数据；
预处理模块101：所述预处理模块101用于获取的所述GNSS观测数据预处理，以获取预处理数据；
解算模块102：所述解算模块102用于获取平滑的伪距测量值以及多路径延迟值，并根据多路径延迟值消除多路径残余误差；
相应的，本发明还提供一种计算机存储介质：包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为通过所述计算机程序执行上述方法。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种测绘GNSS形变监测方法，其特征在于包括以下步骤：
建立测量站与基准站之间的通信，以获取GNSS观测数据；
周跳探测：对获取的所述GNSS观测数据预处理，以获取预处理数据；
载波平滑伪距：获取平滑后的伪距测量值；
多路径误差消除：获取多路径延迟值；
单差残差求解，以消除多路径误差残余。
2.如权利要求1所述的一种测绘GNSS形变监测方法，其特征在于：所述建立测量站与基准站之间的通信包括步骤如下：
测量站获取测量站GNSS观测数据；
测量站判断4G信号是否存在，若存在4G信号，将所述测量站GNSS观测数据传输至云端；若不存在4G信号，通过Lora天线将GNSS观测数据传输至基准站；
基准站判断4G信号是否存在，若存在4G信号，将所述测量站GNSS观测数据与基准站GNSS观测数据打包并上传至云端；若不存在4G信号，通过北斗卡将测量站GNSS观测数据与基准站GNSS观测数据打包并上传至云端。
3.如权利要求1所述的一种测绘GNSS形变监测方法，其特征在于：所述周跳探测包括步骤如下：
通过多普勒探测值探测周跳；
采用多项拟合方法探测周跳。
4.如权利要求3所述的一种测绘GNSS形变监测方法，其特征在于：所述通过多普勒探测值探测周跳包括步骤如下：
根据多普勒观测值以及t+1时刻的载波相位观测值计算周跳，所述周跳的计算表示为：
其中ΔN表示存在的周跳，表示t+1时刻的载波相位观测值，/>表示t时刻的载波相位观测值，DOPt+1表示在t+1时刻的多普勒观测值，DOPt表示t时刻的多普勒观测值，Δt表示采样的时间间隔；
判断存在的周跳是否大于设定阈值，若是，则判定发生周跳，剔除相应卫星；若否，则判定未发生周跳。
5.如权利要求3所述的一种测绘GNSS形变监测方法，其特征在于：所述采用多项拟合方法探测周跳包括步骤如下：
将当前历元的前m个载波相位观测值拟合成n阶多项式，并求出多项式系数，所述多项式表示如下：
上述多项式中表示在tk时刻预测的载波相位观测值，n为多项式拟合阶数，t0是时间基准，tk是时间基准，a0,a1,…,an为多项式系数；
根据多项式拟合的残差计算误差，所述误差σ的计算可以表示为：
其中εk表示多项式拟合的残差；
用求出的多项式系数外推下一个历元的实测载波相位观测值将实测载波相位观测值/>与预测载波相位观测值/>求差值/>所述差值的计算可以表示为：
其中表示实测载波相位观测值与预测载波相位观测值的差值，/>表示实测载波相位观测值，/>表示预测载波相位观测值；
判断实测载波相位观测值与预测载波相位观测值的差值是否满足如下公式：
其中σ表示误差，h代表倍数值，若是，则判定未发生周跳，若否，则判定未发生周跳，剔除卫星。
6.如权利要求1所述的一种测绘GNSS形变监测方法，其特征在于：所述载波平滑伪距包括步骤如下：
建立伪距测量方程和载波相位观测方程，所述伪距测量方程和载波相位观测方程如下表示：
其中：ρt表示伪距观测值，t表示时间，rt表示卫星和接收机之间的集合距离。It表示电离层延迟，Tt表示对流层延迟；ερ,t表示伪距观测噪声和多路径延迟的和。λ表示载波相位的波长，c表示光速，Nt表示整周模糊度，表示载波观测噪声和多路径延迟的和。
基于hatch滤波建立载波相位平滑伪距递推方程，以获取平滑后的伪距观测值，所述递推方程如下表示：
其中：表示平滑后的伪距观测值，ρt表示伪距观测值，n表示hatch滤波的平滑时间常数，λ表示载波相位的波长，/>表示t时刻的载波相位观测值，/>表示t-1时刻的载波相位观测值；/>表示第一个历元的伪距观测值；ρ1表示第一个历元的实测伪距观测值。
7.如权利要求1所述的一种测绘GNSS形变监测方法，其特征在于：所述多路径误差消除包括步骤如下：
消除对流层延迟以及电离层延迟并建立公式如下：
其中表示k1频率包含整周模糊度的多路径延迟，/>表示k2频率包含整周模糊度的多路径延迟，/>表示k1频率的伪距观测量，/>表示k2频率的伪距观测量，/>表示k1频率的载波观测量，/>表示k2频率的载波观测量。/>表示k1载波的频率，fk2表示k2载波的频率。
获取多路径延迟值并建立公式如下：
其中表示k频率信号发生的多路径延迟。Nsw表示连续观测同一卫星的历元数，MPk(ti)表示在历元ti处求得的包含整周模糊度的多路径延迟。
8.如权利要求1所述的一种测绘GNSS形变监测方法，其特征在于：所述单差残差求解包括步骤如下：
获取双差伪距观测向量和双差载波相位观测向量并建立公式如下：
表示双差伪距观测向量，/>表示双差载波相位观测向量，/>表示双差模糊度，/>表示双差伪距测量噪声，/>表示双差载波测量噪声，/>表示双差卫星和接收机距离；
根据所述双差伪距观测向量、双差载波相位观测向量建立RTK相对定位理论模型如下：
表示反演的双差观测量，ΔP表示测量站位置的修正量，Gn×3表示系数矩阵，In×n表示n阶单位矩阵，n表示双侧载波相位观测量的个数；
根据所述RTK相对理论模型求出浮点解并通过lambda算法对浮点解整周模糊度固定，以获取测量站的位置固定解，同时根据整周模糊度的值求出双差残差；
将所述双差残差转化为单差残差；
判断单差残差是否小于设定值，若是，则表示定位解符合要求，若否，则表示定位解不符合要求并执行多路径误差残余值消除。
9.如权利要求8所述的一种测绘GNSS形变监测方法，其特征在于：所述多路径误差参与值消除包括步骤如下：
建立测量站卫星的多路径误差残余公式如下：
其中ΔMPp表示多路径误差残余值，表示单差残差值；
对卫星的载波和伪距修正并获取修正后的载波相位观测值及伪距观测值；
重新分配每颗卫星的权重，每颗卫星的权重为单差残差的倒数；
根据修正后的载波相位观测值、伪距观测值以及重新分配卫星的权重跳转至单差残差求解步骤并再次计算单差残差。
10.根据如权利要求1～9任意一项所述一种测绘GNSS形变监测方法的装置其特征在于：所述装置包括
数据获取模块：所述数据获取模块用于获取GNSS观测数据；
预处理模块：所述预处理模块用于获取的所述GNSS观测数据预处理，以获取预处理数据；
解算模块：用于获取平滑的伪距测量值以及多路径延迟值，并根据多路径延迟值消除多路径残余误差。
11.一种计算机存储介质，其特征在于：包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为通过所述计算机程序执行如权利要求1～9中任一项所述的方法。
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|---|---|---|---|
| CN202311027677.XA CN117055069A (zh) | 2023-08-16 | 2023-08-16 | 一种测绘gnss形变监测方法、装置及介质 |
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|---|---|
| CN117055069A true CN117055069A (zh) | 2023-11-14 |
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| CN202311027677.XA Pending CN117055069A (zh) | 2023-08-16 | 2023-08-16 | 一种测绘gnss形变监测方法、装置及介质 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117270004A (zh) * | 2023-11-22 | 2023-12-22 | 中交路桥科技有限公司 | 基于卫星定位的工程测绘方法、设备、系统及介质 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008141840A1 (en) * | 2007-05-24 | 2008-11-27 | Eth Zurich | System and method for determining displacements of objects |
| CN106646538A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-05-10 | 东南大学 | 一种基于单差滤波的变形监测gnss信号多路径改正方法 |
| CN108317949A (zh) * | 2018-02-07 | 2018-07-24 | 桂林电子科技大学 | 一种rtk高精度差分定位形变监测系统及方法 |
| CN110017765A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-07-16 | 中国地质环境监测院 | 一种混合定位滑坡形变监测系统 |
| CN115235330A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-10-25 | 长安大学 | 一种形变监测数据处理方法及形变监测装置 |
| CN115265351A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-11-01 | 济南三鼎电气有限责任公司 | 一种北斗在线高精度变形监测系统 |
-
2023
- 2023-08-16 CN CN202311027677.XA patent/CN117055069A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008141840A1 (en) * | 2007-05-24 | 2008-11-27 | Eth Zurich | System and method for determining displacements of objects |
| CN106646538A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-05-10 | 东南大学 | 一种基于单差滤波的变形监测gnss信号多路径改正方法 |
| CN108317949A (zh) * | 2018-02-07 | 2018-07-24 | 桂林电子科技大学 | 一种rtk高精度差分定位形变监测系统及方法 |
| CN110017765A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-07-16 | 中国地质环境监测院 | 一种混合定位滑坡形变监测系统 |
| CN115265351A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-11-01 | 济南三鼎电气有限责任公司 | 一种北斗在线高精度变形监测系统 |
| CN115235330A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-10-25 | 长安大学 | 一种形变监测数据处理方法及形变监测装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117270004A (zh) * | 2023-11-22 | 2023-12-22 | 中交路桥科技有限公司 | 基于卫星定位的工程测绘方法、设备、系统及介质 |
| CN117270004B (zh) * | 2023-11-22 | 2024-01-26 | 中交路桥科技有限公司 | 基于卫星定位的工程测绘方法、设备、系统及介质 |
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