基于热备数据中心的GNSS形变监测系统及实现方法与流程

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基于热备数据中心的GNSS形变监测系统及实现方法与流程

本发明涉及卫星定位导航技术领域,具体涉及一种基于热备数据中心的gnss形变监测系统及实现方法。



背景技术:

gnss(globalnavigationsatellitesystem,全球卫星定位系统)自八十年代中期投入民用后,已广泛地在导航、定位等各领域应用,尤其在测量界的控制测量中起了划时代的作用。正因为是它在相对定位中的高精度、高效益、全天候、不需通视等优点,使人们普遍采用其来代替常规的三角、三边、边角等方法,并在理论、实践中取得了可喜的成果。在精密工程变形监测中也逐步得到广泛的应用。

形变监测(变形监测)是一项利用精密仪器和专业方法对发生形变的物体进行长时间的观察检测的工作。同时也将对发生形变的物体做出相应的预测和分析。形变监测技术主要是用来确定变形体的形状、大小以及发生变化的位置空间和时间,并且需要结合变形体的性质和地基情况后在做出相应的分析。一般研究分析的变形体有建筑物、边坡、大坝、桥梁等,这些属于精密工程测量当中的变形体。

gps技术是形变监测技术史上的重大进步,已经成为测量技术常用的重要手段。根据相关资料显示,有的国家在20世纪80年代就开始使用gps进行变形监测。使用gps进行变形监测的优点在于该系统能够快速精确地监测分析地壳运动。这就使其成为在监测地壳变形和板块运动时的有效手段。通过建立多个地区的gps监测网,可以进行多起的连续观测和复测,而得到充分的资料以便确定中国大陆地壳变形和板块运动的特征。此外,由于gps能够实时地评估变形的现状并预测发展趋势,这将为在灾难来临之前做好准备起着重要作用。

随着社会经济和科学技术的快速发展,为了更有效保障国家财产及人生安全,利用传统的变形监测手段越来越不能满足变形监测要求,这就迫切需要性能更可靠的设备来监测大桥的形变。目前,随着gnss技术的不断成熟,gnss自动化监测系统已经在桥梁、滑坡、建筑、地震、大坝等行业中应用并取得很好的效益。

灾备技术是指在一个数据中心发生故障或灾难的情况下,其他数据中心可以正常运行并对关键业务或全部业务实现接管,达到互为备份的效果。数据中心整体灾备技术可以分为四种:冷备、暖备、热备和双活。

热备最重要的特点是实现了整体自动切换,其它和暖备实现基本一致,实现热备的数据中心仅比暖备的数据中心要多部署一项软件,软件可以自动感知数据中心故障并且保证应用业务实现自动切换。业务由主用数据中心响应,当出现数据中心故障造成该业务不可用时,需要在规定的rto时间内,自动将该业务切换至备用数据中心。

gnss形变监测(gnss变形监测),即利用gnss卫星导航定位技术,通过对静态监测点(监测点作为卫星接收机,连续观测卫星定位数据,用于后续进行精密后续处理,得到高精度位置)观测数据、参考站观测数据、星历(星历是指在gps测量中,天体运行随时间而变的精确位置或轨迹表,它是时间的函数)进行后处理解算,得到监测点毫米精度的一种高精度形变监测技术。

gnss形变监测系统一般由形变监测终端设备和后处理解算系统组成,形变监测终端设备一般安装在监测对象的表面或附近。后处理解算系统一般部署在服务端(云端)机房。形变监测系统将gnss卫星观测数据回传到服务端的后处理解算系统,后处理解算系统对观测数据进行解算得到高精度位置变化的数据。如果后处理解算系统发生故障或者灾难,所有形变监测对象的解算都会失败。对于某些灾害事故导致的形变,如滑坡等,在一段时间内无法预报其形变趋势可能会导致灾难性的后果。

在现有形变监测产品中,没有基于热备数据中心的高可靠系统方案。一旦服务端后处理解算系统发生单点故障,整个系统在一段时间内不可用,所有形变监测对象的解算全部会失败。



技术实现要素:

本发明提出一种基于热备数据中心的gnss形变监测系统及方法,解决了gnss形变监测系统需要高可靠性的技术问题。

本发明采用的技术方案是:

一种基于热备数据中心的gnss形变监测系统,包括基准站、后处理解算系统和形变监测终端;基准站与后处理解算系统连接;后处理解算系统与形变监测终端连接;所述后处理解算系统包括主后处理解算系统和热备后处理解算系统,主后处理解算系统与热备后处理解算系统连接。

进一步地,所述主后处理解算系统包括主基准站接入模块、主系统数据库和主后处理解算模块;主基准站接入模块与基准站连接;主系统数据库与主基准站接入模块和主后处理解算模块连接;

所述热备后处理解算系统包括热备基准站接入模块、热备系统数据库和热备后处理解算模块;热备基准站接入模块与基准站连接;主系统数据库通过主数据同步模块将数据实时同步到热备数据同步模块,并存储到热备系统数据库;热备系统数据库与热备基准站接入模块和热备后处理解算模块连接。

进一步地,所述基准站包括基准站卫星观测模块、基准站主备切换判断模块和差分数据上传模块;基准站主备切换判断模块与基准站卫星观测模块和差分数据上传模块连接。

进一步地,所述形变监测终端包括形变监测终端卫星观测模块、卫星观测数据上传模块和形变监测终端主备切换判断模块;形变监测终端主备切换判断模块与形变监测终端卫星观测模块和卫星观测数据上传模块连接。

一种基于热备数据中心的gnss形变监测实现方法,包括以下步骤:

步骤s1,基准站将差分校准数据上传到后处理解算系统;

步骤s2,后处理解算系统将差分校准数据下发到形变监测终端;

步骤s3,形变监测终端观测gnss卫星数据并上传到后处理解算系统。

进一步地,所述步骤s1包括以下步骤:

步骤s11,基准站通过基准站卫星观测模块观测卫星;

步骤s12,基准站通过差分数据上传模块将差分校准数据上传到主后处理解算系统;

步骤s13,基准站主备切换判断模块同时监测主后处理解算系统和热备后处理解算系统;

步骤s14,基准站主备切换判断模块监测到主后处理解算系统发生故障;

步骤s15,基准站主备切换判断模块监测热备后处理解算系统是否存在故障;如否,执行步骤s16;如是,执行步骤s17;

步骤s16,主后处理解算系统自动切换到热备后处理解算系统,并触发报警,执行步骤s18;

步骤s17,触发报警,并等待手动切换命令;

步骤s18,更新状态机的主备状态。

进一步地,所述步骤s13中基准站主备切换判断模块通过主后处理解算系统和热备后处理解算系统通信链路上的心跳包同时监测主后处理解算系统和热备后处理解算系统。

进一步地,所述步骤s2包括主后处理解算系统将差分校准数据下发到形变监测终端和热备后处理解算系统将差分校准数据下发到形变监测终端;

主后处理解算系统将差分校准数据下发到形变监测终端包括以下步骤:

步骤s211,主后处理解算系统工作;

步骤s212,主基准站接入模块接收上传的差分校准数据,并通过主后处理解算模块将差分校准数据下发到形变监测终端;

步骤s213,主系统数据库通过主数据同步模块将差分校准数据实时同步到热备数据同步模块,并存储到热备系统数据库;

步骤s214,如果主后处理解算系统发生故障,触发报警,并等待修复;

步骤s215,重新进入工作状态;

热备后处理解算系统将差分校准数据下发到形变监测终端包括以下步骤:

步骤s221,热备后处理解算系统工作;

步骤s222,热备系统数据库接收主系统数据库同步过来的差分校准数据;

步骤s223,主后处理解算系统切换到热备后处理解算系统;

步骤s224,热备后处理解算系统进入工作状态。

进一步地,所述步骤s3包括以下步骤:

步骤s31,形变监测终端工作;

步骤s32,形变监测终端通过形变监测终端卫星观测模块观测gnss卫星数据,并通过卫星观测数据上传模块将gnss卫星数据上传到后处理解算系统;

步骤s33,形变监测终端主备切换判断模块同时监测主后处理解算系统和热备后处理解算系统;

步骤s34,形变监测终端主备切换判断模块监测到主后处理解算系统发生故障;

步骤s35,形变监测终端主备切换判断模块监测热备后处理解算系统是否存在故障;如否,执行步骤s36;如是,执行步骤s37;

步骤s36,主后处理解算系统自动切换到热备后处理解算系统,并触发报警,执行步骤s38;

步骤s37,触发报警,并等待手动切换命令;

步骤s38,更新状态机的主备状态。

进一步地,所述步骤s33中形变监测终端主备切换判断模块通过主后处理解算系统和热备后处理解算系统通信链路上的心跳包同时监测主后处理解算系统和热备后处理解算系统。

本发明提出的基于热备数据中心的gnss形变监测系统及实现方法,具有高可靠性的有益效果。

附图说明

图1是本发明系统结构图。

图2是主后处理解算系统和热备后处理解算系统架构图。

图3是主后处理解算系统和热备后处理解算系统工作流程图。

图4是基准站架构图。

图5是基准站工作流程图。

图6是形变监测终端架构图。

图7是形变监测终端工作流程图

具体实施方式

下文中,结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

一种基于热备数据中心的gnss形变监测系统,如图1所示,包括基准站11(连续接收和发送本站坐标及其变化,gnss星历,星钟差等信息的地面固定站,用于纠正在卫星定位中产生的公共误差)、后处理解算系统和形变监测终端14;基准站11与后处理解算系统连接;后处理解算系统与形变监测终端14连接;所述后处理解算系统包括主后处理解算系统12和热备后处理解算系统13,主后处理解算系统12与热备后处理解算系统13连接。

gnss形变监测系统实现方法,包括以下步骤:

步骤s1,基准站11负责观测卫星差分校准数据,并将差分校准数据上传到后处理解算系统;

步骤s2,后处理解算系统将差分校准数据下发到形变监测终端14,同时接收形变终端14上传的gnss卫星数据,并进行后处理静态解算;

步骤s3,形变监测终端14需要观测gnss卫星数据并上传到后处理解算系统。

基准站11架构图如图4所示,基准站11包括基准站卫星观测模块111、基准站主备切换判断模块112和差分数据上传模块113;基准站主备切换判断模块112与基准站包括卫星观测模块111和差分数据上传模块113连接。基准站卫星观测模块111负责观测gnss卫星数据,差分数据上传模块113负责上传差分校准数据到后处理解算系统。

基准站11流程图如图5所示,包括以下步骤:

步骤s11,基准站11通过基准站卫星观测模块111观测卫星数据;

步骤s12,基准站11通过差分数据上传模块113将差分校准数据上传到主后处理解算系统12;

步骤s13,基准站主备切换判断模块112通过主后处理解算系统12和热备后处理解算系统13通信链路上的心跳包同时监测主后处理解算系统12和热备后处理解算系统13;

步骤s14,基准站主备切换判断模块112监测到主后处理解算系统12发生故障;

步骤s15,基准站主备切换判断模块112监测热备后处理解算系统13是否存在故障;如否,执行步骤s16;如是(如没有响应心跳包),执行步骤s17;

步骤s16,主后处理解算系统12自动切换到热备后处理解算系统13,并触发报警,执行步骤s18;

步骤s17,触发报警,并等待手动切换命令,用户可自主决定是否进行手动主备切换;

步骤s18,更新状态机的主备状态,把主后处理解算系统和热备后处理解算系统的关系进行切换,重新开始检测主后处理解算系统和热备后处理解算系统的状态。

主后处理解算系统12和热备后处理解算系统13架构图如图2所示,主后处理解算系统12和热备后处理解算系统13都分别有自己的基准站接入模块、系统数据库和后处理解算模块。

主后处理解算系统12包括主基准站接入模块121、主系统数据库122和主后处理解算模块123;主基准站接入模块121与基准站11连接;主系统数据库122与主基准站接入模块121和主后处理解算模块123连接。

热备后处理解算系统13包括热备基准站接入模块131、热备系统数据库132和热备后处理解算模块133;热备基准站接入模块131与基准站11连接;主系统数据库122通过主数据同步模块124,通过专线网络(同城或异地)实时将数据同步到热备数据同步模块134,并存储到热备系统数据库132;热备系统数据库132与热备基准站接入模块131和热备后处理解算模块133连接。

这里的数据包括:基准站上传的差分校准数据、星历数据(广播星历和精密星历)和形变监测终端上传的gnss卫星数据。

主后处理解算系统12和热备后处理解算系统13流程图如图3所示,其中主后处理解算系统12下发差分校准数据包括以下步骤:

步骤s211,主后处理解算系统12工作;

步骤s212,主基准站接入模块121接收上传的差分校准数据,并通过主后处理解算模块123将差分校准数据下发到形变监测终端14;

步骤s213,主系统数据库122通过主数据同步模块124将差分校准数据实时同步到热备后处理解算系统13;

步骤s214,如果主后处理解算系统12发生故障,触发报警(如果可以),并等待修复;

步骤s215,重新进入工作状态;

热备后处理解算系统13下发差分校准数据包括以下步骤:

步骤s221,热备后处理解算系统13工作;

步骤s222,热备后处理解算系统13接收主后处理解算系统13同步过来的差分校准数据;

步骤s223,如果发生切换,主后处理解算系统12切换到热备后处理解算系统13;

步骤s224,热备后处理解算系统(13)进入工作状态。

形变监测终端架构图如图6所示,包括形变监测终端卫星观测模块141、卫星观测数据上传模块142和形变监测终端主备切换判断模块143;形变监测终端主备切换判断模块143与形变监测终端卫星观测模块141和卫星观测数据上传模块142连接;精准定位结算模块144负责进行精准定位解算和形变监测终端主备切换判断模块143连接。形变监测终端卫星观测模块141负责观测gnss卫星数据,卫星观测数据上传模块142负责上传观测到的gnss卫星数据到后处理解算系统。

形变监测终端流程图如图7所示,包括以下步骤:

步骤s31,形变监测终端14开机工作,并接收后处理解算系统下发的差分校准数据;

步骤s32,形变监测终端14通过形变监测终端卫星观测模块141观测gnss卫星数据,并通过卫星观测数据上传模块142将gnss卫星数据上传到后处理解算系统;

步骤s33,形变监测终端主备切换判断模块143通过主后处理解算系统12和热备后处理解算系统13通信链路上的心跳包同时监测主后处理解算系统12和热备后处理解算系统13;

步骤s34,形变监测终端主备切换判断模块143监测到主后处理解算系统12发生故障;

步骤s35,形变监测终端主备切换判断模块143监测热备后处理解算系统13是否存在故障;如否,执行步骤s36;如是(如没有响应心跳包),执行步骤s37:

步骤s36,主后处理解算系统12自动切换到热备后处理解算系统13,并触发报警,执行步骤s38;

步骤s37,触发报警,并等待手动切换命令,用户可自主决定是否进行手动主备切换;

步骤s38,更新状态机的主备状态,把主后处理解算系统和热备后处理解算系统的关系进行切换,重新开始检测主后处理解算系统和热备后处理解算系统的状态。

本发明对于计算机编程语言没有特别要求,优选采用java语言。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。

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