一种基于虚拟参考站的GNSS地灾形变监测系统及方法与流程

本发明涉及地灾形变监测技术领域，尤其涉及一种基于虚拟参考站的gnss地灾形变监测系统及方法。

背景技术：

公路、铁路、桥梁等线路设施在施工阶段和后续的运营阶段需要高精度高可靠性的测量工作来维持日常的监测、维护等工作。尤其对于危险的变形体，软基等部分，滑坡将造成巨大的生命财产损失。为保证作业安全，也为保证运营安全，当前使用gnss技术作为地灾形变监测的手段，也有与其他手段相结合互为补充。但复杂的技术，不同的厂家使得融合系统存在基准不统一、通信问题、系统鲁棒性差等问题。此外，正常情况下数据解算稳定，可以反应变形体真实变化，而当极端情况出现时，包括几何条件差(长基线)、恶劣天气(暴雨、台风、电离层磁暴等)，容易引起gnss解算异常、出现误警。

技术实现要素：

本发明通过提供一种基于虚拟参考站的gnss地灾形变监测系统及方法，解决了现有技术中gnss地灾形变监测在极端条件下监测效果较差的问题。

本发明提供一种基于虚拟参考站的gnss地灾形变监测系统，包括：监测站、卫星跟踪站、数据中心；

所述监测站用于采集gnss观测信息、传感器观测信息；

所述数据中心用于实时接收所述gnss观测信息、所述传感器观测信息；用于对所述传感器观测信息进行处理，得到短期位移解算结果；用于利用所述卫星跟踪站生成虚拟参考站，利用虚拟参考站技术对所述gnss观测信息进行处理，得到gnss解算结果；用于结合所述短期位移解算结果、所述gnss解算结果，得到监测信息。

优选的，所述监测站包括：融合加速度计的gnss接收机、gnss天线、电源；

所述融合加速度计的gnss接收机分别与所述gnss天线、所述电源连接；所述融合加速度计的gnss接收机与所述数据中心通讯连接；所述融合加速度计的gnss接收机布设在变形体上。

优选的，所述融合加速度计的gnss接收机包括：加速度计传感器、gnss导航模块。

优选的，所述融合加速度计的gnss接收机还包括：陀螺仪传感器。

优选的，所述融合加速度计的gnss接收机还包括：cpu芯片、通信模块、数据接口模块。

优选的，所述数据中心还用于根据所述监测信息、预设条件信息得到报警信息。

另一方面，利用上述的基于虚拟参考站的gnss地灾形变监测系统，本发明还提供一种基于虚拟参考站的gnss地灾形变监测系统，方法包括以下步骤：

步骤1、通过监测站采集gnss观测信息、传感器观测信息，并实时传输至数据中心；

步骤2、数据中心对所述传感器观测信息进行处理，得到短期位移解算结果；数据中心利用卫星跟踪站生成虚拟参考站，利用虚拟参考站技术对所述gnss观测信息进行处理，得到gnss解算结果；

步骤3、数据中心结合所述短期位移解算结果、所述gnss解算结果，得到监测信息。

优选的，所述基于虚拟参考站的gnss地灾形变监测方法还包括：

步骤4、数据中心结合所述监测信息、预设条件信息得到报警信息；

步骤5、数据中心根据所述报警信息进行报警。

优选的，所述步骤3的具体实现方式为：数据中心对所述短期位移解算结果、所述gnss解算结果进行时频分析处理，剔除所述gnss解算结果中的异常值，得到监测信息。

优选的，所述虚拟参考站技术为gnss差分解算的，在监测站附近生成虚拟观测值的技术。

本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在发明中，通过监测站采集gnss观测信息、传感器观测信息，并实时传输至数据中心；数据中心对传感器观测信息进行处理，得到短期位移解算结果；数据中心利用卫星跟踪站生成虚拟参考站，利用虚拟参考站技术对gnss观测信息进行处理，得到gnss解算结果；数据中心结合短期位移解算结果、gnss解算结果，得到监测信息。本发明针对公路、铁路、桥梁等线状工程区域的，融合加速度计的gnss地灾形变监测技术，服务于工程施工以及运维阶段的安全问题。gnss模块进行变形解算负责维持长期稳定性的同时，加速度计的积分保证了断其稳定性，数据中心对二者进行时频分析，剔除因几何条件差(长基线)、恶劣天气(暴雨、台风、电离层磁暴等)等引起的gnss解算突变问题，进而剔除误警信息，提高系统的完好性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于虚拟参考站的gnss地灾形变监测系统中融合加速度计的gnss接收机的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于虚拟参考站的gnss地灾形变监测系统的连接与检测流程图；

图3为本发明实施例提供的一种基于虚拟参考站的gnss地灾形变监测方法中公布预警信息的流程图。

其中，1-1-加速度计传感器、1-2-gnss导航模块、1-3-cpu芯片、1-4-通信模块、1-5-数据接口模块；

2-1-电源、2-2-融合加速度计的gnss接收机、2-3-gnss天线、2-4-数据中心、2-5-卫星跟踪站；

3-1-gnss导航模块、3-2-加速度计传感器、3-3-数据中心。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本实施例提供了一种基于虚拟参考站的gnss地灾形变监测系统，参见图1-图3，包括：监测站、卫星跟踪站、数据中心；所述监测站用于采集gnss观测信息、传感器观测信息；所述数据中心用于实时接收所述gnss观测信息、所述传感器观测信息；用于对所述传感器观测信息进行处理，得到短期位移解算结果；用于利用所述卫星跟踪站生成虚拟参考站，利用虚拟参考站技术对所述gnss观测信息进行处理，得到gnss解算结果；用于结合所述短期位移解算结果、所述gnss解算结果，得到监测信息。

优选的方案中，所述数据中心还用于根据所述监测信息、预设条件信息得到报警信息。

其中，所述监测站包括：融合加速度计的gnss接收机、gnss天线、电源；所述融合加速度计的gnss接收机分别与所述gnss天线、所述电源连接；所述融合加速度计的gnss接收机与所述数据中心通讯连接；所述融合加速度计的gnss接收机布设在变形体上。

所述融合加速度计的gnss接收机包括：加速度计传感器、gnss导航模块、cpu芯片、通信模块、数据接口模块。

优选的方案中，所述融合加速度计的gnss接收机还包括：陀螺仪传感器。

此外，本发明还提供一种基于虚拟参考站的gnss地灾形变监测方法，采用上述基于虚拟参考站的gnss地灾形变监测系统，方法包括以下步骤：

步骤1、通过监测站采集gnss观测信息、传感器观测信息，并实时传输至数据中心。

步骤2、数据中心对所述传感器观测信息进行处理，得到短期位移解算结果；数据中心利用卫星跟踪站生成虚拟参考站，利用虚拟参考站技术对所述gnss观测信息进行处理，得到gnss解算结果。

其中，所述虚拟参考站技术为gnss差分解算的，在监测站附近生成虚拟观测值的技术。

步骤3、数据中心结合所述短期位移解算结果、所述gnss解算结果，得到监测信息。

具体的，数据中心对所述短期位移解算结果、所述gnss解算结果进行时频分析处理，剔除所述gnss解算结果中的异常值，得到监测信息。

步骤4、数据中心结合所述监测信息、预设条件信息得到报警信息。

步骤5、数据中心根据所述报警信息进行报警。

下面对本发明做进一步的说明。

本发明提供的基于虚拟参考站的gnss地灾形变监测系统采用布设有全球导航卫星系统连续运行观测站的框架点为基准，监测站设有多源传感器gnss接收机，实时传输gnss数据与其他传感器至数据中心，数据中心进行处理和发布。数据中心实时接收其他连续运行卫星跟踪站点数据，通过虚拟参考站技术解算基线向量。

数据中心接收监测站点的其他传感器数据进行短期位移解算，并将其与gnss解算出的位移向量进行比较，超出某特定范围则认为误警。在进行监测作业时，数据中心联合多源传感器数据以及其他信息源，实时自动化处理数据并公布变形体预警信息。

因为融合了加速度计，首先可以更方便的辅助设备调平；此外，在周围出现遮挡时(例如周围树木长高、有其他外物遮挡)、电离层出现磁暴现象、电离层或对流层发生变化(例如天气恶劣时、出现台风、连续阴雨天气时)等现象时，信号误差大会出现gnss解算异常的情况，此时便可以利用加速度计，加速度计传感器可以实时估计接收机短期位移，提升系统完好性水平，剔除误警。

所述全球导航卫星系统连续运行观测站，是指不间断运行的卫星导航定位基准站，可以采用现有站点，也可以自行架设；所述框架点，为全球导航卫星系统连续运行观测站建设的稳定点，定义了地球参考框架和确切历元的坐标，在中国一般采用cgcs2000坐标系统。

所述虚拟参考站技术为gnss差分解算的，在监测站附近生成虚拟观测值的技术；所述解算基线向量即为gnss差分解算；所述短期位移解算即为其他传感器的积分运算，得到短期位移向量。

本发明可以有效避免误警(即因解算错误带来的错误位移而产生的误报)。本发明可以实时自动化处理，即为在无人工操作的情况下，数据中心实时接收到监测站的gnss数据以及其他传感器数据，进行gnss解算以及其他传感器的数据处理，并根据结果进行公布。

本发明在实施时，仅需布设监测体的检查站点，无需布设参考站点。监测站点应合理分布于监测体。

(1)虚拟参考站的生成：

虚拟参考站利用全球导航卫星系统连续运行观测站的实时数据，数据中心生成格网点或根据监测站的概略位置生成虚拟参考站点。无需额外设站，即可形成超短基线测量。

(2)监测站点的硬件布设：

监测站点采用融合加速度计的gnss接收机，采用自动化一体化的多传感器监测设备，根据具体需求布设与变形体区域。可采用太阳能电池板、蓄电池的方式供电，也可采用市电供电，同时应保证网络通信。

(3)误警信息剔除：

数据中心接收连续跟踪的监测站gnss数据以及加速度计数据，同时进行长期稳定性较高的gnss解算以及短期稳定性较高的其他传感器位移向量解算。极端环境下gnss解算出现异常，包括几何条件差(长基线)、恶劣天气(暴雨、台风、电离层磁暴等)，此时数据中心将进行gnss与加速度计结果的时频分析，达到剔除误警信息的目的。

(4)监测用户的使用：

用户通过数据中心接入系统，数据处理中心根据用户的不同需求提供不同等级的服务，提供稳定、准确的变形体变形信息。

本发明实施例提供的一种基于虚拟参考站的gnss地灾形变监测系统及方法至少包括如下技术效果：

本发明针对公路、铁路、桥梁等线路测量区域，采用虚拟参考站技术，无需额外设立基准站，即可实现超短基线测量，环境不敏感，满足公路、铁路、桥梁等多种监测要求；利用融合加速度计传感器gnss接收机，实时采集多源数据回传至数据中心；多源传感器数据有较高的短期精度，可以与gnss稳定的长期精度数据形成互补，保证位移向量在极端情况下的稳定性，剔除误警信息，包括几何条件差(长基线)、恶劣天气(暴雨、台风、电离层磁暴等)；全自动化的数据处理流程，降低人工成本，提升监测的可靠性，解决监测信息不用环境下准确、实时的痛点。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。