專利名稱：基于cnss的地面設(shè)施變形的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于地表變形的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，尤其是基于CNSS的地面設(shè)施變形的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)絕大部分對(duì)大壩、礦山、油田、橋梁、高速公路和高鐵路基等地面設(shè)施的地基沉降、位移以及整體傾斜等狀況的變形監(jiān)測(cè)都是基于傳統(tǒng)非數(shù)字化設(shè)備(如經(jīng)緯儀，全站儀)進(jìn)行周期性重復(fù)測(cè)量技術(shù)，一般要求專人專職，需要較多的人力資源，數(shù)據(jù)處理難度大，存在監(jiān)測(cè)不及時(shí)的問(wèn)題，尤其在強(qiáng)烈需要進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)的大風(fēng)大雨氣候條件下無(wú)法開(kāi)展工作，導(dǎo)致嚴(yán)重的監(jiān)測(cè)放空期。國(guó)內(nèi)外已有基于GPS (全球定位系統(tǒng))技術(shù)的變形監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案及應(yīng)用案例，但因GPS是由美國(guó)國(guó)防部掌控的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其授時(shí)精度和可靠性受制于美國(guó)的GPS 政策，因此其授時(shí)和定位精度具有潛在的不安全因素。我國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是中國(guó)自主研制開(kāi)發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，是繼美國(guó)的GPS、俄羅斯的GL0NASS (全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))之后的第三個(gè)較成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作在M91. 75MHz的頻率上，可向用戶提供全天候、高精度、區(qū)域性的即時(shí)定位服務(wù)，定位精度可達(dá)數(shù)十納秒，其精度與GPS相當(dāng)。另外，采用GPS定位技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，需要將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在專門(mén)的可移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備中，或需要采用額外的無(wú)線通訊設(shè)備進(jìn)行傳輸，監(jiān)測(cè)成本大大增加。而我國(guó)自主研發(fā)的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星擁有精確定位和雙向通訊功能，在地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)接收到定位數(shù)據(jù)后，由解算軟件進(jìn)行毫米級(jí)精度的位移變形數(shù)據(jù)解算，可將結(jié)果作為通訊內(nèi)容反向傳播給衛(wèi)星，再由衛(wèi)星傳輸給指定的用戶數(shù)據(jù)處理中心。因此，不受傳輸距離和天氣狀況的影響，無(wú)須額外的人工干預(yù)和傳輸設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、 長(zhǎng)距離、全天候?qū)崟r(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是一種可全天候、大范圍對(duì)地面設(shè)施進(jìn)行位移與變形進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、且可提高監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)度、可靠性以及安全性的基于CNSS (北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)) 的地面設(shè)施變形的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種基于CNSS的地面設(shè)施變形的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括定位監(jiān)測(cè)模塊、CNSS、數(shù)據(jù)處理模塊和客戶終端；所述定位監(jiān)測(cè)模塊包括分別設(shè)于各基準(zhǔn)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)和與各基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)；所述數(shù)據(jù)處理模塊包括CNSS終端機(jī)和數(shù)據(jù)處理器；所述客戶終端包括CNSS終端機(jī)和顯示設(shè)備；所述CNSS與所述基準(zhǔn)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)雙向連接，并與所述數(shù)據(jù)處理模塊和客戶終端分別單向連接；各基準(zhǔn)點(diǎn)的 CNSS終端機(jī)和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)與所述數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)處理器單向連接。一種利用上述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基于CNSS的地面設(shè)施變形的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟
A、組建基于CNSS的地面設(shè)施變形的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；
B、所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)接收定位信息
所述基準(zhǔn)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)從CNSS得到所在位置的定位信息， 所述定位信息包括所述基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)；所述基準(zhǔn)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)將各自的定位信息發(fā)送給所述數(shù)據(jù)處理模塊；
C、所述數(shù)據(jù)處理模塊處理監(jiān)測(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)的定位信息
所述數(shù)據(jù)處理模塊中事先存有各基準(zhǔn)點(diǎn)的精確坐標(biāo)值；所述數(shù)據(jù)處理模塊接收到來(lái)自各基準(zhǔn)點(diǎn)和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的定位信息后進(jìn)行存儲(chǔ)，按周期對(duì)各基準(zhǔn)點(diǎn)和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)各自的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)形成的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列進(jìn)行處理，處理步驟如下
(1)用各基準(zhǔn)點(diǎn)的已知精確坐標(biāo)值組成與此基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列相適配的已知精確坐標(biāo)值時(shí)間序列，將各基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列與其已知精確坐標(biāo)值時(shí)間序列作差得到該基準(zhǔn)點(diǎn)的差值時(shí)間序列，并求出此差值時(shí)間序列的變化率；
(2)用與所述基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列與此基準(zhǔn)點(diǎn)的差值時(shí)間序列做差，對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列進(jìn)行誤差修正，得到各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的修正三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列；
(3)對(duì)所述各基準(zhǔn)點(diǎn)的差值時(shí)間序列及其變化率和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的修正三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列進(jìn)行濾波去噪；
(4)對(duì)濾波后的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的修正三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列和與此監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)點(diǎn)的差值時(shí)間序列及其變化率進(jìn)行處理，計(jì)算出所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)點(diǎn)的變形量；
D、所述數(shù)據(jù)處理模塊產(chǎn)生預(yù)警信號(hào)并發(fā)送
將各基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的修正三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列作為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于所述數(shù)據(jù)處理模塊中，并通過(guò)所述數(shù)據(jù)處理模塊的CNSS終端機(jī)發(fā)送到北斗衛(wèi)星；所述數(shù)據(jù)處理模塊中事先存有上步中所述變形量和所述基準(zhǔn)點(diǎn)差值時(shí)間序列的變化率的預(yù)設(shè)安全閾值；當(dāng)所述變形量和差值的變化率在預(yù)設(shè)安全閾值范圍內(nèi)時(shí)，執(zhí)行下述第E步；否則，所述數(shù)據(jù)處理模塊產(chǎn)生預(yù)警信號(hào)并將此預(yù)警信號(hào)通過(guò)所述數(shù)據(jù)處理模塊的 CNSS終端機(jī)發(fā)送到北斗衛(wèi)星；所述北斗衛(wèi)星將來(lái)自數(shù)據(jù)處理模塊的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)警信號(hào)發(fā)送至客戶終端的CNSS終端機(jī)并通過(guò)顯示設(shè)備顯示，執(zhí)行下述第E步；
E、所述數(shù)據(jù)處理模塊產(chǎn)生預(yù)測(cè)信息并發(fā)送
所述數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)其內(nèi)部存儲(chǔ)的各基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列和與其對(duì)應(yīng)的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的修正三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列預(yù)測(cè)出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于此基準(zhǔn)點(diǎn)的位移變形趨勢(shì)信息，并將此信息通過(guò)數(shù)據(jù)處理模塊的CNSS終端機(jī)發(fā)送到北斗衛(wèi)星，北斗衛(wèi)星再將此信息發(fā)送至所述客戶終端的CNSS終端機(jī)并通過(guò)顯示設(shè)備顯示。所述基準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量為2-3個(gè)，與每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量為1個(gè)以上。所述基準(zhǔn)點(diǎn)或監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)、所述數(shù)據(jù)處理模塊的CNSS終端機(jī)和所述客戶終端的CNSS終端機(jī)的型號(hào)為HMWJ/BD4。所述基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)與數(shù)據(jù)處理模塊之間采用無(wú)線通信、電纜通信等方式傳輸數(shù)據(jù)。
采用上述技術(shù)方案取得的技術(shù)進(jìn)步為
本發(fā)明的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作模式是連續(xù)的，不但可以對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的變形量進(jìn)行定時(shí)采集，而且還可以對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的各種變形進(jìn)行大范圍、長(zhǎng)時(shí)間、全天候不間斷的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以更加方便、快捷的了解監(jiān)測(cè)對(duì)象的變形，使得監(jiān)測(cè)人員能夠及時(shí)分析監(jiān)測(cè)對(duì)象的各種變形，便于及時(shí)掌握監(jiān)測(cè)對(duì)象的異常變化；且該系統(tǒng)不受距離、天氣狀況和地理環(huán)境的影響與限制，且無(wú)需額外的人工干預(yù)和傳輸設(shè)備，成本大大降低，便于維護(hù)和推廣。本發(fā)明的監(jiān)測(cè)方法可實(shí)時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提高了對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象變形的監(jiān)測(cè)精度，并引入了預(yù)警信號(hào)；該方法還可以對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的變形趨勢(shì)和變形速度等異常變化進(jìn)行預(yù)測(cè)，使得監(jiān)測(cè)人員能夠?qū)Ξ惓Ｗ兓崆白龀鲱A(yù)測(cè)和處理，并為以后的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置及數(shù)量，還可進(jìn)行分段測(cè)量，測(cè)量效果和精度不受影響。本發(fā)明的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用我國(guó)自行研制的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，使得信息傳輸更加安全，也有利于本國(guó)信息的安全保密，有效擺脫了國(guó)外技術(shù)的限制；而且本發(fā)明的監(jiān)測(cè)方法對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的監(jiān)測(cè)精度高，二次開(kāi)發(fā)的空間大，具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性，適用范圍寬。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
具體實(shí)施例方式由圖1所示可知基于CNSS的地面設(shè)施變形的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括定位監(jiān)測(cè)模塊、 CNSS (北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))、數(shù)據(jù)處理模塊和客戶終端；所述定位監(jiān)測(cè)模塊包括分別設(shè)于各基準(zhǔn)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)和與各基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)；所述數(shù)據(jù)處理模塊包括CNSS終端機(jī)和數(shù)據(jù)處理器；所述客戶終端包括CNSS終端機(jī)和顯示設(shè)備；所述CNSS與所述基準(zhǔn)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)雙向連接，并與所述數(shù)據(jù)處理模塊和客戶終端分別單向連接；各基準(zhǔn)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)與所述數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)處理器單向連接。利用上述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟 A、組建基于CNSS的地面設(shè)施變形的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)在地面設(shè)施(即主要監(jiān)測(cè)目標(biāo))所在的地質(zhì)條件非常穩(wěn)定的地區(qū)，附近不存在嚴(yán)重的地面塌陷和影響基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定的其他因素，所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在地面設(shè)施之上或附近易變形區(qū)域內(nèi)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)密度可根據(jù)地質(zhì)條件、地理狀況和易變形程度適度調(diào)整，基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)選擇兩個(gè)或兩個(gè)以上并且距離監(jiān)測(cè)目標(biāo)較近的區(qū)域，以保證監(jiān)測(cè)有良好的觀測(cè)精度。所述基準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量通常為2-3個(gè)(根據(jù)實(shí)際情況確定，還可以設(shè)更多個(gè))，與每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量為1個(gè)以上。B、所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)接收定位信息
所述基準(zhǔn)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)從CNSS得到所在點(diǎn)的定位信息，所述定位信息包括所述基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)；所述基準(zhǔn)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)將各自的定位信息發(fā)送給所述數(shù)據(jù)處理模塊的處理器；所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)和基
6準(zhǔn)點(diǎn)接收到北斗衛(wèi)星定位信息后定時(shí)向數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)，比如一秒鐘傳輸一次。當(dāng)各基準(zhǔn)點(diǎn)和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離數(shù)據(jù)處理模塊的距離很近時(shí)，所述各基準(zhǔn)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)與數(shù)據(jù)處理模塊之間可以通過(guò)串行接口、并行接口、USB接口和其他一些通訊端口與所述處理器相連接，常用串口連接方式。當(dāng)各基準(zhǔn)點(diǎn)和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離數(shù)據(jù)處理模塊的距離不適合采用短距離有線連接方式時(shí)，所述基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)與數(shù)據(jù)處理模塊之間可采用無(wú)線通信、電纜通信等方式傳輸數(shù)據(jù)。C、所述數(shù)據(jù)處理模塊處理監(jiān)測(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)的定位信息
所述數(shù)據(jù)處理模塊中事先存有各基準(zhǔn)點(diǎn)的精確坐標(biāo)值，已知精確坐標(biāo)值是利用現(xiàn)有精密儀器如電子水準(zhǔn)儀等工具人工進(jìn)行測(cè)量得到的；所述數(shù)據(jù)處理模塊接收到來(lái)自各基準(zhǔn)點(diǎn)和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的定位信息后進(jìn)行存儲(chǔ)，按周期對(duì)各基準(zhǔn)點(diǎn)和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)各自的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)形成的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列進(jìn)行處理，周期可以為2小時(shí)或者3小時(shí)不等，根據(jù)實(shí)際情況確定，具體處理步驟如下
(1)用各基準(zhǔn)點(diǎn)的已知精確坐標(biāo)值組成與此基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列相適配的基準(zhǔn)點(diǎn)的已知精確坐標(biāo)值時(shí)間序列，將各基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列與其已知精確坐標(biāo)值時(shí)間序列作差得到該基準(zhǔn)點(diǎn)的差值時(shí)間序列，并求出此差值時(shí)間序列的變化率；因?yàn)椴钪禐闀r(shí)間序列，所以可以計(jì)算出時(shí)間序列中各數(shù)據(jù)元素之間的變化趨勢(shì)，即變化率；
(2)用與所述基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列與此基準(zhǔn)點(diǎn)的差值時(shí)間序列做差，對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列進(jìn)行誤差修正，得到各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的修正三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列；
(3)利用模式分解法和小波技術(shù)(或者其他算法)對(duì)所述各基準(zhǔn)點(diǎn)的差值時(shí)間序列及其變化率和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的修正三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列進(jìn)行濾波去噪；
(4)利用Coleshky分解法對(duì)濾波后的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的修正三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列和與此監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)點(diǎn)的差值時(shí)間序列及其變化率進(jìn)行處理，建立模糊度搜索空間并解算載波相位整周模糊度，根據(jù)載波相位觀測(cè)值的初始模糊度信息，計(jì)算出所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)點(diǎn)的變形量。所述數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)處理器和CNSS終端機(jī)單向連接，兩者之間也可以通過(guò)串行接口、并行接口、USB接口和其他一些通訊端口進(jìn)行通信，一般采用串口連接方式。數(shù)據(jù)處理器接收來(lái)自各基準(zhǔn)點(diǎn)和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的定位信息，按照一定的周期，利用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；數(shù)據(jù)處理器的型號(hào)和配置根據(jù)所監(jiān)測(cè)對(duì)象不同而不同，但基本要求如下奔騰4或更高級(jí)的處理器，主頻2GHz或以上，IG內(nèi)存或以上，500G硬盤(pán)以上，支持 X-Windows的UNIX系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理軟件采用的是專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件GAMIT/GL0BK，可進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。數(shù)據(jù)處理器將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊的CNSS終端機(jī)。D、所述數(shù)據(jù)處理模塊產(chǎn)生預(yù)警信號(hào)并發(fā)送
將各基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的修正三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列作為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于所述數(shù)據(jù)處理模塊中，并通過(guò)所述數(shù)據(jù)處理模塊的CNSS終端機(jī)發(fā)送到北斗衛(wèi)星；所述數(shù)據(jù)處理模塊中事先存有上步中所述變形量和所述基準(zhǔn)點(diǎn)的差值時(shí)間序列的變化率的預(yù)設(shè)安全閾值；當(dāng)所述變形量和差值的變化率在預(yù)設(shè)安全閾值范圍內(nèi)時(shí)，執(zhí)行下述第E步；否則，所述數(shù)據(jù)處理模塊產(chǎn)生預(yù)警信號(hào)并將此預(yù)警信號(hào)通過(guò)所述數(shù)據(jù)處理模塊的CNSS終端機(jī)發(fā)送到北斗衛(wèi)星；所述北斗衛(wèi)星將來(lái)自數(shù)據(jù)處理模塊的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)警信號(hào)發(fā)送至客戶終端的CNSS終端機(jī)并通過(guò)顯示設(shè)備顯示，執(zhí)行下述第E步。E、所述數(shù)據(jù)處理模塊產(chǎn)生預(yù)測(cè)信息并發(fā)送
所述數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)其內(nèi)部存儲(chǔ)的各基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列和與其對(duì)應(yīng)的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的修正三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法(還可采用其他智能算法)預(yù)測(cè)變形趨勢(shì)信息，預(yù)測(cè)出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于此基準(zhǔn)點(diǎn)的位移變形趨勢(shì)信息，并將此信息通過(guò)數(shù)據(jù)處理模塊的CNSS終端機(jī)發(fā)送到北斗衛(wèi)星，北斗衛(wèi)星再將此信息發(fā)送至所述客戶終端的 CNSS終端機(jī)并通過(guò)顯示設(shè)備顯示。所述客戶終端的CNSS終端機(jī)和顯示設(shè)備單向連接，兩者之間也可以通過(guò)串行接口、并行接口、USB接口和其他一些通訊端口進(jìn)行通信，一般采用串口連接方式。所述客戶終端通過(guò)CNSS終端機(jī)接收到經(jīng)過(guò)北斗衛(wèi)星傳輸、來(lái)自數(shù)據(jù)處理模塊的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、預(yù)警信號(hào)和預(yù)測(cè)信息后，通過(guò)顯示設(shè)備實(shí)時(shí)地顯示各基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)、位移與變形情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象信息的可視化管理和數(shù)據(jù)分析。這樣可以對(duì)地面設(shè)施的擬靜態(tài)位移與變形進(jìn)行無(wú)人值守的全天候和高精度長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。所述基準(zhǔn)點(diǎn)或監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)、所述數(shù)據(jù)處理模塊的CNSS終端機(jī)和所述客戶終端的CNSS終端機(jī)的型號(hào)為HMWJ/BD4。還可根據(jù)需要采用其他型號(hào)的終端機(jī)。本說(shuō)明書(shū)給出的是一種優(yōu)選的組織結(jié)構(gòu)，到實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)實(shí)際情況采用更加實(shí)用的結(jié)構(gòu)。但只要符合本方法的基本思想，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于CNSS的地面設(shè)施變形的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括定位監(jiān)測(cè)模塊、 CNSS、數(shù)據(jù)處理模塊和客戶終端；所述定位監(jiān)測(cè)模塊包括分別設(shè)于各基準(zhǔn)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)和與各基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)；所述數(shù)據(jù)處理模塊包括CNSS終端機(jī)和數(shù)據(jù)處理器；所述客戶終端包括CNSS終端機(jī)和顯示設(shè)備；所述CNSS與所述基準(zhǔn)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)雙向連接，并與所述數(shù)據(jù)處理模塊和客戶終端分別單向連接； 各基準(zhǔn)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)與所述數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)處理器單向連接。
2.一種利用權(quán)利要求1的基于CNSS的地面設(shè)施變形的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟A、組建基于CNSS的地面設(shè)施變形的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；B、所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)接收定位信息所述基準(zhǔn)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)從CNSS得到所在位置的定位信息， 所述定位信息包括所述基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)；所述基準(zhǔn)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)將各自的定位信息發(fā)送給所述數(shù)據(jù)處理模塊；C、所述數(shù)據(jù)處理模塊處理監(jiān)測(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)的定位信息所述數(shù)據(jù)處理模塊中事先存有各基準(zhǔn)點(diǎn)的精確坐標(biāo)值；所述數(shù)據(jù)處理模塊接收到來(lái)自各基準(zhǔn)點(diǎn)和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的定位信息后進(jìn)行存儲(chǔ)，按周期對(duì)各基準(zhǔn)點(diǎn)和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)各自的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)形成的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列進(jìn)行處理，處理步驟如下(1)用各基準(zhǔn)點(diǎn)的已知精確坐標(biāo)值組成與此基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列相適配的已知精確坐標(biāo)值時(shí)間序列，將各基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列與其已知精確坐標(biāo)值時(shí)間序列作差得到該基準(zhǔn)點(diǎn)的差值時(shí)間序列，并求出此差值時(shí)間序列的變化率；(2)用與所述基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列與此基準(zhǔn)點(diǎn)的差值時(shí)間序列做差，對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列進(jìn)行誤差修正，得到各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的修正三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列；(3)對(duì)所述各基準(zhǔn)點(diǎn)的差值時(shí)間序列及其變化率和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的修正三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列進(jìn)行濾波去噪；(4)對(duì)濾波后的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的修正三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列和與此監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)點(diǎn)的差值時(shí)間序列及其變化率進(jìn)行處理，計(jì)算出所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于與其相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)點(diǎn)的變形量；D、所述數(shù)據(jù)處理模塊產(chǎn)生預(yù)警信號(hào)并發(fā)送將各基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的修正三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列作為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于所述數(shù)據(jù)處理模塊中，并通過(guò)所述數(shù)據(jù)處理模塊的CNSS終端機(jī)發(fā)送到北斗衛(wèi)星；所述數(shù)據(jù)處理模塊中事先存有上步中所述變形量和所述基準(zhǔn)點(diǎn)差值時(shí)間序列的變化率的預(yù)設(shè)安全閾值；當(dāng)所述變形量和差值的變化率超出預(yù)設(shè)安全閾值時(shí)，所述數(shù)據(jù)處理模塊產(chǎn)生預(yù)警信號(hào)并將此預(yù)警信號(hào)通過(guò)所述數(shù)據(jù)處理模塊的CNSS終端機(jī)發(fā)送到北斗衛(wèi)星；所述北斗衛(wèi)星將來(lái)自數(shù)據(jù)處理模塊的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)警信號(hào)發(fā)送至客戶終端的CNSS終端機(jī)并通過(guò)顯示設(shè)備顯示；E、所述數(shù)據(jù)處理模塊產(chǎn)生預(yù)測(cè)信息并發(fā)送所述數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)其內(nèi)部存儲(chǔ)的各基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列和與其對(duì)應(yīng)的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的修正三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間序列預(yù)測(cè)出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于此基準(zhǔn)點(diǎn)的位移變形趨勢(shì)信息，并將此信息通過(guò)數(shù)據(jù)處理模塊的CNSS終端機(jī)發(fā)送到北斗衛(wèi)星，北斗衛(wèi)星再將此信息發(fā)送至所述客戶終端的CNSS終端機(jī)并通過(guò)顯示設(shè)備顯示。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于CNSS的地面設(shè)施變形的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述基準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量為2-3個(gè)，與每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量為1個(gè)以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于CNSS的地面設(shè)施變形的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述基準(zhǔn)點(diǎn)或監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CNSS終端機(jī)、所述數(shù)據(jù)處理模塊的CNSS終端機(jī)和所述客戶終端的CNSS 終端機(jī)的型號(hào)為HMWJ/BD4。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于CNSS的地面設(shè)施變形的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)與數(shù)據(jù)處理模塊之間采用無(wú)線通信或電纜通信方式傳輸數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于地表變形的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，尤其是基于CNSS的地面設(shè)施變形的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括定位監(jiān)測(cè)模塊、CNSS(北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))、數(shù)據(jù)處理模塊和客戶終端；監(jiān)測(cè)方法的具體步驟為1、組建基于CNSS的地面設(shè)施變形的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；2、監(jiān)測(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)接收定位信息；3、數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)定位信息進(jìn)行處理；4、數(shù)據(jù)處理模塊產(chǎn)生預(yù)警信號(hào)與預(yù)測(cè)信息并發(fā)送至客戶終端。本發(fā)明可對(duì)地面設(shè)施的變形進(jìn)行大范圍、長(zhǎng)時(shí)間、全天候不間斷的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高了監(jiān)測(cè)精度；該方法不受距離、天氣狀況和地理環(huán)境的影響與限制，無(wú)需額外的人工干預(yù)和傳輸設(shè)備，成本大大降低，便于維護(hù)和推廣。
文檔編號(hào)G01B21/04GK102435165SQ20111026375
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者劉永強(qiáng), 司春棣, 廖英英, 徐步青, 楊紹普, 潘存治, 王揚(yáng), 郭樹(shù)起, 陳恩利, 馬增強(qiáng) 申請(qǐng)人:石家莊鐵道大學(xué)