[发明专利]基于CNSS的地面设施变形的长期监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于地表变形的监测系统及方法，尤其是基于CNSS的地面设施变形的长期监测系统及方法。

背景技术

目前国内绝大部分对大坝、矿山、油田、桥梁、高速公路和高铁路基等地面设施的地基沉降、位移以及整体倾斜等状况的变形监测都是基于传统非数字化设备（如经纬仪，全站仪）进行周期性重复测量技术，一般要求专人专职，需要较多的人力资源，数据处理难度大，存在监测不及时的问题，尤其在强烈需要进行变形监测的大风大雨气候条件下无法开展工作，导致严重的监测放空期。

国内外已有基于GPS（全球定位系统）技术的变形监测监控系统解决方案及应用案例，但因GPS是由美国国防部掌控的卫星导航系统，其授时精度和可靠性受制于美国的GPS政策，因此其授时和定位精度具有潜在的不安全因素。

我国的北斗卫星导航定位系统是中国自主研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统，是继美国的GPS、俄罗斯的GLONASS（全球卫星导航系统）之后的第三个较成熟的卫星导航系统。该系统工作在2491.75MHz的频率上，可向用户提供全天候、高精度、区域性的即时定位服务，定位精度可达数十纳秒，其精度与GPS相当。另外，采用GPS定位技术进行监测时，需要将监测数据存储在专门的可移动存储设备中，或需要采用额外的无线通讯设备进行传输，监测成本大大增加。而我国自主研发的北斗导航卫星拥有精确定位和双向通讯功能，在地面监测点接收到定位数据后，由解算软件进行毫米级精度的位移变形数据解算，可将结果作为通讯内容反向传播给卫星，再由卫星传输给指定的用户数据处理中心。因此，不受传输距离和天气状况的影响，无须额外的人工干预和传输设备，可实现长期、长距离、全天候实时状态监测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是一种可全天候、大范围对地面设施进行位移与变形进行长期监测、且可提高监测的精准度、可靠性以及安全性的基于CNSS（北斗卫星导航系统）的地面设施变形的长期监测系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于CNSS的地面设施变形的长期监测系统，包括定位监测模块、CNSS、数据处理模块和客户终端；所述定位监测模块包括分别设于各基准点的CNSS终端机和与各基准点相对应的各监测点的CNSS终端机；所述数据处理模块包括CNSS终端机和数据处理器；所述客户终端包括CNSS终端机和显示设备；所述CNSS与所述基准点的CNSS终端机和监测点的CNSS终端机双向连接，并与所述数据处理模块和客户终端分别单向连接；各基准点的CNSS终端机和各监测点的CNSS终端机与所述数据处理模块的数据处理器单向连接。

一种利用上述监测系统的基于CNSS的地面设施变形的长期监测方法，包括以下步骤：

A、组建基于CNSS的地面设施变形的长期监测系统；

B、所述监测点和基准点接收定位信息：

所述基准点的CNSS终端机和监测点的CNSS终端机从CNSS得到所在位置的定位信息，所述定位信息包括所述基准点和监测点的三维坐标数据；所述基准点的CNSS终端机和监测点的CNSS终端机将各自的定位信息发送给所述数据处理模块； 

C、所述数据处理模块处理监测点和基准点的定位信息：

所述数据处理模块中事先存有各基准点的精确坐标值；所述数据处理模块接收到来自各基准点和各监测点的定位信息后进行存储，按周期对各基准点和各监测点各自的三维坐标数据形成的三维坐标数据时间序列进行处理，处理步骤如下：

（1）用各基准点的已知精确坐标值组成与此基准点的三维坐标数据时间序列相适配的已知精确坐标值时间序列，将各基准点的三维坐标数据时间序列与其已知精确坐标值时间序列作差得到该基准点的差值时间序列，并求出此差值时间序列的变化率； 

（2）用与所述基准点相对应的各监测点的三维坐标数据时间序列与此基准点的差值时间序列做差，对各监测点的三维坐标数据时间序列进行误差修正，得到各监测点的修正三维坐标数据时间序列；

（3）对所述各基准点的差值时间序列及其变化率和各监测点的修正三维坐标数据时间序列进行滤波去噪；

（4）对滤波后的监测点的修正三维坐标数据时间序列和与此监测点相对应的基准点的差值时间序列及其变化率进行处理，计算出所述监测点相对于与其相对应的基准点的变形量；

D、所述数据处理模块产生预警信号并发送：