一种基于倾角传感的GNSS监测数据处理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于倾角传感的GNSS监测数据处理方法，该方法包括以下步骤：S1：通过GNSS获取监测点处的GNSS监测设备中心平面位移分量，通过双轴倾角传感器阵列获取安装立柱的倾斜角度，对平面位移分量进行预处理；S2：平面位移分量包括X位移分量和Y位移分量，预处理后的X位移分量和Y位移分量合成位移矢量，对位移矢量进行倾角归算修正；S3：当监测点主形变方向已知时，将修正后的位移矢量投影到主形变方向，以投影解析值按时间序列绘制监测点的形变过程曲线，来表征该监测点的形变特征。通过该方法，解决了GNSS位移监测过程中，真实变形矢量与数据表征矢量不相符的问题，具有监测数据可靠、观测精度高、数据分析简便和表征结果直观等优点。

A Data Processing Method for GNSS Monitoring Based on Inclination Sensor

The invention discloses a data processing method for GNSS monitoring based on inclination sensor, which includes the following steps: S1: obtaining the plane displacement component of GNSS monitoring equipment center at monitoring point by GNSS, obtaining the inclination angle of installation column by biaxial inclination sensor array, and preprocessing the plane displacement component; S2: plane displacement component includes X displacement component and Y displacement component. The pre-processed X-displacement component and Y-displacement component compose displacement vectors to calculate and correct the inclination of displacement vectors; S3: When the main deformation direction of the monitoring point is known, the revised displacement vector is projected to the main deformation direction, and the deformation process curve of the monitoring point is drawn by the projection analytic value according to the time series to characterize the deformation characteristics of the monitoring point. This method solves the problem that the real deformation vectors do not match the data representation vectors in GNSS displacement monitoring process. It has the advantages of reliable monitoring data, high observation accuracy, simple data analysis and intuitive representation results.

【技术实现步骤摘要】
一种基于倾角传感的GNSS监测数据处理方法
本专利技术涉及地表形变监测领域，具体涉及一种基于倾角传感的GNSS监测数据处理方法。
技术介绍
全球卫星导航定位系统(globalnavigationsatellitesystem)，简称GNSS，目前主要有美国的GPS、俄罗斯的GLONAS、中国的COMPASS以及欧盟的GALILEO。通过GNSS可在任何时刻、任何位置为不同用户提供动态的三维位置，已经广泛应用到大地检测、精密工程测量、形变监测等领域。目前，对滑坡等地质灾害进行变形监测时，主要观测一系列因素随时间的变化量，如地表位移特征、降雨量、地下水位等，其中位移类监测其成果直观，成效明显，是最重要的变化量监测特征，故位移监测手段得到了最为广泛的应用。通过监测对象的移动方向、移动量和移动速度等特征的一项或多项，就能很大程度上的达到监测滑坡区域的目的。当前对移动特征的监测主要是采取GNSS地表位移监测方式，其作业方式简单方便，具有监测站间无需通视、能同时测定点的三维位移、不受气候条件限制等优点，能实现自动化的三维坐标监测。GNSS地表位移监测数据处理时多采用测量坐标系下坐标分量或二者合成矢量来表征变形体变形程度，其中最值得关注的是变形体沿主变形方向的位移量。在地质灾害监测中，GNSS位移监测点是反映地表形变信息的基础，但在监测作业中，监测站常常需要浇筑立柱并设基础水泥墩保护，实际监测点与目标监测点之间存在立柱高度差、角度倾斜差等，导致观测值中引入了新的误差。实际监测中，目标监测对象为立柱底部中心点，即实际地表位移点，而实际监测对象为接收机中心，参照图4。在地表监测中，主要关注两期监测数据中所求得监测点之间的差值，而不是监测点本身的坐标，这样两期监测中所含的共同系统误差虽然会分别影响两期的坐标值，但却不会影响所求得的变形量。但在地表变形过程中，由于立柱倾斜带来倾角误差，常常不能保证目标监测点与实际监测点处于同一竖直线上，实际高差小于立柱高差，即真实变形矢量与数据表征矢量不符从而引起位移测量的误差，使观测精度及可靠性难以保证。同时，目前技术人员常用的地表位移监测方法为传统的位移分量合成法，该方法以位移标量和位移方位角表征平面位移矢量，存在计算解析较繁琐，表征结果欠直观等问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于：提供一种能够有效分析地表形变监测数据的分析方法，能够解决GNSS位移监测过程中真实变形矢量与数据表征矢量不相符的问题，具有监测数据可靠、可提高观测精度、监测数据分析简便和表征结果直观等优点。本专利技术采用了如下的技术方案：一种基于倾角传感的GNSS监测数据处理方法，该方法包括以下步骤：S1：通过全球卫星导航定位系统GNSS获取监测点处的地表形变监测数据，通过双轴倾角传感器阵列获取安装立柱的姿态数据，监测数据包括GNSS监测设备中心平面位移分量，姿态数据包括安装立柱的倾斜角度，对平面位移分量进行预处理；S2：所述平面位移分量包括X位移分量和Y位移分量，预处理后的X位移分量和Y位移分量合成位移矢量，对位移矢量进行倾角归算修正；S3：当监测点主形变方向已知时，将修正后的位移矢量投影到主形变方向，以投影解析值按时间序列绘制监测点的形变过程曲线，来表征该监测点的形变特征。进一步地，对平面位移分量预处理的方法如下：S11：判断平面位移分量是否含有粗差，若是，则执行步骤S12，若否，则执行步骤S13；S12：对平面位移分量的粗差进行剔除与插补，然后执行步骤S13；S13：对平面位移分量进行信噪分离。进一步地，对平面位移分量的粗差进行插补的方法包括线性内插、拉格朗日内插或多项式拟合。进一步地，对平面位移分量进行信噪分离的方法包括曲线拟合、多元线性回归、灰色预测或小波信噪分离。进一步地，通过“3σ准则”来判定平面位移分量是否含有粗差。进一步地，所述位移矢量的倾角修正方法如下：以安装砼基础中心点为原点，建立右手坐标系，由几何投影知识可得：Δx＝H*cos|θ-π/2|*(-cosα)Δy＝H*sin|θ-π/2|其中，ɑ为倾斜状态时安装立柱与X轴正方向的夹角，θ为倾斜状态时安装立柱与Y轴正方向的夹角，H为倾斜状态时安装立柱顶端和底端的高度，Δx为倾斜状态时安装立柱在X轴方向上的矢量，Δy为倾斜状态时安装立柱在Y轴方向上的矢量，得到位移矢量的倾角修正为：其中，表示GNSS监测合成位移矢量，表示监测点实际位移矢量，表示GNSS监测设备中心实际位移矢量，S表示监测点实际位移量。进一步地，当监测点主形变方向分布于不同象限时，投影量Δm分别表示为：ΔM＝Δxcosα+Δysinα(1)ΔM＝-Δxcos(180°-α)+Δysin(180°-α)＝Δxcosα+Δysinα(2)ΔM＝-Δxcos(α-180°)-Δysin(α-180°)＝Δxcosα+Δysinα(3)ΔM＝Δxcos(360°-α)-Δysin(360°-α)＝Δxcosα+Δysinα(4)其中，ɑ为主形变方向方位角，Δx为倾斜状态时安装立柱在X轴方向上的矢量，Δy为倾斜状态时安装立柱在Y轴方向上的矢量。进一步地，所述全球卫星导航定位系统GNSS包括多个双轴倾角传感器阵列、无线通讯模块、数据处理模块、控制电路模块和电源管理模块，数据处理模块的信息采集端和双轴倾角传感器阵列连接，数据处理模块的通信端和无线通讯模块连接，数据处理模块的控制端和控制电路模块连接，数据处理模块的供电端和电源管理模块连接。进一步地，所述全球卫星导航定位系统GNSS还包括GNSS天线、太阳能板、避雷针、数据采集箱和安装立柱，GNSS天线通过连接螺杆固定在安装立柱顶端，避雷针固定在安装立柱顶端，太阳能板通过支架固定在安装立柱上部，数据采集箱安装在安装立柱上部；多个双轴倾角传感器阵列、无线通讯模块、数据处理模块、控制电路模块和电源管理模块均安装在数据采集箱内。进一步地，所述双轴倾角传感器阵列采用圆周平面等距部署，每个双轴倾角传感器阵列包括三个倾角传感器。相比于现有技术，本专利技术具有以下优点：本专利技术公开的基于倾角传感的GNSS监测数据处理方法，在监测站点安装高精度倾角传感器，通过平面位移监测数据表征方法，校正由安装立柱倾斜带来的监测位移误差；对平面位移分量进行误差剔除、信噪分离，然后合成位移矢量并投影到主形变方向，以此表征变形矢量。通过该方法，解决了GNSS位移监测过程中，真实变形矢量与数据表征矢量不相符的问题，提高了观测精度及可靠性。附图说明图1为本专利技术实施例中基于倾角传感的GNSS监测数据处理流程图；图2为本专利技术实施例中平面位移分量预处理的流程图；图3为本专利技术实施例中GNSS系统的系统框图；图4为本专利技术实施例中实际位移矢量示意图；图5为本专利技术实施例中位移矢量倾角修正几何示意图；图6为本专利技术实施例中监测站点的结构示意图；图7为本专利技术实施例中双轴倾角传感器阵列的结构图；图8为本专利技术实施例中投影解析示意图。附图标记：1、GNSS天线；2、连接螺杆；3、太阳能板；4、支架；5、避雷针；6、数据采集箱；7、安装立柱；8、法兰盘；9、水泥墩；10、倾角传感器。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于倾角传感的GNSS监测数据处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：通过全球卫星导航定位系统GNSS获取监测点处的地表形变监测数据，通过双轴倾角传感器阵列获取安装立柱的姿态数据，监测数据包括GNSS监测设备中心平面位移分量，姿态数据包括安装立柱的倾斜角度，对平面位移分量进行预处理；S2：所述平面位移分量包括X位移分量和Y位移分量，预处理后的X位移分量和Y位移分量合成位移矢量，对位移矢量进行倾角归算修正；S3：当监测点主形变方向已知时，将修正后的位移矢量投影到主形变方向，以投影解析值按时间序列绘制监测点的形变过程曲线，来表征该监测点的形变特征。

【技术特征摘要】
1.一种基于倾角传感的GNSS监测数据处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：通过全球卫星导航定位系统GNSS获取监测点处的地表形变监测数据，通过双轴倾角传感器阵列获取安装立柱的姿态数据，监测数据包括GNSS监测设备中心平面位移分量，姿态数据包括安装立柱的倾斜角度，对平面位移分量进行预处理；S2：所述平面位移分量包括X位移分量和Y位移分量，预处理后的X位移分量和Y位移分量合成位移矢量，对位移矢量进行倾角归算修正；S3：当监测点主形变方向已知时，将修正后的位移矢量投影到主形变方向，以投影解析值按时间序列绘制监测点的形变过程曲线，来表征该监测点的形变特征。2.根据权利要求1所述的基于倾角传感的GNSS监测数据处理方法，其特征在于，对平面位移分量预处理的方法如下：S11：判断平面位移分量是否含有粗差，若是，则执行步骤S12，若否，则执行步骤S13；S12：对平面位移分量的粗差进行剔除与插补，然后执行步骤S13；S13：对平面位移分量进行信噪分离。3.根据权利要求2所述的基于倾角传感的GNSS监测数据处理方法，其特征在于，对平面位移分量的粗差进行插补的方法包括线性内插、拉格朗日内插或多项式拟合。4.根据权利要求2所述的基于倾角传感的GNSS监测数据处理方法，其特征在于，对平面位移分量进行信噪分离的方法包括曲线拟合、多元线性回归、灰色预测或小波信噪分离。5.根据权利要求2所述的基于倾角传感的GNSS监测数据处理方法，其特征在于，通过“3σ准则”来判定平面位移分量是否含有粗差。6.根据权利要求1所述的基于倾角传感的GNSS监测数据处理方法，其特征在于，所述位移矢量的倾角修正方法如下：以安装砼基础中心点为原点，建立右手坐标系，由几何投影知识可得：Δx＝H*cos|θ-π/2|*(-cosα)Δy＝H*sin|θ-π/2|其中，ɑ为倾斜状态时安装立柱与X轴正方向的夹角，θ为倾斜状态时安装立柱与Y轴正方向的夹角，H为倾斜状态时安装立柱顶端和底端的高度，Δx为倾斜状态时安装立柱在X轴方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏世玉，陈立川，陈柏林，吴孟，何飞，胡祝敏，李川，徐洪，李辉，李超，谢行，
申请(专利权)人：重庆地质矿产研究院，重庆华地工程勘察设计院，
类型：发明
国别省市：重庆,50