一种表面位移监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种表面位移监测系统，该系统将GNSS接收机与360°反射棱镜组合装置作为监测区域内的控制点，通过通讯链路利用北斗通讯型接收机短报文功能发送采集到的测量信息，可保证获取处于变形区域的控制点实时的准确坐标，供测量机器人自由设站计算使用。该系统结构简单，安装方便，可实现测量机器人和北斗卫星接收机监测优势的互补，降低监测成本，显著提高表面位移坐标数据精度。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及土木工程领域应用于地质灾害监测行业中的一种表面位移监测系统。
技术介绍
表面位移监测是对地质灾害成因机理研究及预警预报很重要的一环，目前表面位移监测主要采用测量机器人和GNSS技术。测量机器人一般都要求观测站、控制点(后视点)必须埋设于变形区域以外，由于测量机器人受观测距离的限制，观测站和后视点基本都位于变形区域内，点位就会发生变化，测量机器人无法实时获得控制点精确坐标，观测点的坐标精度就难以满足要求。而GNSS监测技术可以实现无通视、全天候的表面位移监测，但GNSS监测精度略逊于测量机器人，且设备成本过高，成为限制其应用的一个重要因素。若监测区域位于GPRS/CDMA信号无法覆盖的偏远地区，同时控制点还位于变形区域内，采用测量机器人监测技术，会给表面位移测量带来很多的问题。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种新的表面位移监测系统，并采用一种基于GPS/BDS/GLONASS三星联合解算相对定位算法，在保证监测精度和监测成本的情况下完成表面位移监测。为解决上述技术问题，本技术提出一种表面位移监测系统，其特征在于，包括GNSS接收机与360°反射棱镜组合装置，所述组合装置固定在变形区域控制点的观测墩上，用于测量控制点的三维坐标;测量机器人，用于自由设立测站，并计算测站坐标;通讯链路，所述链路用于发送GNSS和测量机器人监测信息到监测中心，并将经后台处理的控制点三维坐标数据传送给测量机器人，供测量机器人自由设站计算测站坐标使用；电源模块，用于为GNSS接收机和测量机器人提供电力;监测中心，用于收集控制点和观测点监测信息，利用基于GPS/BDS/GLONASS联合解算相对定位算法处理GNSS定位信息，并校验分析GNSS和测量机器人获取的控制点坐标信息，判断控制点点位是否发生变化，可实时地对测量机器人的后视点坐标进行校正，保证观测点坐标的测量精度。优选地，GNSS接收机与360°反射棱镜组合装置中GNSS接收机通过电缆与天线相连，GNSS天线、360°反射棱镜和基座通过连接器依次连接，同时GNSS天线相位中心、棱镜中心、基座中心重合，并与连接器保持垂直。优选地，所述GNSS接收机与360°反射棱镜组合装置中GNSS天线相位中心I到基座底端3的固定高差为In，360°反射棱镜中心2到基座3底端的固定高差为^，可计算GNSS天线相位中心I和360°反射棱镜中心2的高程差Ah = IiHi2。优选地，所述GNSS接收机与360°反射棱镜组合装置中的连接器为铝合金材料。优选地，通讯链路可采用北斗卫星通讯模块、无线通讯模块或有线通讯模块。优选地，北斗卫星通讯模块，包括硬件接口一、信息集成器、硬件接口二、北斗通讯终端一、北斗一号卫星、北斗通讯终端二和硬件接口三。优选地，北斗卫星通讯模块，所述北斗卫星通讯模块，利用信息集成器对测量机器人和GNSS接收机与360°反射棱镜组合装置采集数据进行编码打包，发送给北斗通讯终端一；北斗通讯终端一发出通信指令，将打包的监测数据通过北斗卫星信道发送给北斗通讯终端二，北斗通讯终端二将数据发送给中心服务站；同理，监测中心也可通过北斗通讯设备将后台解算的控制点坐标发送给测量机器人。优选地，所述北斗卫星通讯模块，其特征在于，硬件接口一采用的是RS485或RS232串口，硬件接口二与硬件接口三，采用的也是RS232串口，北斗通讯终端和外设通信采用的是 RS232串口。优选地，所述北斗卫星通讯模块，其特征在于监测中心与GNSS接收机、测量机器人之间的通信，采用的是神州天鸿终端协议。优选地，电源模块采用的是太阳能+蓄电池和/或市电+UPS。优选地，所述监测中心采用的是一种高精度GPS/BDS/GLONASS三星座联合解算算法，实时获取控制点坐标数据，可进行平差计算，并对GNSS接收机与360°反射棱镜组合装置和测量机器人获取的控制点数据进行校验分析，判断控制点点位是否发生变化，对测量机器人后视点坐标进行校正。与现有技术相比，本技术具有如下有益效果:1、本技术通过连接器将GNSS接收机天线、360°反射棱镜与基座依次固定，埋设在变形区域控制点的观测墩上，作为测量机器人的后视点，监测中心采用组合相对定位算法对GPS/BDS/GLONASS定位信息处理，可得到精确的后视点实时坐标，与测量机器人获取的控制点坐标信息进行校验分析，可对后视点坐标实时校正，保证了测量机器人表面位移监测的精度。2、在变形区域的控制点上设置GNSS接收机和360°反射棱镜的组合装置，相对于GNSS接收机，监测点上布设360°反射棱镜，降低了设备监测成本。3、由于可获得实时的控制点精确坐标，测量机器人观测站可在变形区域内自由设站，不再受地质条件的限制。4、通讯链路采用北斗卫星通讯系统，覆盖范围大，没有通讯盲区，适用于其他通讯手段GPRS/CDMA无法覆盖的监测区域。【附图说明】图1为本技术表面位移监测系统的组成示意图。图2为本技术表面位移监测系统中GNSS接收机与360°反射棱镜组合装置的结构示意图。图3为本技术表面位移监测系统中GNSS接收机与360°反射棱镜组合装置和测量机器人与监测中心间的工作示意图。附图标记说明:1.GNSS天线，2.360°反射棱镜，3.基座，4.电缆，5.GNSS接收机，6.电源模块一，7.连接器，8.测量机器人，9.控制点一，1.控制点二，11.观测点一，12.观测点二，13.观测点三，14.控制点三，15.通讯链路一，16.通讯链路二，17.通讯链路三，18.通讯链路四，19.电源模块二。【具体实施方式】如图1所示，一种表面位移监测系统，包括:GNSS接收机与360°反射棱镜组合装置，所述组合装置固定在变形区域控制点的观测墩上，用于测量控制点的实时三维坐标。测量机器人，用于进行自由设站，并计算测站坐标。通讯链路，所述链路用以发送GNSS和测量机器人监测信息到监测中心，并传送经监测中心处理后的控制点三维坐标数据给测量机器人，供测量机器人自由设站计算测站坐标使用。电源模块，用以为GNSS接收机和测量机器人提供电力。监测中心，用以收集控制点GNSS接收机预处理后的定位信息和测量机器人获取的控制点、观测点坐标信息，并利用GPS/BDS/GLONASS联合解算相对定位算法处理GNSS定位信息，同时对GNSS和测量机器人获取的控制点数据，进行校验分析。其中，GNSS接收机与360°反射棱镜组合装置主要设置在变形区域3个控制点9、10、14上，360°反射棱镜位于监测点11、12、13上。GNSS接收机5将天线I接收到的定位信息进行预处理后，通过北斗通讯模块一传输给北斗I号卫星，再将预处理的信息经北斗I号卫星发送给监测中心，进行GPS/GLONASS/BDS实时联合解算控制点坐标；将解算得到的控制点9、10、14坐标经北斗I号卫星传送给测量机器人8(测站)，供测量机器人8自动设站计算测站坐标使用，同时可利用精度最高的后视点进行定向，获取观测点11、12、13和其他控制点的坐标，再将测量机器人和GNSS实时解算得到的控制点数据进行对比分析，判断点位是否发生变化，若点位无变化，则测量机器人继续进行循环观测，无须更新本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面位移监测系统，其特征在于，所述表面位移监测系统包括：GNSS接收机与360°反射棱镜组合装置，所述组合装置固定在变形区域控制点的观测墩上，用于测量控制点的实时三维坐标；测量机器人，用于自由设立测站，并计算测站坐标；通讯链路，所述链路用于发送GNSS和测量机器人监测信息到监测中心，并将经监测中心处理后的控制点三维坐标数据传送给测量机器人，供测量机器人自由设站计算测站坐标使用；电源模块，用于为GNSS接收机和测量机器人提供电力；监测中心，用于收集控制点GNSS接收机预处理后的定位信息和测量机器人获取的控制点、观测点坐标信息，并利用GPS/BDS/GLONASS联合解算相对定位算法处理GNSS定位信息，同时对GNSS和测量机器人获取的控制点数据，进行校验分析。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨松林，张云龙，房建宏，刘建坤，师海，王凯，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：新型
国别省市：北京;11