一种基于GNSS的地表变形连续监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于GNSS的地表变形连续监测方法，包括以下步骤：步骤一、建立GNSS观测站；步骤二、获取观测基线的长度变形量；步骤三、计算观测基线的应变分量；步骤四、计算观测基线的应变分量的平均值；步骤五、计算待监测区域的应变参数；步骤六、计算观测基线的剪切斜应变参数；步骤七、重复步骤二至步骤六，对待监测区域进行连续监测。本发明专利技术结构简单、设计合理，通过检测GNSS观测站的位移量，得到观测基线的长度变形量，由观测基线的长度变形量计算待监测区域的应变参数和每一条观测基线的剪切斜应变参数，对被监测区域的应力积累变化提供有效参考，使用操作方便，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于GNSS的地表变形连续监测方法
本专利技术属于变形监测
，具体涉及一种基于GNSS的地表变形连续监测方法。
技术介绍
变形是自然界一种普遍存在的自然现象，它既存在于自然地球结构中，也存在于一切人类工程建设的构筑物中。它是指客体在多种因素、荷载的共同作用下，形状、大小及位置在时间和空间域中的变化过程。由于变形存在的普遍性，它在一定的范围内是被允许的，但是如果超出了允许限制，则可能会引发变形的次生灾害，如滑坡、崩塌、沉陷、溃坝、桥梁与其他建筑物的倒塌。GNSS指的是全球卫星导航系统，属于集成多国导航卫星星座的定位导航技术，包括美国的GPS，中国的北斗系统，俄罗斯的GLONAS和欧洲的伽利略系统。利用GNSS连续观测的变形监测指的是，通过GNSS获取同一点在不同时刻的相对位移信息，从而分析、并实时掌握变形体的变形规律，为减灾、防灾提供参考依据。GNSS技术应用于短距离的变形监测的精度可以达到亚豪米级，完全能够满足重大工程建筑物及滑坡、崩塌、地壳形变等高精度变形监测的精度需求。因此，建立GNSS变形监测的在线实时监测分析系统，实现实地评价变形和预测变形趋势的监测功能，是相关工程研究、应用领域的一个重要的发展趋势。对于GNSS观测站得到的这些原始观测数据的处理方法主要有静态数据处理法、单历元解算法、动态卡尔曼滤波法、谱分析法、小波变换法、神经网络法等。目前存在的问题是，无论采用哪种数据处理方法，所得到的处理结果均为观测点位置坐标的时间序列。所得的时间序列图像虽然能够很好的反映监测对象的实时变形过程，但是对于其变形程度的分析也仅仅局限于时间序列曲线的连续性、稳定性、周期性等几方面的单一评估。然而地表的观测位移量并不能够代表观测期间监测体变形过程中正在积累的应变或者应力。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于GNSS的地表变形连续监测方法，其结构简单、设计合理，通过检测GNSS观测站的位移量，得到观测基线的长度变形量，由观测基线的长度变形量计算待监测区域的应变参数和每一条观测基线的剪切斜应变参数，对被监测区域的应力积累变化提供有效参考，使用操作方便，实用性强，使用效果好，便于推广使用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于GNSS的地表变形连续监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立GNSS观测站：在待监测区域的地表表面建立n个GNSS观测站，n为大于3的整数，任意三个GNSS观测站不共线，任意两个GNSS观测站的连线为观测基线，观测基线的条数共i条，步骤二、获取观测基线的长度变形量：n个GNSS观测站分别实时获取其所在位置处的位移量，并将获取到的n个GNSS观测站所在位置处的位移量分别实时传输给计算机，计算机根据接收到的n个GNSS观测站所在位置处的位移量计算得到i条观测基线的长度变形量，并将i条观测基线的长度变形量存储在观测基线长度变形量库e中，e＝{e1,e2,...,ej,...,ei}，其中，ej表示第j条观测基线的长度变形量，j＝1、2、...、i；步骤三、计算观测基线的应变分量：计算机根据公式计算和其中，表示第j条观测基线在x轴方向上的应变分量，表示第j条观测基线在y轴方向上的应变分量，表示第j条观测基线在xy坐标轴中线方向上的应变分量，θj表示第j条观测基线的方向角，κj表示第j条观测基线的应变分量系数；步骤四、计算观测基线的应变分量的平均值：计算机根据公式计算和其中，表示i条观测基线在x轴方向上的应变分量的平均值，表示i条观测基线在y轴方向上的应变分量的平均值，表示i条观测基线在xy坐标轴中线方向上的应变分量的平均值；步骤五、计算待监测区域的应变参数：计算机根据公式计算待监测区域的应变参数，待监测区域的应变参数包括第一剪应变参数r1、第二剪应变参数r2和面应变参数εα；步骤六、计算观测基线的剪切斜应变参数：计算机根据步骤五中的第一剪应变参数r1和第二剪应变参数r2，获得i条观测基线的剪切斜应变参数，其中，i条观测基线中的第j条观测基线的剪切斜应变参数r(θj)的计算公式为：r(θj)＝r1sin2θj+r2cos2θj；步骤七、重复步骤二至步骤六，对待监测区域进行连续监测。上述的一种基于GNSS的地表变形连续监测方法，其特征在于：计算机将步骤五得到的待监测区域的应变参数和步骤六中得到的i条观测基线的剪切斜应变参数通过显示器显示。上述的一种基于GNSS的地表变形连续监测方法，其特征在于：所述GNSS观测站包括用于获取基准GNSS数据值的基准GNSS模块、用于实时获取GNSS数据监测值的监测GNSS模块，以及与所述基准GNSS模块和监测GNSS模块均连接的数据解算模块，所述数据解算模块与计算机通信连接。上述的一种基于GNSS的地表变形连续监测方法，其特征在于：步骤一中任意两个所述GNSS观测站之间的距离不大于10km。上述的一种基于GNSS的地表变形连续监测方法，其特征在于：步骤三中，第1条观测基线的应变分量系数κ1、第2条观测基线的应变分量系数κ2、...、第j条观测基线的应变分量系数κj和第i条观测基线的应变分量系数κi均相等。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术的结构简单，设计合理，实现及使用操作方便。2、本专利技术通过检测GNSS观测站的位移量，得到观测基线的长度变形量，然后将观测基线的长度变形量转换为观测基线的x轴方向应变分量、y轴方向应变分量和xy坐标轴中线方向应变分量的函数，应变分量的大小变化与地表变形过程中的应力积累和应力释放息息相关，可对被监测区域的应力积累变化提供有效参考。3、本专利技术以j条观测基线在三个方向上的应变分量的平均值来计算待监测区域的应变参数：第一剪应变参数r1、第二剪应变参数r2和面应变参数εα，以第一剪应变参数r1、第二剪应变参数r2和面应变参数εα反应待监测区域的压缩和膨胀情况，方便工作人员对待监测区域的的地表变形进行直观的了解。4、本专利技术根据待监测区域的第一剪应变参数r1、第二剪应变参数r2和每一条观测基线的方向角计算得到每一条观测基线的剪切斜应变参数，以每一条观测基线的剪切斜应变参数反应每一条观测基线的相对变形量，计算简便。综上所述，本专利技术结构简单、设计合理，通过检测GNSS观测站的位移量，得到观测基线的长度变形量，由观测基线的长度变形量计算得到待监测区域的应变参数和每一条观测基线的剪切斜应变参数，对被监测区域的应力积累变化提供有效参考，使用操作方便，实用性强，使用效果好，便于推广使用。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术的电路原理框图。图2为本专利技术的方法流程图。附图标记说明:1—基准GNSS模块；2—计算机；3—显示器；4—监测GNSS模块；5—数据解算模块。具体实施方式如图1和图2所示，本专利技术包括以下步骤：步骤一、建立GNSS观测站：在待监测区域的地表表面建立n个GNSS观测站，n为大于3的整数，任意三个GNSS观测站不共线，任意两个GNSS观测站的连线为观测基线，观测基线的条数共i条，实际使用时，要求待监测区域内的每一个GNSS观测站都至少有三个不同方向的观测基线，因此待监测区域内GNSS观测站的数量大于3，且任意三个GNS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GNSS的地表变形连续监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立GNSS观测站：在待监测区域的地表表面建立n个GNSS观测站，n为大于3的整数，任意三个GNSS观测站不共线，任意两个GNSS观测站的连线为观测基线，观测基线的条数共i条，

【技术特征摘要】
1.一种基于GNSS的地表变形连续监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立GNSS观测站：在待监测区域的地表表面建立n个GNSS观测站，n为大于3的整数，任意三个GNSS观测站不共线，任意两个GNSS观测站的连线为观测基线，观测基线的条数共i条，步骤二、获取观测基线的长度变形量：n个GNSS观测站分别实时获取其所在位置处的位移量，并将获取到的n个GNSS观测站所在位置处的位移量分别实时传输给计算机(2)，计算机(2)根据接收到的n个GNSS观测站所在位置处的位移量计算得到i条观测基线的长度变形量，并将i条观测基线的长度变形量存储在观测基线长度变形量库e中，e＝{e1,e2,...,ej,...,ei}，其中，ej表示第j条观测基线的长度变形量，j＝1、2、...、i；步骤三、计算观测基线的应变分量：计算机(2)根据公式计算和其中，表示第j条观测基线在x轴方向上的应变分量，表示第j条观测基线在y轴方向上的应变分量，表示第j条观测基线在xy坐标轴中线方向上的应变分量，θj表示第j条观测基线的方向角，κj表示第j条观测基线的应变分量系数；步骤四、计算观测基线的应变分量的平均值：计算机(2)根据公式计算和其中，表示i条观测基线在x轴方向上的应变分量的平均值，表示i条观测基线在y轴方向上的应变分量的平均值，表示i条观测基线在xy坐标轴中线方向上的应变分量的平均值；步骤五、计算待监测区域的应变参数：计算机(2)根据公式计算待监测区域的应变参数，待监测区域的应...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴啸龙，龚云，武继峰，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61