基于GPS的高耸结构动态位移的在线监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于GPS的高耸结构动态位移的在线监测系统及方法，本系统的GPS监测模块、无线电台通讯接收模块和DTU远程数据传输模块设于被测高耸结构监测点，GPS基准模块和无线电台通讯发射模块设于被测高耸结构附近建筑，太阳能供电模块提供工作电源；本方法由GPS基准模块和GPS监测模块通过全球卫星定位系统实时获取各自所在位置坐标系数据，通过两组数据的实时载波相位差分处理，得到GPS监测模块的精确定位数据，并通过DTU远程数据传输模块传输到监测数据存储分析服务器进行实时分析并显示。本系统及方法实时监测高耸结构的动态摆幅，用于强风环境中高耸结构可否正常使用的预警，并为后期高耸结构损伤评估、运营维护和加固维修提供依据。

Online monitoring system and method for dynamic displacement of towering structure based on GPS

The invention discloses an on-line monitoring system and method for dynamic displacement of high-rise structure based on GPS. The GPS monitoring module, radio communication receiving module and DTU remote data transmission module of the system are located at the monitoring point of the measured high-rise structure, and the GPS reference module and radio communication transmitting module are located near the measured high-rise structure. The building and solar power supply module provide the working power supply. This method uses GPS reference module and GPS monitoring module to acquire the coordinate coefficients of their respective locations in real time through GPS positioning system, and carriers phase difference processing of two sets of data to obtain the precise positioning data of GPS monitoring module, and remote data through DTU. The transmission module is transmitted to the monitoring data storage analysis server for real-time analysis and display. This system and method can monitor the dynamic swing of the high-rise structure in real time, which can be used to warn whether the high-rise structure can be used normally in strong wind environment, and provide basis for damage assessment, operation and maintenance of the high-rise structure in the later period.

【技术实现步骤摘要】
基于GPS的高耸结构动态位移的在线监测系统及方法
本专利技术涉及GPS变形监测
，尤其涉及一种基于GPS的高耸结构动态位移的在线监测系统及方法。
技术介绍
强风环境中高耸结构（如烟囱、水塔等）常常会因风荷载作用引起的漩涡导致结构发生较大的摆动，过大摆幅会造成高耸结构的损伤或破坏，掌握高耸结构在强风环境中摆幅情况，对高耸结构的维护管理和安全使用意义重大，然而强风环境中高耸结构的动态位移（摆幅）测量一直以来都是一个难题。经检索，中国专利文献CN1851497A、CN206019634U和CN102444289A均公开了一种GPS动态定位技术在其他相关行业的应用，但针对高耸结构在强风环境中动态位移监测（摆幅）的测量精度、长期在线监测、采样速率、数据远程实时传输、供电方式等方面的要求还存在较大差异，主要表现在以下四方面：1）通过GPS与光学测量仪器（如水准仪、全站仪）结合虽然保证了测量精度，但是不能实现长期在线测量，测量过程也需要专业的测量技术人员进行操作；2）现有技术对数据采集速率的要求不高，但为了能捕捉到强风环境中高耸结构最大位移及摆动轨迹需要较高的采样速率；3）现有GPS定位技术仅仅是对定位数据应用于操作现场，未涉及到监测数据远程实时传输的解决方案；4）由于监测设备需要供电，往往需要铺设较长的供电线缆，为设备安装带了诸多不便，现有技术在便捷化供电设计方面存在不足。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于GPS的高耸结构动态位移的在线监测系统及方法，本系统及方法克服传统GPS定位技术应用的缺陷，实时监测强风环境中高耸结构的动态摆幅，根据实测数据可用于强风环境中高耸结构可否正常使用的预警，并为后期高耸结构损伤评估、运营维护和加固维修提供依据。为解决上述技术问题，本专利技术基于GPS的高耸结构动态位移的在线监测系统包括GPS基准模块、GPS监测模块、太阳能供电模块、无线电台通讯发射模块、无线电台通讯接收模块、DTU远程数据传输模块和监测数据存储分析服务器，所述GPS监测模块、无线电台通讯接收模块和DTU远程数据传输模块设于被测高耸结构的监测点上，所述GPS基准模块和无线电台通讯发射模块设于被测高耸结构的附近视野开阔、变形稳定的建筑上，所述太阳能供电模块分别提供所述GPS基准模块、GPS监测模块、无线电台通讯发射模块、无线电台通讯接收模块和DTU远程数据传输模块的工作电源，所述GPS基准模块的基准定位信息经无线电台通讯发射模块和无线电台通讯接收模块传输至所述GPS监测模块，所述GPS监测模块将监测定位信息与基准定位信息差分处理后经所述DTU远程数据传输模块传输至监测数据存储分析服务器。进一步，所述太阳能供电模块包括太阳能电池板和蓄电池，所述太阳能电池板输出端连接所述蓄电池充电端，所述蓄电池输出端提供所述工作电源。进一步，所述GPS基准模块和GPS监测模块分别包括测量天线，所述测量天线连接GPS基准模块和GPS监测模块信号输入端。一种上述系统的基于GPS的高耸结构动态位移的在线监测方法，由GPS基准模块通过全球卫星定位系统实时获取所在位置的坐标系数据，并将其通过无线电台通讯发射模块发送给GPS监测模块，GPS监测模块通过全球卫星定位系统实时获取所在位置的坐标系数据，同时通过无线电台通讯接收模块接收由无线电台通讯发射模块发送的GPS基准模块的位置坐标系数据，并对接收到的两组数据进行实时载波相位差分处理，得到GPS监测模块的精确定位数据，并通过DTU远程数据传输模块传输到监测数据存储分析服务器，监测数据存储分析服务器对监测数据进行实时分析并显示。由于本专利技术基于GPS的高耸结构动态位移的在线监测系统及方法采用了上述技术方案，即本系统的GPS监测模块、无线电台通讯接收模块和DTU远程数据传输模块设于被测高耸结构监测点，GPS基准模块和无线电台通讯发射模块设于被测高耸结构的附近视野开阔、变形稳定的建筑上，太阳能供电模块提供工作电源，GPS基准模块的基准定位信息经无线电台通讯发射模块和无线电台通讯接收模块传输至GPS监测模块，GPS监测模块将监测和基准定位信息差分处理后经DTU远程数据传输模块传输至监测数据存储分析服务器。本方法由GPS基准模块和GPS监测模块通过全球卫星定位系统实时获取各自所在位置坐标系数据，两组位置坐标系数据进行实时载波相位差分处理，得到GPS监测模块的精确定位数据，并通过DTU远程数据传输模块传输到监测数据存储分析服务器进行实时分析并显示。本系统及方法克服传统GPS定位技术应用的缺陷，实时监测强风环境中高耸结构的动态摆幅，根据实测数据可用于强风环境中高耸结构可否正常使用的预警，并为后期高耸结构损伤评估、运营维护和加固维修提供依据。附图说明下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明：图1为本专利技术基于GPS的高耸结构动态位移的在线监测系统结构示意图。具体实施方式实施例如图1所示，本专利技术基于GPS的高耸结构动态位移的在线监测系统包括GPS基准模块1、GPS监测模块2、太阳能供电模块3、无线电台通讯发射模块4、无线电台通讯接收模块5、DTU远程数据传输模块6和监测数据存储分析服务器7，所述GPS监测模块2、无线电台通讯接收模块5和DTU远程数据传输模块6设于被测高耸结构的监测点上，所述GPS基准模块1和无线电台通讯发射模块4设于被测高耸结构的附近视野开阔、变形稳定的建筑上，所述太阳能供电模块3分别提供所述GPS基准模块1、GPS监测模块2、无线电台通讯发射模块4、无线电台通讯接收模块5和DTU远程数据传输模块6的工作电源，所述GPS基准模块1的基准定位信息经无线电台通讯发射模块4和无线电台通讯接收模块5传输至所述GPS监测模块2，所述GPS监测模块2将监测定位信息与基准定位信息差分处理后经所述DTU远程数据传输模块6传输至监测数据存储分析服务器7。优选的，所述太阳能供电模块3包括太阳能电池板31和蓄电池32，所述太阳能电池板31输出端连接所述蓄电池32充电端，所述蓄电池32输出端提供所述工作电源。优选的，所述GPS基准模块1和GPS监测模块2分别包括测量天线11、21，所述测量天线11、21连接GPS基准模块1和GPS监测模块2信号输入端。一种上述系统的基于GPS的高耸结构动态位移的在线监测方法，由GPS基准模块通过全球卫星定位系统实时获取所在位置的坐标系数据，并将其通过无线电台通讯发射模块发送给GPS监测模块，GPS监测模块通过全球卫星定位系统实时获取所在位置的坐标系数据，同时通过无线电台通讯接收模块接收由无线电台通讯发射模块发送的GPS基准模块的位置坐标系数据，并对接收到的两组数据进行实时载波相位差分处理，得到GPS监测模块的精确定位数据，并通过DTU远程数据传输模块传输到监测数据存储分析服务器，监测数据存储分析服务器对监测数据进行实时分析并显示。本系统及方法与现有技术中同类技术方案相比较，具有以下优点：1）利用GPS基准模块和GPS监测模块的GPS位置坐标系数据进行实时载波相位差分处理，在不借助其他光学测量仪器的情况下实现高耸结构动态位移的在线监测，其精度可达1cm；2）监测设备数据采集的速率最高可以达到20Hz,满足强风环境中高耸结构最大位移及摆动轨迹测量的需求；3）实现在线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于GPS的高耸结构动态位移的在线监测系统，其特征在于：包括GPS基准模块、GPS监测模块、太阳能供电模块、无线电台通讯发射模块、无线电台通讯接收模块、DTU远程数据传输模块和监测数据存储分析服务器，所述GPS监测模块、无线电台通讯接收模块和DTU远程数据传输模块设于被测高耸结构的监测点上，所述GPS基准模块和无线电台通讯发射模块设于被测高耸结构的附近视野开阔、变形稳定的建筑上，所述太阳能供电模块分别提供所述GPS基准模块、GPS监测模块、无线电台通讯发射模块、无线电台通讯接收模块和DTU远程数据传输模块的工作电源，所述GPS基准模块的基准定位信息经无线电台通讯发射模块和无线电台通讯接收模块传输至所述GPS监测模块，所述GPS监测模块将监测定位信息与基准定位信息差分处理后经所述DTU远程数据传输模块传输至监测数据存储分析服务器。

【技术特征摘要】
1.一种基于GPS的高耸结构动态位移的在线监测系统，其特征在于：包括GPS基准模块、GPS监测模块、太阳能供电模块、无线电台通讯发射模块、无线电台通讯接收模块、DTU远程数据传输模块和监测数据存储分析服务器，所述GPS监测模块、无线电台通讯接收模块和DTU远程数据传输模块设于被测高耸结构的监测点上，所述GPS基准模块和无线电台通讯发射模块设于被测高耸结构的附近视野开阔、变形稳定的建筑上，所述太阳能供电模块分别提供所述GPS基准模块、GPS监测模块、无线电台通讯发射模块、无线电台通讯接收模块和DTU远程数据传输模块的工作电源，所述GPS基准模块的基准定位信息经无线电台通讯发射模块和无线电台通讯接收模块传输至所述GPS监测模块，所述GPS监测模块将监测定位信息与基准定位信息差分处理后经所述DTU远程数据传输模块传输至监测数据存储分析服务器。2.根据权利要求1所述的基于GPS的高耸结构动态位移的在线监测系统，其特征在于：所述太阳能供电模块包括太...

【专利技术属性】
技术研发人员：严勇，王华丹，庄继勇，王建强，王飞，樊冬靓，徐聪，
申请(专利权)人：上海宝钢工业技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31