一种双层多维滑坡监测方法技术

本发明专利技术公开了一种双层多维滑坡监测方法，1）构建双层滑坡监测系统，系统包括由基准站和若干个监测站组成的第一层监测网，及由各个监测站之间组成的第二层监测网，每个监测站和基站使用多模接收机，将原始观测数据和星历通过4G网络发送到远程服务端进行解算；2）第一层监测网对每个监测站进行位移监测，得到监测站坐标和位移形变量；3）第二层监测网对监测区域的姿态角进行监测，得到滑坡体姿态角；4）根据步骤2）得到监测站坐标和位移形变量，结合步骤3）得到的滑坡体姿态角，得到直观的滑坡体形变趋势。该方法充分利用各个监测站间的基线关系，对监测点位移形变量和坡体姿态变化进行实时监测，实现多维度形变量和姿态角的双层监测。

A Double-Layer Multidimensional Landslide Monitoring Method

The invention discloses a double-layer multi-dimensional landslide monitoring method. 1) A double-layer landslide monitoring system is constructed. The system comprises a first-layer monitoring network composed of a reference station and several monitoring stations, and a second-layer monitoring network composed of various monitoring stations. Each monitoring station and base station uses a multi-mode receiver to send the original observation data and ephemeris to a remote server through a 4G network. The first layer monitoring network monitors the displacement of each monitoring station and obtains the coordinates and displacement deformation of the monitoring station; the second layer monitoring network monitors the attitude angle of the monitoring area and obtains the attitude angle of the landslide body; the fourth layer monitoring network obtains the coordinates and displacement deformation of the monitoring station according to step 2, and obtains the visual deformation trend of the landslide body by combining the attitude angle of the monitoring station with step 3. \u3002 This method makes full use of the baseline relationship between the monitoring stations to monitor the displacement and attitude changes of the monitoring points in real time, and realizes the double-layer monitoring of multi-dimensional deformation and attitude angle.

【技术实现步骤摘要】
一种双层多维滑坡监测方法
本专利技术涉及地质监测
，具体涉及一种双层多维滑坡监测方法。
技术介绍
滑坡监测一直是当下研究的重点，坡体形变监测主要依据于对滑坡体结构特征变化从而做出判断。传统的GNSS滑坡监测利用RTK技术求解出毫米级的定位精度，系统进行站点布置时，需要在监测区域布置多个卫星监测站和一个基准站，系统根据监测站相对基站的形变位移量判断滑坡形变程度，这种方法其缺点在于由于采用的是单点监测，无法对滑坡体的整体形变趋势做出预判，且没有充分利用各个监测点之间形成的基线关系。通过利用相邻监测点间形成的不同基线，利用GNSS多基线姿态测量技术，可以求得滑坡体姿态角变化，从而更加全面地判断出滑坡体的形变趋势。此外，监测系统定位精度受到卫星周跳，多径等影响，结合扩展卡尔曼滤波和最小二乘法可以估计出系统最优值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种双层多维滑坡监测方法，该方法充分利用个监测站间的基线关系，对监测点的位移形变量和坡体姿态变化进行实时监测，实现多维度形变量和姿态角的双层监测。实现本专利技术目的的技术方案是：一种双层多维滑坡监测方法，包括如下步骤：1)构建双层滑坡监测系统，所述系统包括一个基准站和若干监测站，基准站位于滑坡体外固定不动的区域，监测站布置在滑坡体中，系统第一层监测网由基准站和各个监测站组成，第二层监测网由各个监测站之间组成，每个监测站和基站都使用多模接收机，将原始观测数据和星历通过4G网络发送到远程服务端进行解算；2)第一层监测网对每个监测站进行位移监测，得到监测站的坐标和位移形变量；3)第二层监测网对监测区域的姿态角进行监测，得到滑坡体的姿态角；4)根据步骤2)得到监测站坐标和位移形变量，结合步骤3)得到的滑坡体的姿态角，得到直观的滑坡体形变趋势。步骤2)中，监测站的坐标和位移形变量的求解，包括如下步骤：2-1)基站和监测站建立载波双差观测方程，消除GNSS信号在电离层和对流层传输过程中产生的误差，载波双差观测方程为：上述公式(1)中，为监测站和基站的载波双差值，首先对基站和监测站接收机对同一颗卫星j的载波观测值做差，另取一颗卫星k进行观测再做双差；为接收机到卫星的几何距离双差值，求解前基站位置需提前已知；λ为载波波长；为载波矫正量，当监测站和基站距离较近时，载波矫正量可以忽略；Bj和Bk是接收机对卫星j和k的单差载波相位偏差；ε是测量噪声误差；2-2)利用扩展卡尔曼滤波，得到系统对监测点形变量的最优估计，建立的观测模型为：K＝PH(HPHT+R)-1(2)Pnew＝(I-KH)Plast(4)上述公式(2)、(3)、(4)中，K为滤波增益，和Pnew分别为系统状态估计值向量和协方差矩阵,new和last表示滤波后和滤波前的值，V、H、R分别是系统观测量残差、偏导数雅克比矩阵、观测误差协方差矩阵，定义观测向量为：上述公式(5)中，r为监测站三维坐标位置；v和a分别为三轴速度和加速度；Bk为单差载波相位偏差，单位为周，定义为(dCi)-(dPi)/λ,dCi为基站和监测站接收机分别对卫星1到i所有共视卫星测量给出的载波相位值之差，dPi为伪距之差，λ为载波波长，假设基站和监测站所有共视卫星都与仰角最高的卫星1做差，则组成如下公式(6)所示的双差观测矩阵：上述公式(6)中，表示监测站和基站对卫星i和j的几何距离双差值，基站位置提前已知；Bk为单差载波相位偏差；λ为载波波长；|rr-rb|表示监测站到基站的几何距离；2-3)将步骤2-2)中的双差观测矩阵，分别对向量中的变量求偏导，得到如下雅可比矩阵：公式(7)中，表示移动站到卫星n位置矢量，be表示监测站位置到基站位置的单位矢量；参照现有技术已知文献观测误差模型给出的经验值，观测量中三轴位置方差为30，速度和加速度为10，其余观测量均为0，得到系统观测量协方差矩阵P的初始值为：载波测量误差方差设为其中el表示当前监测站与卫星的仰角，基线测量误差方差设为预先测量得到的监测站到基站的长度则得到观测量测量误差矩阵R为：上述公式(9)中，D为单差转换矩阵，D的表达式为：系统载波观测残差V定义为：公式(11)中，为监测站对卫星n的观测值非差分残差量，为基站对卫星n的观测值非差分残差，定义为如下所示：上述公式(12)中，φr,b是监测站或基站对卫星载波向量观测值，单位是米；C为光速，Δt为信号从卫星发射到接收机收到信号的传播时间；公式(11)中，表示载波相位偏差单差值，定义为：式中ρr为监测站接收机伪距观测值，ρb为基站伪距观测值；基线长度残差为Vb＝b-bret，b为当前计算出的值，bret为事先测量的值；假设系统模型是线性的，则系统状态向量和其协方差矩阵的时间更新如下式：Pk+1＝FPFT+Q(15)公式(14)和公式(15)中，F是转移矩阵，Q为系统过程噪声协方差矩阵，k+1表示后一历元进过滤波前的值；转移矩阵的表达式为：系统过程噪声协方差矩阵主要是对接收机加速度影响，大小定义为系统运动过程中东北天三轴坐标系噪声标准差，系统过程噪声协方差矩阵的表达式为：公式(17)中，E，N，U分别为监测站通过单点定位在站心坐标系中的三轴坐标；通过求解卡尔曼滤波方程，可以求得的监测站2-3毫米精度的位置，由于基站位置是固定已知的，通过做差可以求得精确的基线向量和形变量。步骤3)中，监测站的姿态角求解，包括如下步骤：3-1)根据监测站之间形成的多组基线向量，选取监测区域内的其中一个监测站作为参考站；3-2)通过单点定位，得到参考站的坐标，从而得到监测站到参考站的向量，选取相关基线向量组成基线观测矩阵R，基线观测矩阵R的表达式为：基线观测矩阵R中，每一列的数据为一条基线的三维向量；3-3)将每个历元产生的基线解转换为站心坐标系，表达式为：其中λ和φ为参考站的经度和纬度；可以建立载体坐标系和站心坐标系的关系：式中C为：3-4)利用最小二乘法，求解矩阵C，得到：解出三个姿态角：航向角α、俯仰角β和翻滚角γ：根据求出的三个姿态角，求得滑坡体姿态角形变趋势。本专利技术提供的一种双层多维滑坡监测方法，该方法充分利用个监测站间的基线关系，对监测点的位移形变量和坡体姿态变化进行实时监测，实现多维度形变量和姿态角的双层监测。附图说明图1为本专利技术系统第一层监测网的监测流程图；图2为本专利技术系统第二层监测网的监测流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步阐述，但不是对本专利技术的限定。实施例：一种双层多维滑坡监测方法，包括如下步骤：1)构建双层滑坡监测系统，所述系统包括一个基准站和若干监测站，基准站位于滑坡体外固定不动的区域，监测站布置在滑坡体中，系统第一层监测网由基准站和各个监测站组成，第二层监测网由各个监测站之间组成，每个监测站和基站都使用多模接收机，将原始观测数据和星历通过4G网络发送到远程服务端进行解算；具体是在滑坡体外基底稳定点布置一个基站，基站坐标通过千寻位置TM提供的定位服务提前获取精确位置，根据滑坡体大小布置数个监测站。每个站通过4G通信模块将接收机观测原始数据发送到服务器进行解算。2)第一层监测网对每个监测站进行位移监测，得到监测站的坐标和位移形变量；3)第二层监测网对监测区域的姿态角进行监测，得到滑坡体的姿态角；4)根据步骤2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双层多维滑坡监测方法，其特征在于，包括如下步骤：1)构建双层滑坡监测系统，所述系统包括一个基准站和若干监测站，基准站位于滑坡体外固定不动的区域，监测站布置在滑坡体中，系统第一层监测网由基准站和各个监测站组成，第二层监测网由各个监测站之间组成，每个监测站和基站都使用多模接收机，将原始观测数据和星历通过4G网络发送到远程服务端进行解算；2)第一层监测网对每个监测站进行位移监测，得到监测站的坐标和位移形变量；3)第二层监测网对监测区域的姿态角进行监测，得到滑坡体的姿态角；4)根据步骤2)得到监测站坐标和位移形变量，结合步骤3)得到的滑坡体的姿态角，得到直观的滑坡体形变趋势。

【技术特征摘要】
1.一种双层多维滑坡监测方法，其特征在于，包括如下步骤：1)构建双层滑坡监测系统，所述系统包括一个基准站和若干监测站，基准站位于滑坡体外固定不动的区域，监测站布置在滑坡体中，系统第一层监测网由基准站和各个监测站组成，第二层监测网由各个监测站之间组成，每个监测站和基站都使用多模接收机，将原始观测数据和星历通过4G网络发送到远程服务端进行解算；2)第一层监测网对每个监测站进行位移监测，得到监测站的坐标和位移形变量；3)第二层监测网对监测区域的姿态角进行监测，得到滑坡体的姿态角；4)根据步骤2)得到监测站坐标和位移形变量，结合步骤3)得到的滑坡体的姿态角，得到直观的滑坡体形变趋势。2.根据权利要求1所述的一种双层多维滑坡监测方法，其特征在于，步骤2)中，监测站的坐标和位移形变量的求解，包括如下步骤：2-1)基站和监测站建立载波双差观测方程，消除GNSS信号在电离层和对流层传输过程中产生的误差，载波双差观测方程为：上述公式(1)中，为监测站和基站的载波双差值，首先对基站和监测站接收机对同一颗卫星j的载波观测值做差，另取一颗卫星k进行观测再做双差；为接收机到卫星的几何距离双差值，求解前基站位置需提前已知；λ为载波波长；为载波矫正量，当监测站和基站距离较近时，载波矫正量可以忽略；Bj和Bk是接收机对卫星j和k的单差载波相位偏差；ε是测量噪声误差；2-2)利用扩展卡尔曼滤波，得到系统对监测点形变量的最优估计，建立的观测模型为：K＝PH(HPHT+R)-1(2)Pnew＝(I-KH)Plast(4)上述公式(2)、(3)、(4)中，K为滤波增益，和Pnew分别为系统状态估计值向量和协方差矩阵,new和last表示滤波后和滤波前的值，V、H、R分别是系统观测量残差、偏导数雅克比矩阵、观测误差协方差矩阵，定义观测向量为：上述公式(5)中，r为监测站三维坐标位置；v和a分别为三轴速度和加速度；Bk为单差载波相位偏差，单位为周，定义为(dCi)-(dPi)/λ,dCi为基站和监测站接收机分别对卫星1到i所有共视卫星测量给出的载波相位值之差，dPi为伪距之差，λ为载波波长，假设基站和监测站所有共视卫星都与仰角最高的卫星1做差，则组成如下公式(6)所示的双差观测矩阵：上述公式(6)中，表示监测站和基站对卫星i和j的几何距离双差值，基站位置提前已知；Bk为单差载波相位偏差；λ为载波波长；|rr-rb|表示监测站到基站的几何距离；2-3)将步骤2-2)中的双差观测矩阵，分别对向量中的变量求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王守华，李云柯，孙希延，纪元法，符强，严素清，吴孙勇，付文涛，赵松克，李有明，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45