一种基于北斗或GPS的铁路路基沉降监测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于北斗或GPS的铁路路基沉降监测系统及方法，设置两个基准点和若干监测点接收卫星信号，一个基准点作为基准，差分定位解算的方式计算第二基准点及各个监测点的位置坐标，另一基准点的位置作为误差判别基础，并进行相应处理；计算当前沉降值。本发明专利技术通过设置两个稳定基准点，进行误差判断，对解算结果进一步补偿，提高了沉降监测精度。本发明专利技术设置两个稳定基准点，采用一个基准点的数据作为基准进行解算，没有增加计算的复杂性；当出现一般超差时，进行基准点切换，重新计算，实现了故障的自动处理，不必通过报警处理；当出现严重超差时，首先进行故障自动处理并进行累计，当累计超差时才进行报警处理，自动化程度高，降低了误警率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于北斗或GPS的铁路路基沉降监测系统及方法
本专利技术涉及铁路监测
，尤其涉及一种基于北斗或GPS的铁路路基沉降监测系统及方法。
技术介绍
GPS(GlobalPositioningSystem)即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统，利用该系统，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；另外，利用该系统，用户还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位。北斗卫星导航系统空间信号精度将优于0.5米；全球定位精度将优于10米，测速精度优于0.2米/秒，授时精度优于20纳秒；亚太地区定位精度将优于5米，测速精度优于0.1米/秒，授时精度优于10纳秒，整体性能大幅提升。在人为或者自然的条件下会造成采空区的塌陷或沉降，当变形过大时，采空区将会发生塌陷，这种微小的变形是不能被人眼查别到的，但是这种小位移是可以通过北斗系统监测发现，通过北斗监测设备，能够监测路基的沉降变化。北斗卫星导航系统主要采用相位差分技术进行实时解算，能够得到厘米级定位精度。然而现有的监测方式存在以下缺陷：(1)采集数据的方式容易受到各种因素的干扰，影响监测的精度，造成误警；(2)没有对各个监测点的数据进行综合分析；(3)仅仅实现了监测，但并没有对危险情况进行预测。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于北斗或GPS的铁路路基沉降监测系统及方法，设置两个稳定基准点，二者的数据进行误差判断，对解算结果进一步补偿，提高了沉降监测精度并自动处理部分故障，降低了误警率。为达到上述目的，本专利技术提供了一种基于北斗或GPS的铁路路基沉降监测系统，包括数据采集子系统、数据处理子系统以及数据分析及发布子系统；所述数据采集子系统包括若干定位终端接收机，设置在基准点和监测点接收卫星信号；所述基准点为两个；所述数据处理子系统对各个接收机发送的数据进行实时解码，以第一基准点作为基准，差分定位解算的方式计算第二基准点及各个监测点的位置坐标，以第二基准点的位置判断是否误差大小，如果不大于第一阈值，则不进行补偿直接输出各个监测点的位置坐标，如果大于第一阈值不大于第二阈值则对监测点的位置坐标进行补偿后输出，如果超过第二阈值，则所述数据采集子系统重新接收卫星信号或者将第二基准点作为基准，重新进行差分定位解算；所述数据分析及发布子系统接收所述数据处理子系统输出的各个监测点的位置坐标，计算当前沉降值并在超过阈值时输出报警信息，进行沉降值预测并在沉降预测值超过阈值时输出预警信息。进一步地，所述定位终端接收机包括卫星接收机、卫星信号接收天线、电力供电模块、太阳能供电模块、无线通讯模块以及避雷针。进一步地，基准点设置在稳定区域，年平均下沉和位移小于3mm；监测点设置在铁路路基容易发生沉降的位置；采用支撑杆稳定支撑所述定位终端接收机。进一步地，所述数据处理子系统判断是否误差大小具体为：计算竖直方向坐标差值和/或距离差σ，并分别与各自第一、第二阈值比较；其中，第二基准点的位置为(x02,y02,z02)，上标t表示当前时刻，上标s表示存储的标准坐标值。进一步地，所述数据处理子系统进行补偿具体为：第一基准点的位置分别为(x01,y01,z01)；第i个监测点坐标为(xi,yi,zi)，为第i个监测点补偿后的纵向坐标，为第i个监测点的纵向坐标，上标t-1表示上一个解算时刻。进一步地，所述数据处理子系统第二基准点作为基准，重新进行差分定位解算包括：第一基准点的位置判断是否误差大小，如果不大于第一阈值，则不进行补偿直接输出各个监测点的位置坐标，则不进行补偿，直接输出各个监测点的结算坐标；如果大于第一阈值不大于第二阈值则对监测点的位置坐标进行补偿后输出，如果超过第二阈值，则所述数据采集子系统重新接收卫星信号。进一步地，所述数据分析及发布子系统计算当前沉降值，如果当前沉降值超过累积沉降阈值或与上一次沉降值比较超过分时沉降阈值，则输出报警信息，计算沉降预测值，如果超过累积沉降阈值则输出预警信息。进一步地，所述数据分析及发布子系统内置预测模型基于监测点的沉降值数据计算沉降预测值，所述预测模型为人工神经网络预测模型或灰度预测模型。进一步地，所述数据分析及发布子系统对误差超过第二阈值的次数进行累计，当超过累计阈值时，输出误差过大报警信号。本专利技术另一方面提供一种基于北斗或GPS的铁路路基沉降监测方法，包括以下步骤：(1)设置至少两个基准点和若干监测点，分别安装定位终端接收机，接收卫星信号；(2)对两个基准点和若干监测点的卫星信号进行解码，以第一基准点作为基准，差分定位解算的方式计算第二基准点及各个监测点的位置坐标，以第二基准点的位置判断误差大小，如果不大于第一阈值，则不进行补偿直接输出各个监测点的位置坐标，如果大于第一阈值不大于第二阈值则对监测点的位置坐标进行补偿后输出，如果超过第二阈值，则重新接收卫星信号或者将第二基准点作为基准，重新进行差分定位解算；(3)基于各个监测点的位置坐标，计算当前沉降值并在超过阈值时输出报警信息，进行沉降值预测并在沉降预测值超过阈值时输出预警信息。进一步地，基准点设置在稳定区域，年平均下沉和位移小于3mm；监测点设置在铁路路基容易发生沉降的位置；采用支撑杆稳定支撑所述定位终端接收机。进一步地，以第二基准点的位置判断误差大小包括：计算竖直方向坐标差值和/或距离差σ，并分别与各自第一、第二阈值比较；其中，第二基准点的位置为(x02,y02,z02)，上标t表示当前时刻，上标s表示存储的标准坐标值。进一步地，步骤(2)具体包括：2.1以第一基准点作为基准，差分定位解算的方式计算第二基准点及各个监测点的位置；2.2计算第二基准点竖直方向坐标差值及距离差σ；进行判断，如果二者均满足阈值要求，则不进行补偿，进入步骤(3)；如果或σ任一值超过其第一阈值，且未超过其第二阈值，则进入步骤2.3；如果或σ任一值超过其第二阈值，则进入步骤2.4；进入步骤2.4优先于进入步骤2.3；第一基准点的位置分别为(x01,y01,z01)；第i个监测点坐标为(xi,yi,zi)，为第i个监测点补偿后的纵向坐标；2.3基于第二基准点竖直方向坐标差值进行对每个监测点的补偿，进入步骤(3)；2.4更改为采用第二基准点作为基准，采用差分定位结算的方式计算第二基准点及各个监测点的位置；2.5计算第一基准点竖直方向坐标差值及距离差σ′，进行判断，如果和σ′均满足阈值要求，则不进行补偿，进入步骤(3)；如果或σ′任一值超过其第一阈值，且未超过其第二阈值，则进入步骤2.6；如果或σ′任一值超过其第二阈值，则进入步骤2.7；进入步骤2.7优先于进入步骤2.6；2.6基于第一基准点竖直方向坐标差值进行对每个监测点的补偿，进入步骤(3)；2.7返回步骤(1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于北斗或GPS的铁路路基沉降监测系统，其特征在于，包括数据采集子系统、数据处理子系统以及数据分析及发布子系统；/n所述数据采集子系统包括若干定位终端接收机，设置在基准点和监测点接收卫星信号；所述基准点为两个；/n所述数据处理子系统对各个接收机发送的数据进行实时解码，以第一基准点作为基准，差分定位解算的方式计算第二基准点及各个监测点的位置坐标，以第二基准点的位置判断是否误差大小，如果不大于第一阈值，则不进行补偿直接输出各个监测点的位置坐标，如果大于第一阈值不大于第二阈值则对监测点的位置坐标进行补偿后输出，如果超过第二阈值，则所述数据采集子系统重新接收卫星信号或者将第二基准点作为基准，重新进行差分定位解算；/n所述数据分析及发布子系统接收所述数据处理子系统输出的各个监测点的位置坐标，计算当前沉降值并在超过阈值时输出报警信息，进行沉降值预测并在沉降预测值超过阈值时输出预警信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗或GPS的铁路路基沉降监测系统，其特征在于，包括数据采集子系统、数据处理子系统以及数据分析及发布子系统；
所述数据采集子系统包括若干定位终端接收机，设置在基准点和监测点接收卫星信号；所述基准点为两个；
所述数据处理子系统对各个接收机发送的数据进行实时解码，以第一基准点作为基准，差分定位解算的方式计算第二基准点及各个监测点的位置坐标，以第二基准点的位置判断是否误差大小，如果不大于第一阈值，则不进行补偿直接输出各个监测点的位置坐标，如果大于第一阈值不大于第二阈值则对监测点的位置坐标进行补偿后输出，如果超过第二阈值，则所述数据采集子系统重新接收卫星信号或者将第二基准点作为基准，重新进行差分定位解算；
所述数据分析及发布子系统接收所述数据处理子系统输出的各个监测点的位置坐标，计算当前沉降值并在超过阈值时输出报警信息，进行沉降值预测并在沉降预测值超过阈值时输出预警信息。


2.根据权利要求1所述的基于北斗或GPS的铁路路基沉降监测系统，其特征在于，所述定位终端接收机包括卫星接收机、卫星信号接收天线、电力供电模块、太阳能供电模块、无线通讯模块以及避雷针。


3.根据权利要求1或2所述的基于北斗或GPS的铁路路基沉降监测系统，其特征在于，基准点设置在稳定区域，年平均下沉和位移小于3mm；监测点设置在铁路路基容易发生沉降的位置；采用支撑杆稳定支撑所述定位终端接收机。


4.根据权利要求1或2所述的基于北斗或GPS的铁路路基沉降监测系统，其特征在于，所述数据处理子系统判断是否误差大小具体为：
计算竖直方向坐标差值和/或距离差σ，并分别与各自第一、第二阈值比较；






其中，第二基准点的位置为(x02,y02,z02)，上标t表示当前时刻，上标s表示存储的标准坐标值。


5.根据权利要求4所述的基于北斗或GPS的铁路路基沉降监测系统，其特征在于，所述数据处理子系统进行补偿具体为：



第一基准点的位置分别为(x01,y01,z01)；第i个监测点坐标为(xi,yi,zi)，为第i个监测点补偿后的纵向坐标，为第i个监测点的纵向坐标，上标t-1表示上一个解算时刻。


6.根据权利要求5所述的基于北斗或GPS的铁路路基沉降监测系统，其特征在于，所述数据处理子系统第二基准点作为基准，重新进行差分定位解算包括：第一基准点的位置判断是否误差大小，如果不大于第一阈值，则不进行补偿直接输出各个监测点的位置坐标，则不进行补偿，直接输出各个监测点的结算坐标；如果大于第一阈值不大于第二阈值则对监测点的位置坐标进行补偿后输出，如果超过第二阈值，则所述数据采集子系统重新接收北斗卫星信号。


7.根据权利要求6所述的基于北斗或GPS的铁路路基沉降监测系统，其特征在于，所述数据分析及发布子系统计算当前沉降值，如果当前沉降值超过累积沉降阈值或与上一次沉降值比较超过分时沉降阈值，则输出报警信息，计算沉降预测值，如果超过累积沉降阈值则输出预警信息。


8.根据权利要求7所述的基于北斗或GPS的铁路路基沉降监测系统，其特征在于，所述数据分析及发布子系统内置预测模型基于监测点的沉降值数据计算沉降预测值，所述预测模型为人工神经网络预测模型或灰度预测模型。


9.根据权利要求8所述的基于北斗或GPS的铁路路基沉降监测系统，其特征在于，所述数据分析及发布子系统对误差超过第二阈值的次数进行累计，当超过累计阈值时，输出误差过大报警信号。


10.一种基于北斗或GPS的铁路路基沉降监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)设置至少两个基准点和若干监测点，分别安装定位终端接收机，接收卫星信号；
(2)对两个基准点和若干...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋梦，张怀，钟雯清，高玉亮，王鹤，康秋静，高占建，孙云蓬，董建华，丁海友，
申请(专利权)人：北京大成国测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11