一种基于GNSS的土石坝表面变形高精度监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于GNSS的土石坝表面变形高精度监测方法，包括如下步骤：进行现场调研，依据现场条件布设无线通讯网络和电力系统，依据大坝的体型和结构设计，拟定GNSS监测点，架设GNSS变形监控设备，并依据监测点位置构建闭合三角形控制网，选定初始时间点，通过无线通讯系统，在服务端远程实时、远程获取各监测点不同时间段的监测数据，对各监测点的监测数据进行去噪和平差处理，依据闭合三角形控制网，求解控制网的闭合环差，截取不同时段的监测数据，对其消噪后的结果进行平均处理和数据存储。据存储。据存储。

【技术实现步骤摘要】
一种基于GNSS的土石坝表面变形高精度监测方法


[0001]本专利技术涉及一种基于GNSS的土石坝表面变形高精度监测方法，属于水利水电工程土石坝变形监测


技术介绍

[0002]土石坝外部变形监测能够直观准确地反映出大坝的运行状态，是水库大坝变形监测的重要内容。传统的堆石坝外部变形监测方法大多需要人工定期到现场进行数据采集，时效性较差，无法在恶劣的气候条件下实施，此外，所采用的传感元件，如电阻应变计式、电感式传感器和钢弦式等，普遍存在抗干扰性及稳定性较差、易发生零点漂移等不足。堆石坝为非刚性结构，受外力作用时变形较大，同时各部位受力不均匀导致各部分变形无规律。
[0003]当前，制约观测精度提高的瓶颈仍然是观测仪器自身的稳定性及精度。常规监测方法在很长一段时间为大坝，大型建筑物等形变监测做出了贡献，但其监测方法时效性低，测量成果不具有同时性，降低了成果的科学性和使用价值，而且采用常规方法观测周期长，无法实时地了解建筑物的变形情况。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于GNSS的土石坝表面变形高精度监测方法，解决了现有技术中传统监测方式存在的数据无法实时统计分析、监测点无法同步监测以及监测数据不连续的问题
[0005]为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：
[0006]一种基于GNSS的土石坝表面变形高精度监测方法，包括如下步骤：
[0007]获取各GNSS监测点不同时间段的监测数据，其中，GNSS监测点数量为多个，构成至少一个闭合三角形控制网；
[0008]对所获取的监测数据进行去噪和平差处理；
[0009]基于去噪和平差处理后的监测数据，针对各闭合三角形控制网，计算闭合环差；
[0010]对闭合环差结果进行加权平差处理，修正各闭合三角形控制网内监测点的坐标；
[0011]对修正后的坐标进行平均处理和数据存储。
[0012]进一步地，前述各GNSS监测点不同时间段的监测数据通过以下方法得到：
[0013]通过无线通讯系统和电力系统，实时、远程获取各监测点不同时间段内GNSS变形监控设备获取的监测数据，所述GNSS变形监控设备架设在各监测点上，所述监测点基于大坝的体型和结构设计而拟定。进一步地，前述无线通讯网络的通信方式为4G、5G、wifi或zigbee中的任意一种。
[0014]进一步地，前述电力系统采用太阳能光伏发电系统。
[0015]进一步地，前述单个闭合三角形控制网的构成方式为：将每相邻的三个监测点均形成一个闭合三角形控制网。
[0016]进一步地，前述对获取的监测点的监测数据进行去噪和平差处理的步骤包括：
[0017]以一天为周期，在周期内每隔1h提取一次监测数据；
[0018]依据精度需求设置光滑循环次数S，按照设置的光滑循环次数调用五点光滑处理方法对不同监测点的不同时间段的监测数据进行滤噪，获得滤噪后的监测数据。
[0019]进一步地，前述五点光滑处理方法的计算公式为：
[0020]b(1)＝[3
×
a(1)+2
×
a(2)+a(3)
‑
a(4)]/5
[0021]b(2)＝p4
×
a(1)+3
×
a(2)+2
×
a(3)+a(4)]/10
[0022]b(i)＝[a(i
‑
2)+a(i
‑
1)+a(i)+a(i+1)+a(i+2)]/5 i＝3,...,n
‑2[0023]b(n
‑
1)＝(a(n
‑
3)+2
×
a(n
‑
2)+3
×
a(n
‑
3)+4
×
a(n))/10
[0024]b(n)＝[
‑
a(n
‑
3)+a(n
‑
2)+2
×
a(n
‑
1)+3
×
a(n)]/5
[0025]式中，n为监测点位指定时间段内的监测数据的数量，a(i)为光滑处理前的第i个监测数据，b(i)为经光滑处理后的第i个监测数据；
[0026]将上一次循环中经光滑处理后的监测数据重新带入五点光滑处理方法的计算公式，作为输入数据，进行S次循环计算得到最后的监测数据。
[0027]进一步地，前述计算闭合环差的步骤包括：
[0028]依据监测点编号对每个闭合三角形控制网进行编号；
[0029]对每个闭合三角形控制网内监测点的坐标构建空间向量；
[0030]根据闭合三角形控制网编号顺序，求解每个闭合三角形控制网的闭合环差
[0031][0032]式中，B
m1
、L
m1
、H
m1
分别为第m个闭合三角形控制网内第一个监测点的坐标，B
m2
、L
m2
、H
m2
分别为第m个闭合三角形控制网内第二个监测点的坐标，B
m3
、L
m3
、H
m3
分别为第m个闭合三角形控制网内第三个监测点的坐标，ΔB
m
、ΔL
m
、ΔH
m
分别为第m个闭合三角形控制网内三坐标分量的闭合环差。
[0033]进一步地，前述对闭合环差结果进行加权平差处理，修正各闭合三角形控制网内监测点的坐标的步骤包括：
[0034]将闭合环差结果与预设的闭合环差阈值进行比较，若闭合环差小于或等于所述闭合环差阈值，则不进行坐标平差，若大于则按照基线距离加权平差所述加权平差的公式为：
[0035][0036]式中，B
′
mj
、L
′
mj
、H
′
mj
为第m个闭合三角形控制网内第j个监测点平差后的坐标，B
mj
、
L
mj
、H
mj
为第m个闭合三角形控制网内第j个监测点的坐标；为第m个闭合三角形控制网内第j个监测点的坐标；分别表示第m个闭合三角形控制网内第一个监测点和第二个监测点之间构建的空间向量、第m个闭合三角形控制网内第二个监测点和第三个监测点之间构建的空间向量、第m个闭合三角形控制网内第三个监测点和第一个监测点之间构建的空间向量。
[0037]本专利技术所达到的有益效果：
[0038]1、以高精度定位技术为核心，提出土石坝形变、位移自动、实时监测方法，通过建立三角形控制网，采用闭合环差方式对每个三角形控制网内的监测点进行修正，提高了观测精度，为土石坝形变、位移提供有效的支撑依据，为管理人员提供科学决策；
[0039]2、采用该方法，直接利用程序进行数据处理，减少本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于GNSS的土石坝表面变形高精度监测方法，其特征在于，包括如下步骤：获取各GNSS监测点不同时间段的监测数据，其中，GNSS监测点数量为多个，构成至少一个闭合三角形控制网；对所获取的监测数据进行去噪和平差处理；基于去噪和平差处理后的监测数据，针对各闭合三角形控制网，计算闭合环差；对闭合环差结果进行加权平差处理，修正各闭合三角形控制网内监测点的坐标；对修正后的坐标进行平均处理和数据存储。2.根据权利要求1所述的一种基于GNSS的土石坝表面变形高精度监测方法，其特征在于，所述各GNSS监测点不同时间段的监测数据通过以下方法得到：通过无线通讯系统和电力系统，实时、远程获取各监测点不同时间段内GNSS变形监控设备获取的监测数据，所述GNSS变形监控设备架设在各监测点上，所述监测点基于大坝的体型和结构设计而拟定。3.根据权利要求2所述的一种基于GNSS的土石坝表面变形高精度监测方法，其特征在于，所述无线通讯网络的通信方式为4G、5G、wifi或zigbee中的任意一种。4.根据权利要求2所述的一种基于GNSS的土石坝表面变形高精度监测方法，其特征在于，所述电力系统采用太阳能光伏发电系统。5.根据权利要求1所述的一种基于GNSS的土石坝表面变形高精度监测方法，其特征在于，所述闭合三角形控制网的构成方式为：将每相邻的三个监测点均形成一个闭合三角形控制网。6.根据权利要求1所述的一种基于GNSS的土石坝表面变形高精度监测方法，其特征在于，所述对各监测点的监测数据进行去噪和平差处理的步骤包括：以一天为周期，在周期内每隔1h提取一次监测数据；依据精度需求设置光滑循环次数S，按照设置的光滑循环次数调用预先编制的五点光滑处理程序对不同监测点的不同时间段的监测数据进行滤噪，获得滤噪后的监测数据。7.根据权利要求6所述的一种基于GNSS的土石坝表面变形高精度监测方法，其特征在于，所述五点光滑处理方法的计算公式为：b(i)＝[a(i
‑
2)+a(i
‑
1)+a(i)+a(i+1)+a(i+2)]/5 i＝3,...,n
‑
2b(1)＝[3
×
a(1)+2
×
a(2)+a(3)
‑
a(4)]/5b(2)＝[4
×
a(1)+3
×
a(2)+2
×
a(3)+a(4)]/10b(n
‑
1)＝(a(n
‑
3)+2
×
a(n
‑
2)+3
×
a(n
‑
3)+4
×
a(n...

【专利技术属性】
技术研发人员：李松辉，刘勋楠，孟继慧，张龑，潘月梁，张顺杨，韩莎莎，
申请(专利权)人：浙江宁海抽水蓄能有限公司，
类型：发明
国别省市：