一种GNSS爆破振动估测系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种GNSS爆破振动估测系统及方法。本发明专利技术系统包括中心服务器、第一GNSS监测系统、第二GNSS监测系统。中心服务器无线采集多个时刻的参考站GNSS卫星信号、监测站GNSS卫星信号；通过基线向量解算方法，得到监测站多个时刻的三维位移坐标；通过坐标系转换，得到每个时刻的监测点径向和切向位移分量；通过高低频背景噪声误差处理，得到多个时刻的误差处理后监测点径向、切向和垂直分量；通过Welch功率谱密度和峰值拾取法得到径向、切向和垂直向振动主频；通过一阶求导和峰值拾取法，得到爆破径向、切向、垂直向振动起爆时间、速度峰值、爆破持续时间；通过中心服务器集中展示。本发明专利技术优点在于爆破低频监测性能稳定、受环境干扰小、快捷、高效。高效。高效。

【技术实现步骤摘要】
一种GNSS爆破振动估测系统及方法


[0001]本专利技术属于爆破施工监测
，特别是涉及一种GNSS爆破振动估测系统及方法。

技术介绍

[0002]爆破作为经济且有效的开挖掘进手段，广泛地应用于工程建设各个领域。为避免爆破对周围建筑物及设备产生破坏效应以及掌握爆破振动特性，需对爆破振动及其影响进行监测。目前爆破振动主要采用爆破记录仪进行监测。爆破记录仪主要包括主机、传感器、电源、存储等设备。传感器主要分为速度、加速度、位移传感器，其中以速度传感器居多。但是，随着使用次数的增加及现场环境的变化，传感器会产生温度漂移、零点漂移和灵敏度漂移，影响振动监测精度和稳定性。根据振动速度传感器的幅频特性曲线，当被测信号小于15Hz时，输出远小于真实幅值，记录的低频数据将严重失真，无法实现准确测量。且低频爆破振动引起结构共振可能性更大，破坏性更强，更需对其进行准确、可靠的监测。
[0003]随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)技术的发展及相应设备成本的降低，基于GNSS的监测系统已广泛应用于高层建筑、桥梁、矿山地表沉降、滑坡、机械控制、海上打桩定位、水库大坝变形自动监测等。GNSS不仅能在风、雪、雾中全天候观测，且不用积分即可实时获得高精度的时间信息和三维绝对位移。作为GNSS重要组成部分的北斗导航定位导航系统，在生产生活中也发挥了越来越重要的作用。当前，GNSS鲜有用于爆破振动监测，随着GNSS软硬件技术的快速发展及采样频率的逐步提升，GNSS作为一种新的爆破振动监测方法在爆破施工环境中可实现低频振动精确监测、数据自动采集、受环境影响小、监测范围广、信息获取丰富、监测成本低廉等优点。同时，随着GNSS芯片的一体化与低成本，可进行爆破振动的多点监测、立体监测，为爆破振动分析及精细化爆破提供丰富、全面的监测数据。
[0004]本专利技术针对当前爆破振动监测存在低频性能不稳定、易受环境干扰、操作复杂、易损坏、成本高等问题，提出了一种基于GNSS的爆破振动监测方法，实现爆破振动的高效、准确、可靠、便捷监测。

技术实现思路

[0005]针对现有爆破振动监测方法的不足，结合爆破振动特性和GNSS监测优势，本专利技术提出了一种GNSS爆破振动估测系统及方法。
[0006]本专利技术系统的技术方案为一种GNSS爆破振动估测系统，包括：中心服务器、第一GNSS监测系统、第二GNSS监测系统；
[0007]在GNSS参考站位置部署第一GNSS监测系统，在监测点位置部署第二GNSS监测系统；
[0008]所述中心服务器与所述第一GNSS监测系统无线连接；所述中心服务器与所述第一GNSS监测系统无线连接；
[0009]中心服务器无线采集多个时刻的参考站GNSS卫星信号、监测站GNSS卫星信号；通过基线向量解算方法，得到监测站多个时刻的WGS
‑
84坐标系下三维位移坐标；通过坐标系转换，得到每个时刻的监测点径向分量、每个时刻的监测点切向位移分量；通过高低频背景噪声误差处理，分别得到多个时刻的误差处理后监测点径向分量、误差处理后监测点切向分量、误差处理后监测点垂直向分量；通过Welch功率谱密度和峰值拾取法提取分别得到径向爆破振动主频、切向爆破振动主频、垂直向爆破振动主频；通过一阶求导、Welch功率谱密度和峰值拾取法提取，得到爆破径向振动起爆时间、径向速度峰值、爆破径向持续时间、爆破切向振动起爆时间、切向速度峰值、爆破切向持续时间、爆破垂直向振动起爆时间、垂直向速度峰值、爆破垂直向持续时间；通过中心服务器集中展示。
[0010]本专利技术方法的技术方案为一种GNSS爆破振动估测方法，具体如下：
[0011]步骤1：通过爆源实施爆破振动，中心服务器通过第一GNSS监测系统无线采集多个时刻的参考站GNSS卫星信号，中心服务器通过第二GNSS监测系统无线采集多个时刻的监测站GNSS卫星信号；
[0012]步骤2：中心服务器将多个时刻的参考站GNSS卫星信号、多个时刻的监测站GNSS卫星信号通过基线向量解算方法，得到监测站多个时刻的WGS
‑
84坐标系下三维位移坐标；
[0013]步骤3：将监测站每个时刻的WGS
‑
84坐标系下三维位移坐标通过坐标系转换，得到每个时刻的监测点径向分量、每个时刻的监测点切向位移分量；
[0014]步骤4：将多个时刻的监测点径向分量通过高低频背景噪声误差处理，得到多个时刻的误差处理后监测点径向分量；将多个时刻的监测点切向分量通过高低频背景噪声误差处理，得到多个时刻的误差处理后监测点切向分量；将多个时刻的监测点垂直向分量通过高低频背景噪声误差处理，得到多个时刻的误差处理后监测点垂直向分量；
[0015]步骤5：将多个时刻的误差处理后监测点径向分量通过Welch功率谱密度和峰值拾取法提取，得到径向爆破振动主频；将多个时刻的误差处理后监测点切向分量通过Welch功率谱密度和峰值拾取法提取，得到切向爆破振动主频；将多个时刻的误差处理后监测点垂直向分量通过Welch功率谱密度和峰值拾取法提取，得到垂直向爆破振动主频；
[0016]步骤6：将多个时刻的误差处理后监测点径向分量进行一阶求导获取多个时刻的径向速度；将多个时刻的误差处理后监测点切向分量进行一阶求导获取多个时刻的切向速度；将多个时刻的误差处理后监测点垂直向分量进行一阶求导获取多个时刻的垂直向速度；将多个时刻的径向速度通过Welch功率谱密度和峰值拾取法提取，得到爆破径向振动起爆时间、径向速度峰值、爆破径向持续时间；将多个时刻的切向速度通过Welch功率谱密度和峰值拾取法提取，得到爆破切向振动起爆时间、切向速度峰值、爆破切向持续时间；将多个时刻的垂直向速度通过Welch功率谱密度和峰值拾取法提取，得到爆破垂直向振动起爆时间、垂直向速度峰值、爆破垂直向持续时间；
[0017]步骤7：中心服务器集中展示径向爆破振动主频、切向爆破振动主频、垂直向爆破振动主频、爆破径向振动起爆时间、径向速度峰值、爆破径向持续时间、爆破切向振动起爆时间、切向速度峰值、爆破切向持续时间、爆破垂直向振动起爆时间、垂直向速度峰值、爆破垂直向持续时间。
[0018]作为优选，步骤3所述将监测站每个时刻的WGS
‑
84坐标系下三维位移坐标通过坐标系转换，具体如下：
[0019][0020][0021]其中，x
i
为第i时刻径向方向分量；y
i
为第i时刻切向方向分量；N
i
、E
i
分别为第i时刻监测点北坐标、第i时刻监测点东坐标，θ为爆破径向方向方位角，K为时刻的数量；
[0022]作为优选，步骤4所述将多个时刻的监测点径向分量通过高低频背景噪声误差处理，具体过程如下：
[0023]将多个时刻的监测点径向分量依次通过时段分割进行信号时间序列截取、高通滤波器方法进行低频噪声去除、自适应噪声完备集合经验模态分解方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GNSS爆破振动估测系统，其特征在于：包括：中心服务器、第一GNSS监测系统、第二GNSS监测系统；在GNSS参考站位置部署第一GNSS监测系统，在监测点位置部署第二GNSS监测系统；所述中心服务器与所述第一GNSS监测系统无线连接；所述中心服务器与所述第一GNSS监测系统无线连接；通过基线向量解算方法、坐标系转换，得到每个时刻的监测点径向分量、每个时刻的监测点切向位移分量；通过高低频背景噪声误差处理，分别得到多个时刻的误差处理后监测点径向分量、误差处理后监测点切向分量、误差处理后监测点垂直向分量；通过Welch功率谱密度和峰值拾取法提取分别得到径向爆破振动主频、切向爆破振动主频、垂直向爆破振动主频；通过一阶求导、Welch功率谱密度和峰值拾取法提取，得到爆破径向振动起爆时间、径向速度峰值、爆破径向持续时间、爆破切向振动起爆时间、切向速度峰值、爆破切向持续时间、爆破垂直向振动起爆时间、垂直向速度峰值、爆破垂直向持续时间。2.一种应用于权利要求1所述的GNSS爆破振动估测系统的GNSS爆破振动估测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：通过爆源实施爆破振动，中心服务器通过第一GNSS监测系统无线采集多个时刻的参考站GNSS卫星信号，中心服务器通过第二GNSS监测系统无线采集多个时刻的监测站GNSS卫星信号；步骤2：中心服务器将多个时刻的参考站GNSS卫星信号、多个时刻的监测站GNSS卫星信号通过基线向量解算方法，得到监测站多个时刻的WGS
‑
84坐标系下三维位移坐标；步骤3：将监测站每个时刻的WGS
‑
84坐标系下三维位移坐标通过坐标系转换，得到每个时刻的监测点径向分量、每个时刻的监测点切向位移分量；步骤4：将多个时刻的监测点径向分量通过高低频背景噪声误差处理，得到多个时刻的误差处理后监测点径向分量；将多个时刻的监测点切向分量通过高低频背景噪声误差处理，得到多个时刻的误差处理后监测点切向分量；将多个时刻的监测点垂直向分量通过高低频背景噪声误差处理，得到多个时刻的误差处理后监测点垂直向分量；步骤5：将多个时刻的误差处理后监测点径向分量通过Welch功率谱密度和峰值拾取法提取，得到径向爆破振动主频；将多个时刻的误差处理后监测点切向分量通过Welch功率谱密度和峰值拾取法提取，得到切向爆破振动主频；将多个时刻的误差处理后监测点垂直向分量通过Welch功率谱密度和峰值拾取法提取，得到垂直向爆破振动主频；步骤6：通过一阶求导分别获取多个时刻的径向速度、切向速度、垂直向速度；通过Welch功率谱密度和峰值拾取法分别提取，得到爆破径向振动起爆时间、径向速度峰值、爆破径向持续时间、爆破切向振动起爆时间、切向速度峰值、爆破切向持续时间、爆破垂直向振动起爆时间、垂直向速度峰值、爆破垂直向持续时间；步骤7：中心服务器集中展示径向爆破振动主频、切向爆破振动主频、垂直向爆破振动主频、爆破径向振动起爆时间、径向速度峰值、爆破径向持续时间、爆破切向振动起爆时间、切向速度峰值、爆破切向持续时间、爆破垂直向...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄声享，饶小康，张文，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：