基于GNSS技术三维位移自动化监测系统.ppt

基于GNSS技术三维位移自动化监测系统,上海华测导航技术有限公司 系统集成部 邱匡成 2010年10月,目录,一、应用背景 二、应用范围 三、系统组成 四、各部分功能与介绍 五、系统特点 六、系统关键技术 七、应用实例拉西瓦水电站果卜岸坡监测 八、核心软件证书 九、应用案例,GNSS即全球卫星导航定位系统（Global Navigation Satellite System），目前GNSS泛指美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的GALILEO以及中国的COMPASS（北斗），目前使用范围较多的是美国的GPS系统。,应用背景,在地球上任何位置、任何时刻GNSS可为各类用户连续地提供动态的三维位置、三维速度和时间信息，实现全球、全天候的连续实时导航、定位和授时。目前、GNSS已在大地测量、精密工程测量、地壳形变监测、石油勘探等领域得到广泛应用。 通过近十多年的实践证明，利用GNSS定位技术进行精密工程测量和大地测量，平差后控制点的平面位置精度为1mm2mm，高程精度为2mm3mm。,应用背景,应用背景,常规变形监测技术包括采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常规测量仪器测定点的变形值，其优点是： 1、能够提供变形体整体的变形状态； 2、适用于不同的监测精度要求、不同形式的变形体和不同的监测环境； 3、可以提供绝对变形信息。 但外业工作量大，布点受地形条件影响，不易实现自动化监测。,应用背景,利用GNSS定位技术进行滑坡等地质灾害监测时具有下列优点： 1、测站间无需保持通视 2、可同时测定点的三维位移 3、全天候观测 4、易于实现全系统的自动化 5、可以获得mm级精度 利用GNSS定位技术进行地质灾害监测时也存在一些不足之处，主要表现在点位选择的自由度较低。,应用背景,从国内外的有关研究和应用可以看出GNSS是一个非常有效的形变监测技术，GNSS与其它传感器结合用于形变监测已形成了趋势。目前GNSS在形变监测中的最高精度在几个毫米，数据采样频率为20Hz。大部分的形变监测系统已经做到数据自动传输、自动解算处理、实时测量结果、测量结果图形演示、自动预警报警等功能。,应用范围,本系统是利用GNSS进行准实时解算三维变形量分析的系统。对于人工建筑变形分析比如大型桥梁，水坝，大型人工建筑，以及山体滑坡监测、油田沉陷、矿山采空区沉陷、 城市地下水漏斗沉陷、火山监测等等具有非常大的现实意义。,坝体监测,滑坡监测,桥梁监测,GNSS自动化监测,GPS传感器,数据传输系统,数据处理与控制系统,供电系统,避雷系统,数据分析与预警报警系统,其它辅助系统,系统组成,系统组成,传感器系统（GNSS接收机、GNSS接收天线） 数据传输系统（有线传输：光纤等、无线传输：无线网桥、GPRS模块） 供电系统（市电、太阳能、风能、风光互补） 避雷系统（直击雷防护、感应雷防护） 数据处理与控制系统（GPSensor软件） 数据分析与预警报警系统（客户端软件） 其他辅助系统,系统组成,系统组成,各部分功能与介绍,传感器子系统： GNSS接收机：N70M、X60M、X300M GNSS天线：A300、A500,各部分功能与介绍,数据传输系统： 有线传输：光纤、485信号、422信号 无线传输：无线网桥、GPRS通讯模块,供电系统：市电、太阳能、风能、风光互补,各部分功能与介绍,避雷系统： 直击雷防护：避雷针 感应雷防护：感应雷避雷器,各部分功能与介绍,各部分功能与介绍,数据处理与控制系统：GPSesnsor软件。 具有自动准实时自动解算 自动评估解算精度 自动触发接收机,各部分功能与介绍,卫星数据 卫星颗数 每颗卫星的坐标 每颗卫星的信噪比 每颗卫星的仰角 GPS定位数据 坐标 水平精度、垂直精度 PDOP值 使用卫星颗数 解类型 数据时延,各部分功能与介绍,各部分功能与介绍,基线解信息 基线长度 基线中误差 相对误差 基线向量 RATIO值 基线协方差阵,各部分功能与介绍,实时显示各基站点的工作状态： 数据采集软件本身的工作状态 各个基站的工作状态 各个基站的网络连接状态,各部分功能与介绍,各部分功能与介绍,数据分析与预警报警系统：客户端软件,数据分析对比 预警报警 矢量点位偏移显示,各部分功能与介绍,报表设置 自定义报表内容 自定义报表生成时间,三维显示 支持各传感器接入 构建三维立体化监测,华测数据分析软件 B/S、C/S架构，可远程浏览 支持点、断面、变化速度及变化加速度等分析功能 自动生成报表，并通过E-MAIL方式发给指定人员 短消息、E-MAIL、声光等多种报警方式 多种预测功能，如线性回归、灰色理论等 可支持其它传感器监测结果接入的功能，如全站仪、测斜仪、静力水准,各部分功能与介绍,可对GPS原始数据自动进行实时差分处理，数据更新率可达1Hz、5Hz、10Hz、20Hz，根据不同的应用领域可进行调整； 可根据系统参数设置，对不同的监测站的实时差分结果进行Kalman滤波，达到不同的动态要求和精度要求，最高精度水平2mm，高程4mm； 支持多种传输协议：RS232、CAN、TCP/IP、UDP； 实时显示基线的变化情况，点位的移动情况等，软件包括如下视图：实时数据视图、实时网图、趋势图、卫星视图、三维视图、数据管理。 系统完备性监测功能：可对整个系统的健康状况进行监测，包括软件和硬件，比如，一旦某个监测站出现死机现象，软件马上会通过数据信号触发的方式实现接收机自动重启；,系统特点,第三方软件接口：用COM组件的方式实现，可实现远程查询、管理、报警（短信、邮件、声光）； 权限管理：一般用户只能浏览数据，系统管理员才可能对一些参数进行设置。 数据分析功能：根据用户要求，对监控点进行频域和时域分析。 可靠性：724小时持续可靠工作。,系统特点,系统关键技术,GPSensor算法： 1、采用滤波方法消除GNSS动态定位数据中的随机误差，即Kalman滤波器。将真实的状态（定位结果）从各种随机干扰中实时最优地估计出来。 GNSS动态定位的离散状态空间模型如下：,2、GPSensor直接应用GNSS接收机的原始数据，参考站和流动站的观测数据保持严格的同步，所以，大气层延迟造成的公共误差被最大程度地抵消，GPSensor还采用滤波方法消除GNSS动态定位数据中的各种随机误差，是输出的定位结果更符合真实的情况，所以GPSensor根据采用的GNSS接收机和GNSS天线的不同，可以保证毫米级的定位精度，而通常的RTK接收机动态定位精度为厘米级。,系统关键技术,GPS伪卫星技术： 在现实工作环境中，各类型水电站，水库大坝都建设在高山峡谷中，GNSS信号的接受收到很大的影响。今年来就出现了采用GPS伪卫星技术来弥补可见卫星数目从而增加定位精度的方法。从而保证了在高山峡谷地带也能将GNSS定位精度保证在mm级以上精度。,系统关键技术,系统关键技术,应用案例拉西瓦水电站,拉西瓦水电站监测区域位于拉西瓦水电站大坝右岸变形体。最近处位于进水口上方，最远处距离