一种自动化沉降监测系统及方法与流程

1.本发明涉及工程变形监测技术领域，特别涉及一种自动化沉降监测系统及方法。


背景技术：

2.我国是地质灾害多发的国家，这使得大范围区域内的建筑物、道路等设施可能会受到如滑坡等地质灾害的破环，带来严重的生命和财产损失。所以如何对可能到来的地质灾害及时预警，保障人们的生命财产安全，是迫切需要解决的问题。因此，设计出一种大范围沉降位移监测的装置具有广阔应用前景。
3.随着gnss卫星星座的不断完善，gnss变形监测技术越来越成熟，在许多大型工程的沉降监测上，采用了基于gnss技术的监测方法。这种方法采用gnss精密单点定位技术，能够较为精确地测量出监测站的坐标，获取沉降数据，具有监测精度高、限制条件较少等特点，在大坝、山体滑坡、基坑等变形监测中应用较为广泛，可以获取地表的整体形变，有效解决了难以选择gnss监测基准点，无法使用差分测量技术进行形变监测的问题。
4.相关技术中，例如，公开号cn212340227u的实用新型申请公开了一种基于gnss的高精度形变沉降监测设备，可实现毫米级的姿态和沉降的测量结果。该监测装置一旦进入工作状态，不需要定期进行校准，从而能够实时掌握铁路通信铁塔的沉降情况，有效消除了安全隐患。
5.又如，公开号cn111998766a的发明申请公开了一种基于时序insar技术的地表形变反演方法，包括以下步骤：地理编码及影像配准，生成差分干涉对，选取ps点，时空解缠，误差分离。具体的，在影像配准方式上，采用粗配准加精配准，保证tops成像模式下的配准精度需要；对于大气延迟误差，分别对分层大气和浮动大气利用不同的算法进行处理，最大程度上削弱大气误差的影响，提高形变反演的精度；若提供gnss数据，可以利用该观测数据对大气延迟进行改正，同时在insar观测方程中作为约束条件进行联合平差，保证了形变结果的精度和可靠性。
6.但现有技术监测的范围相对固定且范围较小，不能对大范围的区域进行有效监测。


技术实现要素：

7.针对现有技术不能对大范围的区域进行有效监测的问题，本发明提供了一种自动化沉降监测系统及方法，能够同时获取多种数据参数，以便于提高监测范围并计算出更精准的沉降量。
8.以下是本发明的技术方案。
9.一种自动化沉降监测系统，包括gnss模块、处理模块、通讯模块、insar服务器以及计算单元，所述gnss模块用于获取卫星数据；所述处理模块用于将gnss模块获取的卫星数据转换为所需格式的观测文件；所述通讯模块用于从卫星跟踪站接收精密星历数据并传递至计算单元；所述insar服务器用于获取insar沉降数据；所述计算单元用于根据精密星历
数据修正观测文件得到精密单点定位数据，并根据精密单点定位数据和insar沉降数据计算得到实时沉降量。
10.本发明在gnss模块获取的卫星数据基础上，利用精密星历数据进行修正，并结合insar沉降数据，可以解决gnss差分测量技术在大范围区域难以应用的缺陷，以获得大范围内更精确的实时沉降量。同时该系统构成具有较高的扩展性，可以通过在多个监测点设置相应的模块以增加覆盖范围。
11.作为优选，所述gnss模块、处理模块及通讯模块设置于一监测装置中，所述监测装置固定在地表。监测装置的整体结构一般以柱状为主，各模块一般设置在上半部分。
12.作为优选，所述gnss模块包括：gnss接收机天线以及gnss oem板卡，所述gnss接收机天线连接gnss oem板卡，所述gnss oem板卡连接处理模块。
13.作为优选，所述处理模块包括arm处理器，所述arm处理器将所接收的卫星数据转换为rinex格式的观测文件。
14.作为优选，所述通讯模块包括5g天线、5g模块以及网络接口，所述5g模块连接5g天线以及网络接口，所述网络接口连接处理模块以及计算单元。通讯模块建立了系统内各模块的通讯连接，并使得系统能够在需要时与其他外部网络设备通讯。
15.作为优选，还包括角度监测单元，所述角度监测单元用于监测安装处的角度变化并通过通讯模块传递至计算单元，所述计算单元还用于根据若干角度监测单元提供的数据计算地表沉降区域。该单元是对系统功能的补充，地表除了会发生沉降外，还会发生倾斜，该单元补充了原系统无法监测倾斜的空缺；而在安装处的地表即发生倾斜又发生升降的极个别情况下，原本监测得到的数据无法反应真实情况，而增加角度监测之后将可以对该情况有更准确的了解；另外在部分情况下，某区域地表出现沉降后，会影响周边区域，如监测到安装处的地面发生倾斜，可根据多个安装处的地面倾斜方向得到交汇处，则交汇处即为沉降中心附近的地表沉降区域。
16.作为优选，还包括警报单元，所述报警单元用于在沉降量高于预设变形阈值时产生警报信息。
17.本发明还包括一种自动化沉降监测方法，用于上述的系统，包括以下步骤：所述gnss模块获取卫星数据；所述处理模块将gnss模块获取的卫星数据转换为所需格式的观测文件；所述通讯模块从卫星跟踪站接收精密星历数据并传递至计算单元；所述insar服务器获取insar沉降数据；所述计算单元根据精密星历数据修正观测文件得到精密单点定位数据，并根据精密单点定位数据和insar沉降数据计算得到实时沉降量。
18.该方法可以解决gnss差分测量技术在大范围区域难以应用的缺陷，保证对大范围区域的实时监测，并提高了监测的精度和可靠性。
19.作为优选，还包括地表沉降区域计算步骤：设置若干角度监测单元，并利用所述角度监测单元监测安装处的地面是否发生角度变化，如发生角度变化，则由计算单元根据若干角度监测单元提供的安装处地面向下倾斜的方向，汇总得到地表沉降区域。在部分情况下，某区域地表出现沉降后，会影响周边区域，如监测到安装处的地面发生倾斜，可根据多个安装处的地面倾斜方向得到交汇处，则交汇处即为沉降中心附近的地表沉降区域。
20.作为优选，还包括警报步骤：报警单元在沉降量高于预设变形阈值时产生警报信息。
21.本发明的实质性效果包括：可以利用精密单点定位技术对测点的变形量实时进行测量，并利用insar沉降数据对监测区域实施地表形变监测分析，融合两种监测数据得到更精确、更位可靠的地表形变结果。
附图说明
22.图1是本发明实施例的结构示意图。
23.图中包括：1-arm处理器；2-gnss天线；3-gnss oem板卡；41-5g天线；42-5g模块；5-网络接口；6-电源模块；7-计算机；8-insar服务器。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例，对本技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
26.下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
27.实施例一：一种自动化沉降监测系统，如图1所示，包括监测装置、电源模块6、计算机7以及insar服务器8，监测装置固定在地表，电源模块为系统提供电源。其中监测装置包括：arm处理器1、gnss接收机天线2、gnss oem板卡3、5g天线41、5g模块42和网络接口5。
28.监测装置分为观测上机箱以及观测墩，其中gnss接收机天线2、gnss oem板卡3、5g天线41和5g模块42设置在观测上机箱。gnss oem板卡3和5g模块42连接arm处理器1，arm处理器1通过观测墩内部设置的网络接口5与计算机7连接。insar服务器8与计算机7通讯连接。
29.本实施例的监测方法包括：gnss接收机天线2获取卫星数据并传递给gnss oem板卡3，gnss oem板卡3通过arm处理器1将所接收的卫星数据转换为标准的rinex格式的观测文件，再通过网络接口5传输给计算机7进行处理。
30.5g天线41和5g模块42通过5g无线网络将精密星历数据传输到arm处理器1与计算机7，并从互联网中将insar服务器8的数据传输到计算机7。
31.计算机7根据精密星历数据对观测文件中测区范围内的卫星数据进行改正，得到精密单点定位数据；并根据精密单点定位数据和insar沉降数据计算得到实时沉降量。
32.如沉降量高于预设的变形阈值，则产生警报信息。
33.本实施例在gnss模块获取的卫星数据基础上，利用精密星历数据进行修正，并结合insar沉降数据，可以解决gnss差分测量技术在大范围区域难以应用的缺陷，以获得大范围内更精确的实时沉降量。同时该系统构成具有较高的扩展性，可以通过在多个监测点设置相应的模块以增加覆盖范围。
34.实施例二：本实施例与上一实施例整体一致，区别在于，还包括角度监测单元，角度监测单元用于监测安装处的角度变化并传递至计算机，计算机根据若干角度监测单元提供的数据计算地表沉降区域。计算方式为：利用角度监测单元监测安装处的地面是否发生角度变化，如发生角度变化，则由计算机根据若干角度监测单元提供的安装处地面向下倾斜的方向，汇总得到地表沉降区域。
35.该单元是对系统功能的补充，地表除了会发生沉降外，还会发生倾斜，该单元补充了原系统无法监测倾斜的空缺；而在安装处的地表即发生倾斜又发生升降的极个别情况下，原本监测得到的数据无法反应真实情况，而增加角度监测之后将可以对该情况有更准确的了解；另外在部分情况下，某区域地表出现沉降后，会影响周边区域，如监测到安装处的地面发生倾斜，可根据多个安装处的地面倾斜方向得到交汇处，则交汇处即为沉降中心附近的地表沉降区域。
36.本实施例可以利用精密单点定位技术对测点的变形量实时进行测量，并利用insar沉降数据对监测区域实施地表形变监测分析，融合两种监测数据得到更精确、更位可靠的地表形变结果。
37.通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将具体装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
38.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的结构和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的关于结构的实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个结构，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，结构或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
39.作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
40.另外，在本技术实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
41.集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现
出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本技术各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
42.以上内容，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。