一种基于北斗/GPS定位系统的高精度沉降监测方法与流程

一种基于北斗/gps定位系统的高精度沉降监测方法
技术领域
1.本发明涉及地面沉降监测技术领域，具体涉及一种基于北斗/gps定位系统的高精度沉降监测方法。


背景技术：

2.一直以来，地质灾害给人类的经济生活带来了巨大的损失，究其原因，绝大部分是由于地球表面的形变引起的，其中不仅有地震形变、地面沉降、火山运动、冰川漂移以及山体滑坡等地质灾害，还有由于工程开挖、地下水抽取、堆载、爆破、弃土等引发的人为地质灾害，这些不可逆的地表形变以及成为影响区域经济和社会可持续型发展的重要因素。
3.目前，地面沉降的监测方法主要有精密水准测量、基岩标-分层标测量、gps测量和合成孔径雷达差分干涉测量(insar)。其中，gps测量技术随着仪器和解缠算法的持续改进，在地面沉降监测中发挥了重要作用。gps测量具有周期短、定位精度高、布网迅速、全天侯等优点，在水平形变监测方面具有较高的精度。经过对现有的技术文献检索发现，现有的地面沉降预警系统大都主要是基于工程勘察报告等现有数据，直接对仪器采集数据进行分析、判断与预警。gps测量虽然能够对垂直形变进行监测，但可读性与敏感性不高，只能对当前地表面情况进行数据采集，并根据现有的地表面采集结果做出预测和预警，难以结合地面下岩层内部的变化进行综合分析，对地面沉降的控制往往会落后于实际情况。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于北斗/gps定位系统的高精度沉降监测方法，包括以下步骤：
5.步骤1：在地面沉降点监测区域布设用于地面沉降监测的水准点、气象数据采集点和北斗/gps监测点；
6.步骤2：获取地面沉降点监测区域的北斗/gps数据、地面气象数据、地面沉降点监测区域水文地质数据，进行清洗处理后，采用塔形算法，建立地面沉降点三维数值模型；
7.步骤3：采集实时北斗/gps数据、实时地面气象数据，将实时北斗/gps数据、实时地面气象数据导入地面沉降点三维数值模型中，生成实际沉降模型；
8.步骤4：根据实际沉降模型，采用逆塔形算法，获取实际地面沉降点监测区域水文地质数据，根据实际地面沉降点监测区域水文地质数据对地面沉降点监测区域水文地质数据进行校正，获得校正后的地面沉降点三维数值模型。
9.优选的，所述步骤2中，获取地面沉降点监测区域的北斗/gps数据、地面气象数据、地面沉降点监测区域水文地质数据，进行清洗处理时，还包括以下步骤：
10.步骤21：对获取的地面沉降点监测区域的北斗/gps数据、地面气象数据、地面沉降点监测区域水文地质数据进行均匀化处理；
11.步骤22：采用icp算法，对均匀化处理后的地面沉降点监测区域的北斗/gps数据、地面气象数据、地面沉降点监测区域水文地质数据进行噪声剔除，获取无粗差数据；
12.步骤23：采用四元数配准算法对地面沉降点监测区域的北斗/gps数据、地面气象数据、地面沉降点监测区域水文地质数据进行滤波、配准、压缩和分割，得到清洗处理后的数据。
13.优选的，所述步骤s21中的均匀化处理为，采用体素滤波的方式，对地面沉降点监测区域的北斗/gps数据、地面气象数据、地面沉降点监测区域水文地质数据进行稀疏处理。
14.优选的，所述地面沉降点监测区域水文地质数据包括承压含水层渗透系数以及储水系数，所述气象数据包括降雨量与空气湿度系数。
15.优选的，基于塔形算法，建立地面沉降点三维数值模型时，具体公式如下：
[0016][0017]
p
*
＝expand(p0)
[0018]
其中，p0为沉降点配准模型，expand为用于将p0内插放大的放大算子，p
*
为沉降点三维数值模型，β为北斗/gps数据，a为降雨量，k为储水系数，c为承压含水层渗透系数，ck为k倍的储水系数下的承压含水层渗透系数，λ为空气湿度系数。
[0019]
一种基于北斗/gps定位系统的高精度沉降监测系统，包括以下内容：
[0020]
数据采集系统：用于采集地面沉降点监测区域的北斗/gps数据、地面气象数据、地面沉降点监测区域水文地质数据；
[0021]
参数处理系统：用于对采集到的地面沉降点监测区域的北斗/gps数据、地面气象数据、地面沉降点监测区域水文地质数据进行清洗处理；
[0022]
建模分析系统：用于依据参数处理系统清洗后的数据和校正数据，建立地面沉降点三维数值模型：
[0023]
校正模块，用于依据实际地面沉降点监测区域水文地质数据对地面沉降点监测区域水文地质数据进行校正。
[0024]
优选的，还包括运行状态显示模块、预警模块，所述运行状态显示模块用于显示系统内各模块的检测、控制数据，预警模块用于发出预警信号。
[0025]
本发明的有益效果体现在：能够预先获取北斗/gps数据、地面气象数据、地面沉降点监测区域水文地质数据，建立地面沉降点三维数值模型，再经由实时北斗/gps数据、实时地面气象数据，生成实际沉降模型，计算实际水文地质数据，地面沉降点三维数值模型再根据实际水文地质数据进行校正，生成校正后的地面沉降点三维数值模型，使得地面沉降点三维数值模型能够依据地下水的实时变动进行自调，提升系统的可读性和敏感性，且监测数据样本更丰富、更具参考性。
附图说明
[0026]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0027]
图1为一种基于北斗/gps定位系统的高精度沉降监测方法的流程图。
具体实施方式
[0028]
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0029]
需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0030]
如图1所示，一种基于北斗/gps定位系统的高精度沉降监测方法，包括以下步骤：
[0031]
步骤1：在地面沉降点监测区域布设用于地面沉降监测的水准点、气象数据采集点和北斗/gps监测点；
[0032]
步骤2：获取地面沉降点监测区域的北斗/gps数据、地面气象数据、地面沉降点监测区域水文地质数据，进行清洗处理后，采用塔形算法，建立地面沉降点三维数值模型；
[0033]
步骤3：采集实时北斗/gps数据、实时地面气象数据，将实时北斗/gps数据、实时地面气象数据导入地面沉降点三维数值模型中，生成实际沉降模型；
[0034]
步骤4：根据实际沉降模型，采用逆塔形算法，获取实际地面沉降点监测区域水文地质数据，根据实际地面沉降点监测区域水文地质数据对地面沉降点监测区域水文地质数据进行校正，获得校正后的地面沉降点三维数值模型。
[0035]
检测区域水文地质数据包括有地上水和地下水，地下水由于校正后的地面沉降点是哪位数值模型由于地震形变、地面沉降、火山运动、冰川漂移、山体滑坡、工程开挖、地下水抽取等情况，岩层中发生缓慢但持久的变化，以往的监测技术中，只考虑有地上环境对地面沉降的影响并做出预警，但未考虑到地下水区域变化对预警数据带来的影响，而本发明引入地下水影响，使得地面沉降点三维数值模型能够根据检测区域水文地质数据的变化进行自调，能准确地给出在当前检测区域水文地质数据下的预警数据，使得监测数据样本更丰富、更具参考性。
[0036]
具体的，所述步骤2中，获取地面沉降点监测区域的北斗/gps数据、地面气象数据、地面沉降点监测区域水文地质数据，进行清洗处理时，还包括以下步骤：
[0037]
步骤21：对获取的地面沉降点监测区域的北斗/gps数据、地面气象数据、地面沉降点监测区域水文地质数据进行均匀化处理；
[0038]
步骤22：采用icp算法，对均匀化处理后的地面沉降点监测区域的北斗/gps数据、地面气象数据、地面沉降点监测区域水文地质数据进行噪声剔除，获取无粗差数据；
[0039]
步骤23：采用四元数配准算法对地面沉降点监测区域的北斗/gps数据、地面气象数据、地面沉降点监测区域水文地质数据进行滤波、配准、压缩和分割，得到清洗处理后的数据。
[0040]
具体的，所述步骤s21中的均匀化处理为，采用体素滤波的方式，对地面沉降点监测区域的北斗/gps数据、地面气象数据、地面沉降点监测区域水文地质数据进行稀疏处理。
[0041]
具体的，所述地面沉降点监测区域水文地质数据包括承压含水层渗透系数以及储水系数，所述气象数据包括降雨量与空气湿度系数。
[0042]
具体的，基于塔形算法，建立地面沉降点三维数值模型时，具体步骤如下：
[0043]
[0044]
p
*
＝expand(p0)
[0045]
其中，p0为沉降点配准模型，expand为用于将p0内插放大的放大算子，p
*
为沉降点三维数值模型，β为北斗/gps数据，a为降雨量，k为储水系数，c为承压含水层渗透系数，ck为k倍的储水系数下的承压含水层渗透系数，λ为空气湿度系数。
[0046]
一种基于北斗/gps定位系统的高精度沉降监测系统，包括以下内容：
[0047]
数据采集系统：用于采集地面沉降点监测区域的北斗/gps数据、地面气象数据、地面沉降点监测区域水文地质数据；
[0048]
参数处理系统：用于对采集到的地面沉降点监测区域的北斗/gps数据、地面气象数据、地面沉降点监测区域水文地质数据进行清洗处理；
[0049]
建模分析系统：用于依据参数处理系统清洗后的数据和校正数据，建立地面沉降点三维数值模型：
[0050]
校正模块，用于依据实际地面沉降点监测区域水文地质数据对地面沉降点监测区域水文地质数据进行校正。
[0051]
具体的，还包括运行状态显示模块、预警模块，所述运行状态显示模块用于显示系统内各模块的检测、控制数据，预警模块用于发出预警信号。
[0052]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。