一种基于RTK-PPP技术的大坝形变检测方法

一种基于rtk-ppp技术的大坝形变检测方法
技术领域
1.本发明涉及卫星导航定位领域，具体涉及一种基于rtk-ppp技术的大坝形变检测方法。


背景技术：

2.目前，全世界已建成约4000多座高坝，而我国是世界上建坝最多的国家，仅15m以上的大坝就有19000多座。据统计，大坝的失事率约为1%，发生频次约为10
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4次/年。虽然失事率和发生频次并不高，但是大坝失事造成的损失十分严重，因此需要定期检测坝体的变化，作为提前告警的判断依据。尤其在汛期和抗洪时，大坝预警将直接决定是否进行泄洪及泄洪的成功性。
3.目前，专利cn112240738a采用rtk（real-time kinematic，实时动态）定位技术进行大坝的形变检测，具有定位速度快、精度高的特点。但是，rtk定位技术依赖于基准站与gps提供的探测数据对目标进行高精度定位（可达到厘米级别），存在使用距离的限制。布设和维护基准站需要耗费人力、物力和财力，且大坝数量繁多，对每一个大坝都需要架设基准站，才能使用rtk技术进行定位，使得rtk技术的实用性降低。
4.ppp（precise，point，positioning，卫星导航精密单点定位）技术具有精度高、速度快、全自动、全天候、可同时测定三维位移及检测点间无需通视的优点，与采用传感器进行检测的传统方法相比，避免了受温度、湿度、寿命、安装复杂程度影响的建设难题。且ppp技术不需要基准站，仅依靠单台卫星导航接收机收到的载波相位和伪距探测值，结合高精度的卫星轨道和轨道钟差就能实现定位。但是，ppp技术需要花费30min左右的初始化时间，才能实现厘米级的精度定位，且中断定位后仍需要重新初始化30min才能工作。
5.因此，目前亟需一种ppp与rtk技术结合的大坝形变检测方法，可以无需布设基准站，实现大坝的准确定位。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种基于rtk-ppp技术的大坝形变检测方法，可以在无基准站的情况下，实现大坝形变的高精度快速检测。
7.为了解决上述问题，本发明技术方案如下：一种基于rtk-ppp技术的大坝形变检测方法，步骤包括：s1、在大坝上设置探测点，采集探测点的卫星原始探测数据；同时，大坝所在地的rtk区域参考网获取大气延迟定位增强模型和外部精密大气延迟产品。
8.s2、根据大气延迟定位增强模型得到增强信息，根据增强信息计算卫星探测误差；采用ppp方法得到模糊度的浮点解和浮点解的协方差矩阵；建立关于浮点解的目标函数，采用多级部分整周模糊度固定法得到模糊度的固定解。
9.建立包含卫星原始探测数据、整周模糊度、大气参数、卫星探测误差和探测点实际位置的ppp探测方程；根据外部精密大气延迟产品约束大气参数，采用多级模糊度的固定获
取整周模糊度的整数解并代入ppp探测方程，得到实际位置。
10.s3、根据探测点的历史位置递推得到各探测点的理论位置；比较探测点的理论位置和实际位置，得到大坝在各探测点的形变量。
11.进一步的，s1中获取卫星原始探测数据的具体方式为：在每个探测点上安装卫星接收机和天线；卫星接收机通过天线接收各探测点的卫星原始探测数据。
12.进一步的，还包括s4：根据形变量的变化趋势计算形变速度；判断各探测点的形变速度是否超出预设的正常速度，是则判定该探测点属于异常形变，否则判定该探测点属于正常形变。
13.异常形变包括黄色预警，橙色预警和红色预警三个等级，其中黄色预警对应形变速度为1.3倍的正常速度，橙色预警对应形变速度为2倍的正常速度，红色预警对应形变速度为3倍的正常速度。
14.进一步的，s2中的ppp探测方程的参数还包括卫星轨道、卫星钟差误差及卫星接收机钟差；卫星轨道和钟差误差采用情报采集卫星igs播发的精密卫星轨道和钟差产品计算得到；接收机钟差采用卫星相位偏差估计模型估计得到。
15.进一步的，s2中先对卫星原始探测数据进行预处理去除粗差，再采用ppp方法对卫星原始探测数据进行修正。
16.进一步的，探测点位于大坝与山体的连接处、中心和集中受力处。
17.有益效果：1、本发明提出一种基于rtk-ppp技术的大坝形变检测方法，将rtk技术与ppp技术结合使用，采用部分整周模糊度固定法，可以实现厘米级的定位精度，同时减少30min的初始化时间。本发明采用rtk区域参考网获取增强信息以修正卫星的探测误差；在解算过程中，利用多级部分整周模糊度固定方法，采用ppp技术建立ppp探测方程；将模糊度的固定解代入ppp探测方程，得到探测点的实际位置。本发明采用rtk技术提高定位速度的同时，因引入了ppp技术而不必布设基准站进行检测；在解算整周模糊度时采用多级部分整周模糊度固定方法，进一步缩短定位的初始化时间；在计算形变量时，引入历史数据推测当前时刻探测点的理论位置，与实际位置相比较，实现大坝形变量的检测。
18.2、本发明的异常形变分为三个等级，以实现梯度预警。
19.3、本发明在修正前对卫星原始探测数据进行预处理，以剔除数据粗差，提高了实际位置的计算精度。
20.4、本发明将探测点设置在大坝与山体的连接处、中心和集中受力处，可以更好地反应大坝的形状。
附图说明
21.图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
22.如图1所示，本发明提出了一种基于rtk-ppp技术的大坝形变检测方法，步骤包括：s1、在大坝上设置探测点，在每个探测点上安装卫星接收机和天线；卫星接收机接收各探测点的探测数据。本发明选用的探测点位于大坝与山体的连接处、中心和集中受力
处，可以更好地反应大坝的形状。此外，本发明还可以根据坝体的不同，在坝基范围内的重要断裂构造或软弱结构面多布置监测点。
23.同时，大坝所在地的rtk区域参考网获取大气延迟定位增强模型和外部精密大气延迟产品。
24.s2、根据增强信息计算卫星探测误差；采用ppp方法得到模糊度的浮点解和浮点解的协方差矩阵；建立关于浮点解的目标函数，采用多级部分整周模糊度固定法得到模糊度的固定解；对卫星原始探测数据进行预处理去除粗差；建立包含卫星原始探测数据、整周模糊度、大气参数、卫星探测误差、探测点实际位置、卫星轨道、卫星钟差误差及卫星接收机钟差的ppp探测方程。其中，卫星轨道和钟差误差采用情报采集卫星igs播发的精密卫星轨道和钟差产品计算得到；接收机钟差采用卫星相位偏差估计模型估计得到。
25.采用多级部分整周模糊度法得到模糊度的固定解的具体步骤为：步骤2.1、通过ppp定位模型和修正后的观测量得到模糊度浮点解；步骤2.2、对模糊度浮点解进行z变换，并得到模糊度；步骤2.3、设定模糊度解算最小需要的成功率值和初始条件取整模糊度个数，对前个模糊度进行条件取整；步骤2.4、从第个去相关后的模糊度开始，检验前个模糊度条件取整后的整体模糊度成功率是否大于或等于设定成功率。如果否，则继续对剩下的模糊度条件取整。这个过程将一直持续，直到个模糊度条件取整，整体模糊度的解算成功率大于。
26.步骤2.5、采用整数最小二乘法对得到的个模糊度子集进行固定，得到该子集的实际整周模糊度；步骤2.6、加上剩余卫星的模糊度进行比率检验，如果通过检验则将这部分模糊度作为最终的整周模糊度，否则，将第颗卫星的模糊度纳入固定子集中，直到通过比率检验或者所有卫星的模糊度都进行整数最小二乘固定。
27.根据外部精密大气延迟产品约束大气参数，根据模糊度的固定解获取整周模糊度的整数解并代入ppp探测方程，得到探测点的实际位置。
28.s3、根据探测点的历史位置递推得到各探测点的理论位置；比较探测点的理论位置和实际位置，得到大坝在各探测点的形变量。
29.s4、根据形变量的变化趋势计算形变速度；判断各探测点的形变速度是否超出预设的正常速度，是则判定该探测点属于异常形变，否则判定该探测点属于正常形变。为了更好地衡量，异常形变包括黄色预警，橙色预警和红色预警三个等级，其中黄色预警对应形变速度为1.3倍的正常速度，橙色预警对应形变速度为2倍的正常速度，红色预警对应形变速度为3倍的正常速度。
30.综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。