基于GNSS的实时大坝形变监测方法、系统与流程

本发明属于基于卫星定位导航技术的建筑物监测，具体涉及一种基于gnss的实时大坝形变监测方法、系统。

背景技术：

1、gnss(global navigation satellite system，全球卫星导航系统)具有全天候、定位精度高、误差不随时间积累等优点，在形变监测中得到广泛的应用。利用基准站坐标已知，通过rtk技术可以实时获取每一个监测站的三维坐标，将实时三维坐标与初始监测站三维坐标作差可以实时获取监测站的三维坐标形变结果。坝体坐标系以各监测站天线的相位中心为原心，x轴沿着水流向下游方向为正，y轴与x垂直且与x轴构成右手坐标系，z轴与x和y轴组成的平面垂直，指向天为正。通过坝体坐标系管理员可以分别获取大坝沿着大坝方向、垂直大坝方向上的变形结果，能较为直观地判断大坝健康状态，提前预警。但现有技术中，通常是以每个监测站为中心分别建立每个监测站的站心坐标系，可以获取监测站实时站心坐标系下的形变结果，但站心坐标系下的形变结果并不能直观显示在坝体坐标系，每一个方向的形变大小，不利于大坝管理人员对坝体健康状态的分析。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明公开了一种基于gnss的实时大坝形变监测方法和系统，可将计算得到三维坐标形变结果转换为坝体坐标系下的形变结果，由此能直观显示坝体在坝体坐标系下每一个方向的形变大小。

2、为实现上述发明目的，本发明公开的基于gnss卫星的实时大坝形变监测方法，主要包括以下步骤：

3、步骤1、接收gnss基准站、gnss监测站上传的实时卫星数据，对所述实时卫星数据进行解析得到各监测站的卫星观测数据；

4、步骤2、采用静态基线解算模式对所述卫星观测数据进行处理，并通过平差计算得到各监测站的静态三维坐标

5、步骤3、通过rtk实时算法解算各监测站的实时三维坐标(x、y、z)，再将所述实时三维坐标与静态三维坐标作差，得到各监测站的实时形变量(δx、δy、δz)；

6、步骤4、分别以各监测站为原点建立站心坐标系，再将所述实时形变量(δx、δy、δz)转换为站心坐标系下的三维形变量(δe、δn、δu)；

7、步骤5、分别构建各监测站对应的大坝坐标系，计算大坝坐标系与站心坐标系的旋转角γ；

8、步骤6、基于所述旋转角γ，将各监测站在站心坐标系下的三维形变量(δe、δn、δu)转换为坝体坐标系下的三维形变量(δe′、δn′、δu′)。

9、进一步，本发明还公开与上述方法对应的基于gnss卫星的实时大坝形变监测系统，其主要包括gnss基准站、gnss监测站和数据处理中心；所述gnss基准站和gnss监测站分别将接收到的实时卫星数据上传至数据处理中心；所述数据处理中心被构造为：采用上述任意一项所述的实时大坝形变监测方法对大坝形变进行实时监测。

10、本发明能将各监测站的站心坐标系形变结果转换为坝体坐标系下，方便大坝管理人员对大坝健康状态分析，对于大坝形变监测等行业具有重要借鉴意义。

技术特征：

1.一种基于gnss卫星的实时大坝形变监测方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的实时大坝监测形变方法，其特征在于，所述步骤1中，所述卫星观测数据至少包括载波相位观测值、伪距观测值。

3.如权利要求1所述的实时大坝监测形变方法，其特征在于，所述步骤1中，所述实时卫星数据符合rtcm协议要求，基于rtcm协议对所述实时卫星数据进行解析。

4.如权利要求1所述的实时大坝监测形变方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

5.如权利要求1所述的实时大坝监测形变方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

6.如权利要求1所述的实时大坝监测形变方法，其特征在于，所述步骤4中，站心坐标系的原点为各监测站的天线的相位中心，坐标轴e指向东为正，n轴与e轴垂直，指向北为正，u轴与e和n轴组成的平面垂直，指向天为正；

7.如权利要求1所述的实时大坝监测形变方法，其特征在于，所述步骤5中，大坝坐标系的原点为各监测站的天线的相位中心，其中，e′轴沿着水流向下游方向为正，n′轴与e′轴垂直且与e′轴构成右手坐标系，u′轴与e′轴和n′轴组成的平面垂直，指向天为正；所述站心坐标系enu与大坝坐标系e′n′u′有共同的坐标原点且z轴重合，通过对站心坐标系绕z轴旋转得到大坝坐标系。

8.如权利要求7所述的实时大坝监测形变方法，其特征在于，旋转角γ的获取方法如下：

9.如权利要求1所述的实时大坝监测形变方法，其特征在于，所述步骤6中，将各监测站在站心坐标系下的三维形变量(δe、δn、δu)转换为坝体坐标系下的三维形变量(δe′、δn′、δu′)的公式如下：

10.一种基于gnss卫星的实时大坝形变监测系统，其特征在于，包括gnss基准站、gnss监测站和数据处理中心；所述gnss基准站和gnss监测站分别将接收到的实时卫星数据上传至数据处理中心；所述数据处理中心被构造为：采用权利要求1至9任意一项所述的实时大坝形变监测方法对大坝形变进行实时监测。

技术总结
本发明公开一种基于GNSS卫星的实时大坝形变监测方法，主要包括：接收GNSS基准站、GNSS监测站上传的实时卫星数据，解析得到各监测站的卫星观测数据；采用静态基线解算模式对卫星观测数据进行处理，并通过平差计算得到各监测站的静态三维坐标；通过RTK实时算法解算各监测站的实时三维坐标后与静态三维坐标作差，得到各监测站的实时形变量；建立站心坐标系，再将实时形变量转换为站心坐标系下的三维形变量；构建大坝坐标系，计算大坝坐标系与站心坐标系的旋转角；将各监测站在站心坐标系下的三维形变量转换为坝体坐标系下的三维形变量。通过本发明可直观显示坝体在坝体坐标系下每一个方向的形变大小。

技术研发人员：毛琪,乔龙雷,闫志跃,杨志翔,高兴旺,刘昊,孙澳,赵泉涌
受保护的技术使用者：南京凌远时空科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13