变形监测课件之五GS在变形监测中的应用

第5章GPS在变形监测中的应用主要内容概述GPS定位基本原理GPS实时监测技术GPS一机多天线监测技术5.1概述全球定位系统(GPS)作为20世纪一项高新技术，具有速度快、全天候、自动化、测站间无需通视、可同时测定点的三位坐标及精度高等优点，因而获得了广泛应用。目前，GPS精密定位技术已经广泛地渗透到经济建设和科学技术的许多领域，对经典大地测量学的各个方面产生了极其深刻的影响。它在大地测量学及其相关学科领域，如地球动力学、海洋大地测量、地球物理探测、资源勘探、航空与卫星遥感、工程变形监测、运动目标的测速以及精密时间传递等方面的广泛应用，充分显示了卫星定位技术的高精度与高效益。GPS定位系统的组成GPS定位系统实现了全球覆盖、全天候、高精度、实时连续定位。它由GPS卫星组成的空间部分、若干个地面监控站组成的地面监控系统和以接收机为主体的用户定位设备三部分组成。三者有各自独立的功能和作用，但又是有机地配合而缺一不可的整体系统。图5-1GPS定位系统的组成空间部分地面监控部分用户设备部分图5-3GPS工作卫星图5-2GPS卫星星座图5-4GPS地面监控系统分布图图5-5GPS接收机5.2GPS定位基本原理略5.3GPS实时监测技术基本原理实时动态（RTK）测量系统，是GPS测量技术与数据传输技术相结合而构成的组合系统。它是GPS测量技术发展中的一个新的突破。RTK测量技术，是以载波相位为根据的实时差分GPS（RTDGPS）测量技术。实时动态测量的基本思想是，在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示用户站的三维坐标及其精度。实时监测系统的构成清华大学已成功将GPSRTK技术应用于虎门大桥的实时安全监测。GPSRTK实时监测系统主要是由GPS基准站、GPS监测站、光纤通信链路和数据处理与监测中心等部分组成，而数据处理与监测中心主要由工作站、服务器和局域网组成。基准站将接收到的卫星差分信息经过光纤实时传递到监测站，监测站接收卫星信号及GPS基准站信息，进行实时差分后，可实时测得站点的三维空间坐标。基准站监测站监测站数据处理与监测中心光纤通讯GPS卫星图5-7GPS实时监测系统的构成系统各个部分功能(1)GPS基准站。输出差分信号和原始数据，基准站应设在测区内地势较高，视野开阔，且坐标已知的点上。(2)GPS监测站。输出RTK差分结果和原始数据。(3)工控机。采集GPS流动站的原始数据和RTK差分结果，向GPS流动站发送控制命令。通过切换开关控制共享、分配器的工作。(4)服务器。运行数据库，处理工控机发送来的数据供工作站显示和分析。(5)远程控制器。远程启动和复位GPS监测站。(6)共享、分配器。把差分信号由1路分成多路，每路差分信号和对应的控制命令通过切换开关共享一路。(7)局域网。网络包括调制解调器、光纤、集线器和网线等，提供数据库存取和文件操作的通道。基准站光纤共享、分配光纤流动站图5-8GPS差分信号流程工作站网络工控机共享器GPS接收机图5-9控制命令流程GPS接收机工控机接收、处理原始数据网络网络原始数据服务器分析工作站图5-10RTK数据、原始数据流程实时监创测的特绸点(1究)由于GPS是接喝收卫雹星信叙号来那进行鞋定位粘，所静以各收监测绣点只颗要能隆接收5颗以上GP影S卫星畜及基侍准站肢传来券的GPS差分信开号，即财可进行GPS大RT凭K差分定芳位。各待监测站筝之间无味需通视侨，是相妨互独立富的观测耍值；(2)仓GP酱S可以记实现茎全天捷候定袍位，跟可以爪在暴船风雨银中进将行监搬测；(3发)吃GP预S测定国位移蚂自动灾化程唱度高陡。从是接收源信号送，捕坚捉卫矛星，浩到完召成RTK差分位忘移都可凤由仪器朽自动完芳成。所挠测三维竞坐标可妹直接存筹入监控针中心服堂务器，威并进行中安全性窃分析；(4)最GP骆S定位速漏度快、娘精度高忆。GPS伍RT轻K最快可疯达10～20穷Hz速率卖输出肾定位苦结果幸，定慢位精琴度平具面为±1故0m阻m，高程耀为±20猎mm。5.4旗GP棕S一机庆多天代线监瘦测技酬术系统设火计原则(1这)先进泳性。肉即选钞用的疮仪器晃设备驳性能赖应是笋当今妖世界皂上最替先进骂的。引系统粱结构困先进攻，反扫应速河度快熄，监霜测精碌度必鹿须达尘到相饲应的差国家破规范封要求开。(2)可靠性跪。即系栗统采集势的GPS原始宏数据零必须丹完善肚、正狸确；围数据举传输灭网络筋结构创可靠质，传馆输误秤码率菌低；宵数据千处理服、分姑析结锻果必亏须准缴确；峡整个怀系统叙故障进率低铺。(3)自动版化。歌即从县数据衣采集毫、传梯输到荣分析证、显槽示、廊打印匀、报钥警等晨实现哄全自抄动化楚。(4应)易维护敌。即系吩统中各刷监测单馋元互相槽独立，马并行工担作。系安统采取睡开放式鸭模块结应构，便大于增加世、更新妙、扩充援、维护蝴。(5旨)经济性食。即在坐保证先半进、可写靠、自乎动化程依度高的蚂前提下丙，采取怕各种有咸效方法絮，力求愚功效高湖、成本旺低。多天线控制器天线组GPS接收机数据处理中心GPS一机多蒜天线接尼收单元GP结S一机多馆天线监荒测系统新的组成在不改嘴变已有GP垄S接收习机结列构的塌基础坑上，楚通过窝一个闯附加陶的GPS信号俩分时写器连赵接开够关将扒多个引天线哨阵列愿与同茶一台行接收硬机连丑接；通过这宪样一个GP绘S多天线香转换开察关可以柔实现一骡台接收顶机与多胁个天线惯相连，认通过GP项S数据胁处理策后同仅样可姿以获冤得变剂形体让的形院变规佛律；该系斗统包改括控拜制中也心、库数据农通信猾、多祥天线锣控制荡器和童野外隙供电蔬系统贤等4部分组鼠成。多用转换开关基准站接收机监测站接收机数据处理中心数据库报告变形分析模型图5-11GPS一机多天线监测系统的构成控制中蜜心控制但中心旺可以心对GP馒S多天在线控削制器刑微波无开关捆各信谁号通时道进揉行参熄数设哥定，挪包括惑各通及道的尝开关犹的选犁择，累各通风道的续时间勒参数童设定怕等，家还可杂以设造定系监统的锡工作狸方式惨，例轨如对创采集鲜数据里的传纵送方旬式（插实时订或事医后）落进行胁控制渴，并姜将由堂现场心传来刮的GPS原始数潮据，通唇过相关宏的数据任处理，呜实现精膜确定位朴。数据通谦讯(1）利用赔电话线瓶进行数拢据通信奏，由于泼有现成垫的电话谋线，只躺需购置独相关的夹调制解必调器即根可。该者通讯方慌式成本攀较低，岛传输距构离不受处限制，挣实时性候可以保副证，工辛作时，朗由于占絮用电话隔网费用警较高，欢有些场呈合可以迅考虑使江用内部樱小总机种分机方馋式进行栗通信。(2）利用肚无线方度式进行享数据通林信，如端利用现衰有的GSM信道扇。(3）组网验方式。扬构成局牛域网，窝从而可衡以利用扮网上的首相关资虏源进行愁数据通珠信，这究种方式其进行数阳据通信夺时，方阀便、可婚靠、通谢用性强评，不需魂购置专粒用设备馅，但组承网成本冷较高，璃如果不果是具备侧现成的狡网络条羡件，不随太适宜刚采用，厅数据传蚕送时，键实时性完可能难侍以保证伐。GP帜S多天创线控矛制器多天线觉控制器贫包括计痰算机系立统、天感线开关浴阵列和躁控制电捐路，其病主要由柳硬件和明软件两跃部分组宇成，它预是无线奔电通信共中的微激波开关梁技术、砍计算机结实时控惭制技术盗和大地烘测量数乌据处理柳理论及来算法的溪有机结家合，仅忙用1台GP仍S接收物机互汗不干低扰地矮接收刚多个GP焰S天线传姑输来的冈信号，鼓通过软纤件处理将实现精淘确定位傲。GPS一机触多天钞线控锯制器野外供闪电系统由于GP加S多天线哄监测系笼统工作冠在野外劈燕，需要鞠长时间刊工作并得且不能拿间断，浊实际系遗统中，溜为防备角电源断遗电而引害起数据驶丢失，栽在电路瓜控制板祖上设计灿有电源长供电检现测系统雁，当检转测到电感源电压取不足时刮，给CPU发出警蹦告，CPU会立仍即进巨行相田关的说数据服保存芳处理缠。隔河替岩大重坝外突观变老形GPS自动坛化监悦测系酒统工程写概况隔河岩吗水电站赌总装机夹容量为120万kw，年心发电30.奋4亿kw究.h，水库稼正常蓄穴水位为20道0m，总牲库容廉量为34亿m3，是清言江三个摧梯级水磨电站之返一。隔河岩扰水电站渔是华中负电网重箱要的调砌峰调频职电站，狡它的建平成对于泥缓解华谨中地区氏的电力即紧张状概况，保歪证华中韵电网的易安全稳珠定运行竞；对于香消除清挑江中下炉游的洪臭涝灾害存，避免运清江洪承峰与长兴江洪峰纸相遇以卵减轻长哭江荆江蕉段及下失游的防费洪压力仿；对于它打通清寨江航道嫂，为鄂图西山区诞提供便稀捷的交把通动脉点，促进农商品流撞通和资毙源开发膊；对于吐发展清井江流域散的旅游惧事业等景都具有乡丰十分重籍要的意江义。大坝裙情况隔河岩坐水电站良大坝为屈三圆心渠变截面适重力拱州坝，最婚大坝高15价1m，坝顶墨弧线全氏长为65歇3m，坝霜顶高观程为206经m。高程150锹m以下俱为拱贪坝，钥高程15夕0m以上为涉重力坝碌。坝址为勺凹形河症谷，地穗形条件铅比较复订杂。监测旱系统恶的总避体结典构大坝变叫形GP通S自动化亚监测系眨统是由舒数据采耗集、数诞据传输厅及数据序处理、端分析和箱管理三绘个部分龟组成的蹲。整个系中统的数毕据采集任、传输饶、处理跳、分析裳、管理锹采用局令域网络屿来完成挽。大坝挠外部氧变形将监测茅系统足的数亡据采奴集工卷作是衡在GP检Sl～GP熟S7这7个GP傍S站上进漫行的。柄其中GPS党l和GPS豪2为位于欺两岸的拨基淮点免，GP格S3～GPS柏7为位贿于大步坝上萍的变苏形监壤测点惜。数据传完输及时掉准确次地传艇输观芹测资腹料及骡有关掉信息宽是建例立GP拢S自动化表监测系录统中的允一个重禾要环节场。坝面纷工控残机通柱过RS鸣--部--填23塘2多串伞口远路距离倡通讯墨方式距将各诵监测移点的常接收驾机面絮板信贷息实欠时传搞送到植总控阳室，集同时惊又通闻过多孟路开鹊关方鸣式，扑按总被控室个所设科置的片时间调间隔耀定时返将上掌述各际台接钻收机亏所采瓜集到点的数霜据(观测值雀、卫星评星历等)传回鞭服务灵器。数据分卡析数据骄处理涉、分绢析、鞋管理珍部分压在隔兔河岩慈大坝服外观稻变形GP型S自动化隔监测系准统中具嫌有重要必作用，惹是整个六系统能烤自动运展行的关锤键。主要由魔总控、匀数据处扭理、数越据分析渡和数据股库管理仪等四个繁模块组繁成。总控孙是整纲个系省统中楼各模暑块的辽数据侮交换烧中心倍，也害是系腔统的哥主要啄用户分接口虫。数据畏处理喊模块抵的主奸要功秆能是太：时须段自恰动定蛮义与动选取蠢；自锐