基于GNSS技术的自动化变形监测系统
上海华测导航技术有限公司
系统集成事业部 副总经理
邱匡成
目录
•GNSS变形监测系统介绍•GNSS变形监测系统应用领域•系统组成
•系统关键技术运用
•GNSS技术运用于变形监测优势
GNSS即全球卫星导航定位系统（Global Navigation Satellite System），目前GNSS泛指美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的GALILEO以及中国的COMPASS（北斗），目前使用范围较多的是美国的GPS系统。
在地球上任何位置、任何时刻GNSS可为各类用户连续地提供动态的三维位置、三维速度和时间信息，实现全球、全天候的连续实时导航、定位和授时。目前，GNSS已在大地测量、精密工程测量、地壳形变监测、石油勘探等领域得到广泛应用。
通过近十多年的实践证明，利用GNSS定位技术进行精密工程测量和大地测量，平差后控制点的平面位置精度为1mm～2mm，高程精度为2mm～4mm。
GNSS基准站设置在非形变区，GNSS监测站设置在形变监测区（监测断面的布置和监测点的数量根据监测项目的要求来设置）。
通过数据传输系统将同一时刻的GNSS基准站及GNSS监测站的原始观测数据发送到数据中心（数据采样间隔可达1秒10次-20次）。
专业变形监测软件GPSensor对数据进行自动解算处理，得到监测点实时的毫米级坐标值。
水利水电大坝监测
尾矿库安全监测
地质滑坡灾害监测
桥梁安全监测
露天矿开采边坡、排土场、排矸场监测
地表塌陷区沉降监测
大型构筑物监测
华测变形监测系统组成系统拓扑图
传感器子系统多传感器平台融合
前端系统组成示意图
数据传输系统：
有线传输：光纤、网线、485信号、422信号无线传输：无线网桥、2G/3G 通讯模块、
Zigbee
数据通讯子系统
串口通讯 TCP/UPD 通讯 UHF/VHF/MODEM
Trimble Javad 电离层改正 Huace
测站环境干扰去除
接收机钟差改正 数据视图 接收机视图 测站变形曲线
接收机分布网图
基线解算视图
监测点点位离散
图 星历更新窗口
日志
数据记录/远程服务
据视图
时间同步 地方坐标转换 系统完备性监测 报警/远程服务 数据导入/导出 原始数据后处理 双差Kalman 滤波解算 三差Kalman 滤波解算 实时动态自由网平差
NovAtel Navcom 远程设置
桥梁监测客户端
沉降监测客户端
滑坡监测客户端
软件系统设计架构图
软件系统数据流程图
•卫星数据
–卫星颗数
–每颗卫星的位置
–每颗卫星的信噪比–每颗卫星的仰角•GPS定位数据
–坐标
–水平精度、垂直精度–PDOP值
–使用卫星颗数
–解类型
–数据时延
优化的野外供电技术
MPPT（ Maximum Power Point
Tracking ）
Zigbee
PLC WLAN
MESH
组合式通讯方案
前端密集传
感器自组网小区域电力
线通信传输5.8 GHz 点对点
主干数据传输区域内移动无
线数据传输
采用滤波方法消除GNSS 动态定位数据中的随机误差，即Kalman 滤波器。将真实的状态（定位结果）从各种随机干扰中实时最优地估计出来。
GNSS 动态定位的离散状态空间模型如下：
(1)(1,)()()(1)[(1),1](1)k k k k k k X k k k +=++⎫⎬+=++++⎭
X ΦX W Y h V 核心算法
为了更好的提高精度采用扩展的动态非线性Kalman 和抗差自适应kalman 滤波等多种算法和误差处理模型进行差分解算
在一个静止点上，采用双频GPS接收机和普通双频天
线进行实时RTK解算
RTK的定位精度平
面在2个厘米之
内，高程在4个厘
米之内
平面精度在
10mm左右，
高程精度在
15mm左右
在一个静止点上，采用双频GPS接收机和普通双频天线，然后采用GPSensor软件对其连续解算24个小时
在一个静止的点上，分20分钟一个时段对其连续观测5
个小时的数据
平面后处理结果高程后处理结果
平面精度在8mm左右，高程精度在12mm
在一个静止的点上，分10分钟一个时段对其连续观测5个小时的数据，用华测GPSensor准动态Kalman算法对其
进行处理
Kalman 算法平面解算结果Kalman 算法高程解算结果
平面精度在5mm 左右，高程精度在8mm左右
多星解
算GPS
GLONASS
Galileo
Compass 多星座联合解算
常规变形监测技术包括采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常规测量仪器测定点的变形值，其优点是：
1、能够提供变形体整体的变形状态；
2、适用于不同的监测精度要求、不同形式的变形体和不同的监测环境；
3、可以提供绝对变形信息。
但外业工作量大，布点受地形条件影响，不易实现自动化监测。
