CN111141205B - 基于北斗/gnss高精度定位的建筑物变形监测预警方法、*** - Google Patents

基于北斗/gnss高精度定位的建筑物变形监测预警方法、*** Download PDF

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CN111141205B CN202010016867.1A CN202010016867A CN111141205B CN 111141205 B CN111141205 B CN 111141205B CN 202010016867 A CN202010016867 A CN 202010016867A CN 111141205 B CN111141205 B CN 111141205B
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Abstract

本发明公开了一种基于北斗/GNSS高精度定位的建筑物变形监测预警方法，其特征在于，1)在建筑物周边选择观测条件好的地方作为基准点，在建筑物上选择反映结构变形特征的位置设置流动站，结合北斗/GNSS高精度定位***形成监测网络；2)高精度测绘设备对所述流动站实时监测，获取相关的测量数据；3)卫星高精度定位装置接收数据；4)通过算法判别监测点是否保持稳定，并进行预警；5)滤掉环境震动和电离层延迟、对流层延迟以及多路径效应引起的数据波动，最终计算出稳定的mm级精度的监测点坐标。

Description

基于北斗/GNSS高精度定位的建筑物变形监测预警方法、***
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域，特别涉及一种基于北斗/GNSS高精度定位的建筑物变形监测预警方法、***。
背景技术
在以往的建筑物变形监测中，沉降主要使用水准测量法，而位移主要用三角测量法。然而，现代建筑物的几何尺寸巨大，且监测环境较为复杂，对监测技术也提出了更高的要求。加上常规监测技术的观测时间长，劳动强度大，很难实现自动化监测。
现代卫星定位监测技术对建筑物上的流动点回随着建筑物的高度的变化而产生累计误差，因此需要结合基于北斗/GNSS和动态BIM的施工现场高精度监控体系、方法，对建筑物的全过程进行变形监测和预警，以避免建筑物在此期间的位移过大产生破坏。
发明内容
发明目的：本发明的是为了解决现有技术中的不足，为及时了解建筑施工和运维期的位移变化，提供一种基于北斗/GNSS高精度定位的建筑物变形监测预警方法、***。
技术方案：一种基于北斗/GNSS高精度定位的建筑物变形监测预警方法，具体步骤为 ：
1）在建筑物周边选择观测条件好的地方作为基准点，在建筑物上选择反映结构变形特征的位置设置流动站，结合北斗/GNSS高精度定位***形成监测网络；
2）高精度测绘设备对流动站实时监测，获取相关的测量数据；
3）卫星高精度定位装置接收数据；
4）通过算法判别监测点是否保持稳定，并进行预警；
5）滤掉环境震动和电离层延迟、对流层延迟以及多路径效应引起的数据波动，最终计算出稳定的mm级精度的监测点坐标；
步骤4）中，在计算机中利用GNSS算法，再经短基线解算、坐标转换，形成监测点坐标，利用震动监测仪、光电测距仪和自动全站仪设备监测出的实时环境数据；
步骤4）中，北斗/GNSS高精度定位***每1秒获取一次流动站坐标，在施工期，每间隔1小时输出一次原始数据；在运维期，每1秒获取一次流动站坐标，每6个小时输出一次原始数据，通过算法，过滤掉波动超过3mm的数值，导出过滤后的相邻时段的平均值差值超过5mm，即刻发出警报；
步骤（4）中，在施工期，
第a小时输出的数据为
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
，
即
Figure DEST_PATH_IMAGE004AA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE006AA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE008AA
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE010AA
表示流动站的水平坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE012AA
表示流动站的垂直坐标；
①若存在坐标点
Figure DEST_PATH_IMAGE014AAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE016AAAA
使得
Figure DEST_PATH_IMAGE018AA
，启用光电测距仪测量该点的坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE020AA
，
Figure DEST_PATH_IMAGE022AA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE024AA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE026AA
立即报警；
若不存在坐标点
Figure DEST_PATH_IMAGE014_5A
、
Figure DEST_PATH_IMAGE016_5A
使得
Figure DEST_PATH_IMAGE028AA
，则算法继续；
②
Figure DEST_PATH_IMAGE030AA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE032AA
，
Figure DEST_PATH_IMAGE034AA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE036AA
，
Figure DEST_PATH_IMAGE038AA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE040AA
，
若建筑物监测点旁的振动监测仪输出时段内最大加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE042AAAA
，则检查预埋在监测点旁的卫星定位设备中的电子气泡装置，若气泡未居中，则立即报警；若气泡居中，表示加速度受施工影响，而非建筑物自身形变，无需报警；
若振动监测仪输出相应时段最大加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE044AA
，表明环境的变化对流动站位移的影响较小，可认为1小时内数据的波动是由环境震动和电离层延迟、对流层延迟以及多路径效应引起的，因此算法继续；
因高精度定位***可达mm级别的精度，所以***误差的结果也应该在±1mm以内，即：
若存在
Figure DEST_PATH_IMAGE046AA
，
Figure DEST_PATH_IMAGE048AA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE050AA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE052AA
，则将
Figure DEST_PATH_IMAGE054AA
从数列
Figure DEST_PATH_IMAGE056AA
中移除，即
Figure DEST_PATH_IMAGE058AA
③ 任意1小时数据过滤后的平均值：
Figure DEST_PATH_IMAGE060AA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE062AA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE064AA
,
则
Figure DEST_PATH_IMAGE066AA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE068AA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE070AA
，
若存在
Figure DEST_PATH_IMAGE072AA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE074AA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE076AA
,则启动光电测距仪、自动全站仪等设备复核坐标，实测坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE078AA
，将实测数据进行平差计算得
Figure DEST_PATH_IMAGE080AA
若
Figure DEST_PATH_IMAGE082AA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE084AA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE086AA
,则提取震动监测仪对应时段的加速度判断是否报警，
若
Figure DEST_PATH_IMAGE042_5A
，则立即报警；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE088AA
，则表明当前时段的变形超过允许值是受施工短暂影响，而非建筑物的本身变形，因此无需报警；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE090AA
且
Figure DEST_PATH_IMAGE092AA
且
Figure DEST_PATH_IMAGE094AA
，表明当前时段的变形过大是受施工环境短暂影响，而非建筑物自身变形，因此无需报警；
④ 计算机解算，连续输出坐标数据的平均值为：
Figure DEST_PATH_IMAGE096AA
计算连续6小时内平均位移的均值：
Figure DEST_PATH_IMAGE098AA
Figure DEST_PATH_IMAGE100AA
Figure DEST_PATH_IMAGE102AA
Figure DEST_PATH_IMAGE104AA
Figure DEST_PATH_IMAGE106AA
Figure DEST_PATH_IMAGE108AA
……………………
Figure DEST_PATH_IMAGE110AA
Figure DEST_PATH_IMAGE112AA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE114AA
若存在
Figure DEST_PATH_IMAGE116AA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE118AA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE120AA
，立即报警。
与现有技术相比，本发明提供的一种基于北斗/GNSS高精度定位的建筑物变形监测预警方法、***，至少实现了如下的有益效果：
1、监测期间内，每1秒钟就获取坐标，并对输出数据进行波动性分析，即利用震动监测仪和光电测距仪等设备提供的数据过滤掉环境震动和电离层延迟、对流层延迟以及多路径效应引起的数据波动，用筛选后的数值的平均值来表示相应时段监测点坐标。
2、高精度定位监测***所获数据通过一定算法后预警，***触发自动全站仪等监测设备对基坑位移和沉降进行监测，将数据传输至计算机与北斗高精度定位***的数据进行比对后，判断是否报警，此过程为全自动，无需人力现场监测，降低了运营成本。
3、利用定位***中的电子气泡装置核验建筑物变形，是因为施工过程中可能引发震动，促使震动检测仪器输出的加速度大于允许值，而电子气泡装置可以检验建筑物是否发生变形，判断震动加速度过大产生的原因。
4、过滤后数据的平均值引起的超标状况，启动自动全站仪、光电测距仪等复核验算，输出实测数据进行平差计算，大大降低了实测情况下的***误差。
当然，实施本发明的任一产品并不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
具体实施方式
现详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
实施例1，
一种基于北斗/GNSS高精度定位的建筑物变形监测预警方法，具体步骤为 ：
1）在建筑物周边选择观测条件好的地方作为基准点，在建筑物上选择反映结构变形特征的位置设置流动站，结合北斗/GNSS高精度定位***形成监测网络；
2）高精度测绘设备对流动站实时监测，获取相关的测量数据；
3）卫星高精度定位装置接收数据；
4）通过算法判别监测点是否保持稳定，并进行预警；
5）滤掉环境震动和电离层延迟、对流层延迟以及多路径效应引起的数据波动，最终计算出稳定的mm级精度的监测点坐标；
步骤4）中，在计算机中利用GNSS算法，再经短基线解算、坐标转换，形成监测点坐标，利用震动监测仪、光电测距仪和自动全站仪设备监测出的实时环境数据；
步骤4）中，北斗/GNSS高精度定位***每1秒获取一次流动站坐标，在施工期，每间隔1小时输出一次原始数据；在运维期，每1秒获取一次流动站坐标，每6个小时输出一次原始数据，通过算法，过滤掉波动超过3mm的数值，导出过滤后的相邻时段的平均值差值超过5mm，即刻发出警报；
步骤（4）中，在施工期，
第a小时输出的数据为
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAA
，
即
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAA
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAA
表示流动站的水平坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAA
表示流动站的垂直坐标；
①若存在坐标点
Figure DEST_PATH_IMAGE014_6A
、
Figure DEST_PATH_IMAGE016_6A
使得
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAA
，启用光电测距仪测量该点的坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAA
，
Figure DEST_PATH_IMAGE022AAA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE024AAA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE026AAA
立即报警；
若不存在坐标点
Figure DEST_PATH_IMAGE014_7A
、
Figure DEST_PATH_IMAGE016_7A
使得
Figure DEST_PATH_IMAGE028AAA
，则算法继续；
②
Figure DEST_PATH_IMAGE030AAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE032AAA
，
Figure DEST_PATH_IMAGE034AAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE036AAA
，
Figure DEST_PATH_IMAGE038AAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE040AAA
，
若建筑物监测点旁的振动监测仪输出时段内最大加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE042_6A
，则检查预埋在监测点旁的卫星定位设备中的电子气泡装置，若气泡未居中，则立即报警；若气泡居中，表示加速度受施工影响，而非建筑物自身形变，无需报警；
若振动监测仪输出相应时段最大加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE044AAA
，表明环境的变化对流动站位移的影响较小，可认为1小时内数据的波动是由环境震动和电离层延迟、对流层延迟以及多路径效应引起的，因此算法继续；
因本发明的高精度定位***可达mm级别的精度，所以***误差的结果也应该在±1mm以内，即：
若存在
Figure DEST_PATH_IMAGE046AAA
，
Figure DEST_PATH_IMAGE048AAA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE050AAA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE052AAA
，则将
Figure DEST_PATH_IMAGE054AAA
从数列
Figure DEST_PATH_IMAGE056AAA
中移除，即
Figure DEST_PATH_IMAGE058AAA
③ 任意1小时数据过滤后的平均值：
Figure DEST_PATH_IMAGE060AAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE062AAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE064AAA
,
则
Figure DEST_PATH_IMAGE066AAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE068AAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE070AAA
，
若存在
Figure DEST_PATH_IMAGE072AAA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE074AAA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE076AAA
,则启动光电测距仪、自动全站仪等设备复核坐标，实测坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE078AAA
，将实测数据进行平差计算得
Figure DEST_PATH_IMAGE080AAA
若
Figure DEST_PATH_IMAGE082AAA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE084AAA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE086AAA
,则提取震动监测仪对应时段的加速度判断是否报警，
若
Figure DEST_PATH_IMAGE042_7A
，则立即报警；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE088AAA
，则表明当前时段的变形超过允许值是受施工短暂影响，而非建筑物的本身变形，因此无需报警；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE090AAA
且
Figure DEST_PATH_IMAGE092AAA
且
Figure DEST_PATH_IMAGE094AAA
，表明当前时段的变形过大是受施工环境短暂影响，而非建筑物自身变形，因此无需报警；
④ 计算机解算，连续输出坐标数据的平均值为：
Figure DEST_PATH_IMAGE096AAA
计算连续6小时内平均位移的均值：
Figure DEST_PATH_IMAGE098AAA
Figure DEST_PATH_IMAGE100AAA
Figure DEST_PATH_IMAGE102AAA
Figure DEST_PATH_IMAGE104AAA
Figure DEST_PATH_IMAGE106AAA
Figure DEST_PATH_IMAGE108AAA
……………………
Figure DEST_PATH_IMAGE110AAA
Figure DEST_PATH_IMAGE112AAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE114AAA
若存在
Figure DEST_PATH_IMAGE116AAA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE118AAA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE120AAA
，立即报警。
一种基于北斗/GNSS高精度定位的建筑物变形监测预警***，包括流动站、高精度测绘设备、卫星高精度定位装置、计算机；
流动站，设于建筑物上选择反映结构变形特征的位置上；
高精度测绘设备，用于对流动站实时监测，通过卫星高精度定位装置获取相关的测量数据；
计算机，用于通过算法最终计算出稳定的mm级精度的监测点坐标。
对流动站实时监测的高精度测绘设备包括，震动监测仪、光电测距仪和自动全站仪。
计算机中的算法，通过利用震动监测仪、光电测距仪和自动全站仪监测出的实时环境数据，过滤掉环境震动和电离层延迟、对流层延迟以及多路径效应引起的数据波动。
通过上述实施例可知，本发明提供的一种基于北斗/GNSS高精度定位的建筑物变形监测预警方法、***，至少实现了如下的有益效果：
1、监测期间内，每1秒钟就获取坐标，并对输出数据进行波动性分析，即利用震动监测仪和光电测距仪等设备提供的数据过滤掉环境震动和电离层延迟、对流层延迟以及多路径效应引起的数据波动，用筛选后的数值的平均值来表示相应时段监测点坐标。
2、高精度定位监测***所获数据通过一定算法后预警，***触发自动全站仪等监测设备对基坑位移和沉降进行监测，将数据传输至计算机与北斗高精度定位***的数据进行比对后，判断是否报警，此过程为全自动，无需人力现场监测，降低了运营成本。
3、利用定位***中的电子气泡装置核验建筑物变形，是因为施工过程中可能引发震动，促使震动检测仪器输出的加速度大于允许值，而电子气泡装置可以检验建筑物是否发生变形，判断震动加速度过大产生的原因。
4、过滤后数据的平均值引起的超标状况，启动自动全站仪、光电测距仪等复核验算，输出实测数据进行平差计算，大大降低了实测情况下的***误差。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (1)

1.一种基于北斗/GNSS高精度定位的建筑物变形监测预警方法，其特征在于，具体步骤为 ：
1）在建筑物周边选择观测条件好的地方作为基准点，在建筑物上选择反映结构变形特征的位置设置流动站，结合北斗/GNSS高精度定位***形成监测网络；
2）高精度测绘设备对所述流动站实时监测，获取相关的测量数据；
3）卫星高精度定位装置接收数据；
4）通过算法判别监测点是否保持稳定，并进行预警；
5）滤掉环境震动和电离层延迟、对流层延迟以及多路径效应引起的数据波动，最终计算出稳定的mm级精度的监测点坐标；
所述步骤4）中，在计算机中利用GNSS算法，再经短基线解算、坐标转换，形成监测点坐标，利用震动监测仪、光电测距仪和自动全站仪设备监测出的实时环境数据；
所述步骤4）中，北斗/GNSS高精度定位***每1秒获取一次流动站坐标，在施工期，每间隔1小时输出一次原始数据；在运维期，每1秒获取一次流动站坐标，每6个小时输出一次原始数据，通过算法，过滤掉波动超过3mm的数值，导出过滤后的相邻时段的平均值差值超过5mm，即刻发出警报；
步骤（4）中，在施工期，
第a小时输出的数据为
Figure 149465DEST_PATH_IMAGE002
，
即
Figure 98966DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 125828DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 451767DEST_PATH_IMAGE008
，其中
Figure 864163DEST_PATH_IMAGE010
表示流动站的水平坐标，
Figure 515724DEST_PATH_IMAGE012
表示流动站的垂直坐标；
①若存在坐标点
Figure 764303DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 893933DEST_PATH_IMAGE016
使得
Figure 177146DEST_PATH_IMAGE018
，启用光电测距仪测量该点的坐标
Figure 734030DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 719172DEST_PATH_IMAGE022
或
Figure 386914DEST_PATH_IMAGE024
或
Figure 524634DEST_PATH_IMAGE026
立即报警；
若不存在坐标点
Figure 252419DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 730717DEST_PATH_IMAGE016
使得
Figure 936570DEST_PATH_IMAGE028
，则算法继续；
②
Figure 194376DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 827483DEST_PATH_IMAGE032
，
Figure 803529DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 796762DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 174653DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 978661DEST_PATH_IMAGE040
，
若建筑物监测点旁的振动监测仪输出时段内最大加速度
Figure 176424DEST_PATH_IMAGE042
，则检查预埋在监测点旁的卫星定位设备中的电子气泡装置，若气泡未居中，则立即报警；若气泡居中，表示加速度受施工影响，而非建筑物自身形变，无需报警；
若振动监测仪输出相应时段最大加速度
Figure 989660DEST_PATH_IMAGE044
，算法继续；
因高精度定位***可达mm级别的精度，所以***误差的结果也应该在±1mm以内，即：
若存在
Figure 471325DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 711814DEST_PATH_IMAGE048
或
Figure 396873DEST_PATH_IMAGE050
或
Figure 748220DEST_PATH_IMAGE052
，则将
Figure 835125DEST_PATH_IMAGE054
从数列
Figure 495782DEST_PATH_IMAGE056
中移除，即
Figure 402558DEST_PATH_IMAGE058
③ 任意1小时数据过滤后的平均值：
Figure 557596DEST_PATH_IMAGE060
、
Figure 499007DEST_PATH_IMAGE062
、
Figure 346877DEST_PATH_IMAGE064
,
则
Figure 6529DEST_PATH_IMAGE066
、
Figure 948946DEST_PATH_IMAGE068
、
Figure 479284DEST_PATH_IMAGE070
，
若存在
Figure 498056DEST_PATH_IMAGE072
或
Figure 379424DEST_PATH_IMAGE074
或
Figure 141844DEST_PATH_IMAGE076
,则启动光电测距仪、自动全站仪等设备复核坐标，实测坐标
Figure 307115DEST_PATH_IMAGE078
，将实测数据进行平差计算得
Figure 965629DEST_PATH_IMAGE080
若
Figure 334294DEST_PATH_IMAGE082
或
Figure 634825DEST_PATH_IMAGE084
或
Figure 405335DEST_PATH_IMAGE086
,则提取震动监测仪对应时段的加速度判断是否报警，
若
Figure DEST_PATH_IMAGE087
，则立即报警；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE089
，无需报警；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE091
且
Figure DEST_PATH_IMAGE093
且
Figure DEST_PATH_IMAGE095
，因此无需报警；
④ 计算机解算，连续输出坐标数据的平均值为：
Figure DEST_PATH_IMAGE097
计算连续6小时内平均位移的均值：
Figure DEST_PATH_IMAGE099
Figure DEST_PATH_IMAGE101
Figure DEST_PATH_IMAGE103
Figure DEST_PATH_IMAGE105
Figure DEST_PATH_IMAGE107
Figure DEST_PATH_IMAGE109
……………………
Figure DEST_PATH_IMAGE111
Figure DEST_PATH_IMAGE113
、
Figure DEST_PATH_IMAGE115
若存在
Figure DEST_PATH_IMAGE117
或
Figure DEST_PATH_IMAGE119
或
Figure DEST_PATH_IMAGE121
，立即报警。
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