CN114383494B - Mems触发辅助gnss数据处理软件形变监测临灾预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种MEMS触发辅助GNSS数据处理软件进行形变监测临灾预警的方法，观测站GNSS接收机包括MEMS芯片，所述MEMS芯片用于监测变形监测体的三个方向加速度数据；当观测站GNSS接收机中的MEMS传感器监测的加速度值超过设定的阈值时，观测站GNSS接收机将现场接收机的形变趋势快速传递给GNSS数据处理软件，GNSS数据处理软件除保留当前已经设置的静态解算模式外，自动地开启快速解算模式，并修改解算方式、解算周期和解算时长的参数。该方法可以实现临灾预警的同时仍能保持高精度的趋势监测，且不需人工干预，完全根据现场需求进行配置。
Description
技术领域
本发明涉及形变监测技术领域，尤其涉及一种利用MEMS触发辅助GNSS数据处理软件进行形变监测临灾预警的方法。
背景技术
近年来，由山体滑坡、大坝变形、桥梁倒塌等造成的人员丧亡有增多的趋势，相关部门越来越重视地表形变的临灾预警与趋势监测。目前全球卫星导航技术(GNSS)具有成本低、无需通视、定位精度高的特点，已经成为地表形变的主流监测手段。而现有技术中的GNSS接收机大多采用上报原始卫星数据的方式，GNSS数据处理软件则按照设定的静态或者动态引擎、解算周期、解算时长对收到的GNSS原始卫星数据进行解算，并将解算结果上报给监控中心平台进行展示。该技术存在以下缺陷：1)采用单一静态解算方式，解算精度高，但实时性差；2)采用单一RTK动态解算的方式，实时性高，但精度低，功耗大。3)以上两种静态或者动态的方式不能自适应调整，需要人为更改GNSS数据处理软件的解算引擎，不适合滑坡等形变突变场合。
发明内容
本发明提出一种利用MEMS触发辅助GNSS数据处理软件进行形变监测临灾预警的方法，不仅解决了临灾预警下地表形变的快速监测问题，而且能按照原有的趋势监测对站点进行高精度的解算。
本发明技术方案：
MEMS触发辅助GNSS数据处理软件形变监测临灾预警方法，基准站GNSS接收机放置在地表稳定的区域；观测站GNSS接收机放置在变形监测体上，用于将形变趋势传递给GNSS数据处理软件，GNSS数据处理软件按照设定的静态解算模式、解算周期、解算时长对收到的GNSS原始卫星数据进行解算，并将解算结果上报给监控中心平台进行展示。
观测站GNSS接收机包括MEMS芯片，所述MEMS芯片用于监测变形监测体的三个方向加速度数据；
当观测站GNSS接收机中的MEMS传感器监测的加速度值超过设定的阈值时，观测站GNSS接收机将现场接收机的形变趋势快速传递给GNSS数据处理软件，GNSS数据处理软件除保留当前已经设置的静态解算模式外，自动地开启快速解算模式，并修改解算方式、解算周期和解算时长的参数。
进一步地，GNSS接收机的上电初始化配置如下：
观测站GNSS接收机完成通信参数、板卡的原始观测数据和星历数据的周期，MEMS三个方向的加速度阈值的初始化配置；
基准站GNSS接收机完成通信参数、板卡的原始观测数据和星历数据的周期的初始化配置。
进一步地，观测站GNSS接收机的通信流程如下：
观测站GNSS接收机、基准站GNSS接收机与监控中心数据云平台之间保持着TCP常连接，以Socket的形式传递数据；此时观测站GNSS接收机、基准站GNSS接收机均作为客户端；
观测站GNSS接收机、基准站GNSS接收机按照设定的采样周期将GNSS接收机的卫星原始数据发送给监控中心数据云平台；所述卫星原始数据包括GPS、BDS、GLONASS的原始观测数据和星历数据；
当观测站GNSS接收机的MEMS传感器发生触发时，GNSS接收机将触发信号发送至监控中心数据云平台。
进一步地，观测站GNSS接收机的MEMS传感器未发生触发时，GNSS数据处理软件工作流程如下：
监控中心数据云平台通过HTTP协议将观测站GNSS接收机的卫星原始数据解析并打包后发送给GNSS数据处理软件；
GNSS数据处理软件按照设定的解算周期对收到的原始数据进行基线解算，解算完毕后，GNSS数据处理软件以客户端的角色发起仪器会话，通过TCP或者HTTP方式将GNSS解算后的数据传递给监控中心数据云平台展示和入库；
当GNSS接收机观测站的MEMS传感器发生触发时工作流程如下：
监控中心数据云平台通过HTTP协议将观测站GNSS接收机的卫星原始数据解析打包后发送给GNSS数据处理软件；
GNSS数据处理软件对收到的MEMS传感器触发信号进行解析，并进入快速解算模式；
GNSS数据处理软件对收到的卫星原始数据进行解算，解算完毕后，GNSS数据处理软件以客户端的角色发起仪器会话，通过TCP或者HTTP方式将GNSS解算后的数据传递给监控中心数据云平台展示和入库；
监控中心数据云平台判断至少10组快速解算模式解算的坐标值Xi，Yi，Hi的中误差均小于设定阈值，且同时监控中心数据云平台未收到观测站GNSS接收机发送的MEMS触发信号，则监控中心数据云平台给GNSS数据处理软件发送停止快速解算模式的命令。
进一步地，GNSS数据处理软件采用两个线程进行数据处理，一种是趋势监测线程，对1个小时以上的原始观测数据进行静态解算；另一种是快速监测线程，可对1～5分钟的原始观测数据进行快速解算。
应用本发明的技术方案，当作为观测站的GNSS接收机的MEMS传感器未产生触发信号时，GNSS数据处理软件按照设定的解算周期和解算时长对监测体进行长期趋势监测；当作为观测站的GNSS接收机的MEMS传感器产生触发信号时，GNSS数据处理软件会自动进入快速解算模式，并同时保留长期趋势监测的模式，这样不仅能快速地捕捉形变体的变化趋势，而且也能对形变体的长期趋势进行高精度监测。该方法可以实现临灾预警的同时仍能保持高精度的趋势监测，且不需人工干预，完全根据现场需求进行配置。
附图说明
图1为MEMS传感器未发生触发，GNSS数据处理软件的工作流程图；
图2为MEMS传感器发生触发，GNSS数据处理软件的工作流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种利用MEMS触发辅助GNSS数据处理软件进行形变监测临灾预警的方法，可有效解决以下问题：1)GNSS数据处理软件的静态或者动态引擎、解算周期、解算时长可自动设置，不需人工干预。2)当观测站GNSS接收机中的MEMS传感器监测的加速度值超过设定的阈值时，观测站GNSS接收机可智能地将现场接收机的形变趋势快速传递给GNSS数据处理软件，GNSS数据处理软件除保留当前已经设置的趋势监测线程外(采用长时间的静态解算)，会自动地开启快速解算模式线程，并修改解算方式、解算周期和解算时长的参数。这样不仅解决了临灾预警下地表形变的快速监测问题，而且能按照原有的趋势监测对站点进行高精度的解算。
观测站GNSS接收机是主要的形变监测装置，MEMS芯片作为观测站GNSS接收机的一个功能模块，集成在观测站GNSS接收机中，由观测站GNSS接收机中的微控制器进行通断电控制及三个方向加速度数据读取。此外，该装置中还集成了4G模块、电源模块、GNSS板卡等核心单元。
产生MEMS触发的GNSS接收机为观测站，放置在变形监测体上。该观测站对应的基准站可以选择不带MEMS触发的GNSS接收机，放置在地表稳定的区域。
GNSS数据处理软件主要采用两个线程进行数据处理，一种是趋势监测线程，主要对长时间(大于等于1个小时)的数据进行静态解算；另一种是快速监测线程，可对1～5分钟的原始观测数据进行静态解算。趋势监测线程是一种可以对监测体进行长期趋势监测的线程，一般周期为1个小时或者2个小时；快速监测线程是当MEMS传感器产生触发信号后，GNSS数据处理软件进入快速静态解算模式，一般1分钟～5分钟可输出一组解算结果。
数据传输链路单元主要有：GNSS接收机、4G(或5G)网络、监控中心数据云平台、GNSS数据处理软件。
其中，观测站GNSS接收机除可以接收卫星的原始观测数据，还可以采集MEMS传感器的加速度值，并判定MEMS传感器的加速度值是否超过阈值，若超过阈值，则会产生MEMS触发信号；
4G(或5G)网络，作为观测站GNSS接收机和监控中心数据云平台的无线传输方式；
监控中心数据云平台是部署在云服务器上的数据通信和业务软件，主要负责原始数据及其它数据的接收入库、数据展示及数据传递。它可以接收观测站GNSS接收机发送的卫星原始观测数据，并存入数据库；并将卫星原始观测数据和MEMS触发信号解析打包后上传给GNSS数据处理软件；同时还可以接收GNSS数据处理软件解算的坐标值；
GNSS数据处理软件是部署在云服务器上的观测站GNSS接收机的静态和动态RTK数据处理软件，负责接收并解析监控中心数据云平台发送的卫星原始观测数据和MEMS触发信号。当只收到原始观测数据，未收到MEMS触发信号时，GNSS数据处理软件按照已经设置的趋势监测线程进行解算；当既收到原始观测数据也收到MEMS触发信号时，GNSS数据处理软件除进入快速解算监测线程，并同时保留长期趋势监测的模式。不管是哪种监测线程，GNSS数据处理软件都会将解算的坐标值发送给监控中心数据云平台进行展示。
GNSS接收机的上电初始化配置如下：观测站GNSS接收机主要完成4G通信参数、板卡的原始观测数据和星历数据的周期，MEMS三个方向的加速度阈值ax0，ay0，az0等参数的初始化配置；基准站GNSS接收机主要完成4G通信参数、板卡的原始观测数据和星历数据的周期等参数的初始化配置；
GNSS接收机的通信流程如下：
1)观测站GNSS接收机、基准站GNSS接收机与监控中心数据云平台之间保持着TCP常连接，以Socket的形式传递数据；此时GNSS接收机均作为客户端；
2)观测站GNSS接收机、基准站GNSS接收机按照设定的采样周期将GNSS接收机的卫星原始数据(包括GPS、BDS、GLONASS的原始观测数据和星历数据)发送给监控中心数据云平台；
3)当观测站GNSS接收机的MEMS传感器发生触发时，GNSS接收机将触发信号发送至监控中心数据云平台。
观测站GNSS接收机的MEMS传感器未发生触发时，GNSS数据处理软件的主要工作流程如下：
1)监控中心数据云平台通过HTTP协议将GNSS接收机的卫星原始数据解析并打包后发送给GNSS数据处理软件；
2)GNSS数据处理软件按照设定的解算周期对收到的原始数据进行基线解算，解算完毕后，GNSS数据处理软件会以客户端的角色发起仪器会话，通过TCP或者HTTP方式将GNSS解算后的数据传递给监控中心数据云平台展示和入库。
当观测站GNSS接收机的MEMS传感器发生触发时的主要工作流程如下：
1)监控中心数据云平台通过HTTP协议将GNSS接收机的卫星原始数据解析打包后发送给GNSS数据处理软件；
2)GNSS数据处理软件对收到的MEMS传感器触发信号进行解析，并进入快速监测线程；
3)GNSS数据处理软件对收到的卫星原始数据进行解算，解算完毕后，GNSS数据处理软件会以客户端的角色发起仪器会话，通过TCP或者HTTP方式将GNSS解算后的数据传递给监控中心数据云平台展示和入库。
4)监控中心数据云平台判断至少10组快速解算模式解算的坐标值Xi，Yi，Hi的中误差均小于设定阈值，且同时监控中心数据云平台未收到观测站GNSS接收机发送的MEMS触发信号，则监控中心数据云平台会给GNSS数据处理软件发送停止快速解算模式的命令。
应用本发明的技术方案，当作为观测站的GNSS接收机的MEMS传感器未产生触发信号时，GNSS数据处理软件按照设定的解算周期和解算时长对监测体进行长期趋势监测；当作为观测站的GNSS接收机的MEMS传感器产生触发信号时，GNSS数据处理软件会自动进入快速解算模式，并同时保留长期趋势监测的模式，这样不仅能快速地捕捉形变体的变化趋势，而且也能对形变体的长期趋势进行高精度监测。该方法可以实现临灾预警的同时仍能保持高精度的趋势监测，且不需人工干预，完全根据现场需求进行配置。
Claims (2)
1.MEMS触发辅助GNSS数据处理软件形变监测临灾预警方法，基准站GNSS接收机放置在地表稳定的区域；观测站GNSS接收机放置在变形监测体上，用于将形变趋势传递给GNSS数据处理软件，GNSS数据处理软件按照设定的静态解算模式、解算周期、解算时长对收到的GNSS原始卫星数据进行解算，并将解算结果上报给监控中心平台进行展示，其特征在于，
观测站GNSS接收机包括MEMS芯片，所述MEMS芯片用于监测变形监测体的三个方向加速度数据；
当观测站GNSS接收机中的MEMS传感器监测的加速度值超过设定的阈值时，观测站GNSS接收机将现场接收机的形变趋势快速传递给GNSS数据处理软件，GNSS数据处理软件除保留当前已经设置的静态解算模式外，自动地开启快速解算模式，并修改解算方式、解算周期和解算时长的参数；
GNSS接收机的上电初始化配置如下：
观测站GNSS接收机完成通信参数、板卡的原始观测数据和星历数据的周期，MEMS三个方向的加速度阈值的初始化配置；
基准站GNSS接收机完成通信参数、板卡的原始观测数据和星历数据的周期的初始化配置；
观测站GNSS接收机的通信流程如下：
1)观测站GNSS接收机、基准站GNSS接收机与监控中心数据云平台之间保持着TCP常连接，以Socket的形式传递数据；此时观测站GNSS接收机、基准站GNSS接收机均作为客户端；
2)观测站GNSS接收机、基准站GNSS接收机按照设定的采样周期将GNSS接收机的卫星原始数据发送给监控中心数据云平台；所述卫星原始数据包括GPS、BDS、GLONASS的原始观测数据和星历数据；
3)当观测站GNSS接收机的MEMS传感器发生触发时，GNSS接收机将触发信号发送至监控中心数据云平台；
观测站GNSS接收机的MEMS传感器未发生触发时，GNSS数据处理软件工作流程如下：
1)监控中心数据云平台通过HTTP协议将观测站GNSS接收机的卫星原始数据解析并打包后发送给GNSS数据处理软件；
2)GNSS数据处理软件按照设定的解算周期对收到的原始数据进行基线解算，解算完毕后，GNSS数据处理软件以客户端的角色发起仪器会话，通过TCP或者HTTP方式将GNSS解算后的数据传递给监控中心数据云平台展示和入库；
当GNSS接收机观测站的MEMS传感器发生触发时工作流程如下：
1)监控中心数据云平台通过HTTP协议将观测站GNSS接收机的卫星原始数据解析打包后发送给GNSS数据处理软件；
2)GNSS数据处理软件对收到的MEMS传感器触发信号进行解析，并进入快速解算模式；
3)GNSS数据处理软件对收到的卫星原始数据进行解算，解算完毕后，GNSS数据处理软件以客户端的角色发起仪器会话，通过TCP或者HTTP方式将GNSS解算后的数据传递给监控中心数据云平台展示和入库；
4)监控中心数据云平台判断至少10组快速解算模式解算的坐标值Xi，Yi，Hi的中误差均小于设定阈值，且同时监控中心数据云平台未收到观测站GNSS接收机发送的MEMS触发信号，则监控中心数据云平台给GNSS数据处理软件发送停止快速解算模式的命令。
2.根据权利要求1所述的MEMS触发辅助GNSS数据处理软件形变监测临灾预警方法，其特征在于，GNSS数据处理软件采用两个线程进行数据处理，一种是趋势监测线程，对1个小时以上的原始观测数据进行静态解算；另一种是快速监测线程，可对1～5分钟的原始观测数据进行快速解算。
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