專利名稱：一種基于gps和靜力水準測量的地面沉降監(jiān)測預警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地質(zhì)災害監(jiān)測預警技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于GPS和靜力水準測量的地面沉降監(jiān)測預警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
地面沉降又稱為地面下沉或地陷，在中國《地質(zhì)災害防治條例》中，它被定義為“緩變性地質(zhì)災害”。它是在自然和人類工程經(jīng)濟活動影響下，由于地下松散地層固結(jié)壓縮，導致地殼表面標高降低的一種局部的下降運動(或工程地質(zhì)現(xiàn)象)。造成地面沉降的自然因素是地殼的構(gòu)造運動和地表土壤的自然壓實。人為因素造成的地面沉降廣泛見于一些大量開采地下水的大城市以及石油、煤炭或天然氣開采區(qū)。目前，地面沉陷這一問題已經(jīng)遍布全國大多數(shù)城市和地區(qū)，對人民群眾的生產(chǎn)生活造成了嚴重的影響。目前，對地面沉降監(jiān)測主要采取了三種方法:即傳統(tǒng)的監(jiān)測、GPS監(jiān)測、合成孔徑干涉雷達監(jiān)測。傳統(tǒng)的地面沉降測量方法包括水準測量、基巖標和分層標測量。這些方法精度很高，但只能在比較小的范圍內(nèi)開展工作。對于大規(guī)模的區(qū)域地面沉降可采用GPS進行全方位的測量，但在監(jiān)測密度較高時，總體造價較高，且工程實施過程較為復雜。合成孔徑干涉雷達監(jiān)測是一種衛(wèi)星遙感技術(shù)，可以敏感監(jiān)測出地面沉降的變化，但實時性較差，不能實時反映出地面沉降變化。靜力水準系統(tǒng)是位移傳感器的其中一種，由一系列智能液位傳感器及儲液罐組成，儲液罐之間由連通管連通?；鶞使拗糜谝粋€穩(wěn)定的水平基點，其他儲液罐置于標高大致相同的不同位置，當其他儲液罐相對于基準罐發(fā)生升降時，將引起該罐內(nèi)液面的上升或下降。通過測量液位的變化，了解被測點相對水平基點的升降變形。用此種裝置來測量地表的沉降情況要求基準罐的位置固定或可準確測量，這樣才能保證整個裝置測量的準確性。

因此，如何在保證高精度監(jiān)測的情況下采用較低成本的工程方法進行具有實時性的監(jiān)測，成為了目前地表監(jiān)測研究領(lǐng)域的研究重點。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于GPS和靜力水準測量的地面沉降監(jiān)測預警系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠解決靜力水準系統(tǒng)測量時，無穩(wěn)定基準點或基準點發(fā)生沉降后監(jiān)測點沉降量測量不準確的問題，通過GPS監(jiān)測與靜力水準系統(tǒng)結(jié)合的方式，加密監(jiān)測點位布設，實時獲取高精度的地面沉降值。為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種基于GPS和靜力水準測量的地面沉降監(jiān)測預警系統(tǒng)，包括:分布設置在待監(jiān)測區(qū)域用于監(jiān)測地面沉降情況的監(jiān)測站；設置在待監(jiān)測區(qū)域以外地質(zhì)穩(wěn)定區(qū)域用于提供基準起算位置的基準站和用于進行數(shù)據(jù)處理、分析和預警的監(jiān)控預警中心；每個監(jiān)測站包括GPS接收機、靜力水準系統(tǒng)、通信模塊和電源，所述靜力水準系統(tǒng)包括靜力水準儀和數(shù)據(jù)采集單元；基準站包括GPS接收機，通信模塊和電源；監(jiān)控預警中心包括通信模塊和中心服務器；監(jiān)測站中的GPS接收機和靜力水準系統(tǒng)中的基準點安裝在同一觀測墩上，GPS接收機將接收到的基準點的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)通過監(jiān)測站中的通信模塊傳送至監(jiān)控預警中心，靜力水準系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集單元用于采集靜力水準儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)通過監(jiān)測站中的通信模塊傳送至監(jiān)控預警中心；基準站中的GPS接收機接收基準站所在穩(wěn)定區(qū)域點的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，并將該信息通過通信模塊傳送至監(jiān)控預警中心；監(jiān)控預警中心接收監(jiān)測站和基準站傳送的數(shù)據(jù)信息，并對數(shù)據(jù)進行解算處理和分析，對待監(jiān)測區(qū)域的地面沉降信息進行預測和報警。進一步，所述監(jiān)測系統(tǒng)、基準系統(tǒng)和監(jiān)控預警系統(tǒng)中的通信模塊采用無線通信模塊；利用無線通信的方式進行數(shù)據(jù)傳輸可以較少的受到監(jiān)測區(qū)域地形的限制，避免有線傳輸?shù)牟季€難等問題。進一步，所述無線通信模塊采用GPRS無線傳輸模塊。進一步，所述靜力水準儀采用振弦式靜力水準儀。進一步，所述電源采用蓄電池與太陽能電池板的組合；能夠保證連續(xù)不間斷的電
源供應。進一步，所述GPS接收機為雙頻GPS接收機。進一步，所述監(jiān)控預警中心還包括用于險情報警的聲光報警裝置。進一步，所述監(jiān)控預警中心中的中心服務器包括數(shù)據(jù)處理單元和預測預警單元；所述數(shù)據(jù)處理單元將接收到的各GPS數(shù)據(jù)和靜力水準儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析處理，得到各監(jiān)測區(qū)域的實際絕對沉降值，并根據(jù)該地表沉降值建立地表沉降實時信息數(shù)據(jù)庫，生成地表沉降變化趨勢圖；所述預測預警單元根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元生成的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合歷史統(tǒng)計資料進行預測和分析，在發(fā)生險情時發(fā)布災害預警信息。本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明所述的地面沉降監(jiān)測系統(tǒng)采用GPS定位與靜力水準系統(tǒng)相結(jié)合的地面沉降監(jiān)測方式，利用GPS快速定位、全天候、全天時的特點與靜力水準系統(tǒng)的高精度、高頻率的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)特點，將GPS數(shù)據(jù)和靜力水準監(jiān)測數(shù)據(jù)進行時間同步，實時獲取各監(jiān)測點絕對沉降量，得到高精度的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，并以此數(shù)據(jù)進行地質(zhì)災害信息預警預報，同時通過現(xiàn)代通信技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控；該監(jiān)測預警系統(tǒng)可以降低工程費用、加密監(jiān)測站點，組合成高精度的測量系統(tǒng)，能夠在礦區(qū)、高鐵、地鐵等領(lǐng)域的地面沉降監(jiān)測中得以應用，彌補了其他監(jiān)測手段周期長、站點少、數(shù)據(jù)少等不足，具有很強的實時性、自動化數(shù)據(jù)處理能力和通訊能力。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明:圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖所示，本發(fā)明所述的基于GPS和靜力水準測量的地面沉降監(jiān)測預警系 統(tǒng)包括:分布設置在待監(jiān)測區(qū)域用于監(jiān)測地面沉降情況的監(jiān)測站；設置在待監(jiān)測區(qū)域以外地質(zhì)穩(wěn)定區(qū)域用于提供基準起算位置的基準站和用于進行分析預警的監(jiān)控預警中心；每個監(jiān)測站包括GPS接收機、靜力水準系統(tǒng)、通信模塊和電源，所述靜力水準系統(tǒng)包括靜力水準儀和數(shù)據(jù)采集單元；基準站包括GPS接收機，通信模塊和電源；監(jiān)控預警中心包括通信模塊和中心服務器；在本實施例中，各通信模塊采用GPRS模塊，電源采用蓄電池與太陽能電池板的組合，實現(xiàn)了各個監(jiān)測站點自動供電，解決了偏遠地區(qū)電力供應困難和供電線 路敷設的問題，能夠保證連續(xù)不間斷的電源供應；在本實施例中，GPS接收機為雙頻GPS接收機，靜力水準儀采用振弦式靜力水準儀。監(jiān)測站中的GPS接收機和靜力水準系統(tǒng)中的基準點安裝在同一觀測墩上，GPS接收機將接收到的基準點的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)通過監(jiān)測站中的通信模塊傳送至監(jiān)控預警中心，靜力水準系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集單元用于采集靜力水準儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)通過監(jiān)測站中的通信模塊傳送至監(jiān)控預警中心；基準站中的GPS接收機接收基準站所在穩(wěn)定區(qū)域點的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，并將該信息通過基準站中的通信模塊傳送至監(jiān)控預警中心；監(jiān)控預警中心接收監(jiān)測站和基準站傳送的數(shù)據(jù)信息，并對數(shù)據(jù)進行處理和分析，對待監(jiān)測區(qū)域的地面沉降信息進行預測和報警。本監(jiān)測預警系統(tǒng)的具體工作流程為:將監(jiān)測站中的GPS接收機和靜力水準系統(tǒng)基準點安裝在同一觀測墩上，這就相當于每個靜力水準系統(tǒng)的基準點都與一個GPS接收機綁定在一起，此時，可通過測定GPS接收機所在位置的沉降變化得到各靜力水準系統(tǒng)的基準點的沉降值?；鶞收竞捅O(jiān)測站中的GPS接收機以5s的采樣間隔持續(xù)接收衛(wèi)星信號，通過GPRS無線傳輸模塊實時傳送回監(jiān)控預警中心，進行備份存儲及數(shù)據(jù)處理。與此同時，靜力水準系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集單元按照設定的采樣頻率將靜力水準儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過GPRS無線傳輸模塊傳輸?shù)奖O(jiān)控預警中心的中心服務器存儲。監(jiān)控預警中心的中心服務器將接收到的GPS數(shù)據(jù)和靜力水準系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行時間同步，再對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行綜合處理，計算得到各監(jiān)測點的絕對沉降值，監(jiān)控預警中心根據(jù)實時計算結(jié)果做出相應的響應，并將結(jié)果發(fā)布給各類用戶。在本實施例中，監(jiān)控預警中心的中心服務器包括數(shù)據(jù)處理單元和預測預警單元；所述數(shù)據(jù)處理單元將接收到的各GPS數(shù)據(jù)和靜力水準儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析處理，得到各監(jiān)測站所在點的實際絕對沉降值，并根據(jù)該地表沉降值建立地表沉降實時信息數(shù)據(jù)庫，生成地表沉降變化趨勢圖；所述預測預警單元根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元生成的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合歷史統(tǒng)計資料進行預測和分析，在發(fā)生險情時發(fā)布災害預警信息。具體來說，數(shù)據(jù)處理單元，用于解算所接收的GPS觀測數(shù)據(jù)，進行高精度的數(shù)據(jù)解算和平差，并將GPS觀測數(shù)據(jù)和靜力水準系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)同步，以GPS解算結(jié)果作為起算基準，獲取靜力水準系統(tǒng)各監(jiān)測點實際絕對沉降值，再根據(jù)各監(jiān)測點的地表沉降數(shù)據(jù)，建立地表沉降實時信息數(shù)據(jù)庫，生成地表沉降變化趨勢圖；預測預警單元用于對地表沉降量和沉降趨勢進行分析，并在沉降量達到地質(zhì)災害位移控制指標時，結(jié)合監(jiān)測區(qū)域的地表沉降信息歷史統(tǒng)計資料，對破壞性地質(zhì)災害發(fā)生時間、概率和災害影響范圍做出預測，同時發(fā)布地質(zhì)災害預警信息。作為本實施例的一種改進，監(jiān)控預警中心還包括用于險情報警的聲光報警裝置，這樣當發(fā)生地表沉降險情時，可以采用聲光報警的方式來做到報警提醒。最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解，可以在形式上和細節(jié)上對其做出 各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于GPS和靜力水準測量的地面沉降監(jiān)測預警系統(tǒng)，其特征在于:包括:分布設置在待監(jiān)測區(qū)域用于監(jiān)測地面沉降情況的監(jiān)測站；設置在待監(jiān)測區(qū)域以外地質(zhì)穩(wěn)定區(qū)域用于提供基準起算位置的基準站；用于進行數(shù)據(jù)處理和險情預警的監(jiān)控預警中心； 每個監(jiān)測站包括GPS接收機、靜力水準系統(tǒng)、通信模塊和電源，所述靜力水準系統(tǒng)包括靜力水準儀和數(shù)據(jù)采集單元； 每個基準站包括G PS接收機，通信模塊和電源； 監(jiān)控預警中心包括通信模塊和中心服務器； 監(jiān)測站中的GPS接收機和靜力水準系統(tǒng)中的基準點安裝在同一觀測墩上，GPS接收機將接收到的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)通過監(jiān)測站中的通信模塊傳送至監(jiān)控預警中心，靜力水準系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集單元用于采集靜力水準儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)通過監(jiān)測站中的通信模塊傳送至監(jiān)控預警中心；基準站中的GPS接收機接收基準站所在穩(wěn)定區(qū)域點的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，并將該信息通過基準站中的通信模塊傳送至監(jiān)控預警中心；監(jiān)控預警中心接收監(jiān)測站和基準站傳送的數(shù)據(jù)信息，并對數(shù)據(jù)進行處理、分析，對待監(jiān)測區(qū)域的地面沉降情況進行報警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS和靜力水準測量的地面沉降監(jiān)測預警系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)測站、基準站和監(jiān)控預警中心中的通信模塊采用無線通信模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于GPS和靜力水準測量的地面沉降監(jiān)測預警系統(tǒng)，其特征在于:所述無線通信模塊采用GPRS無線傳輸模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS和靜力水準測量的地面沉降監(jiān)測預警系統(tǒng)，其特征在于:所述靜力水準儀采用振弦式靜力水準儀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS和靜力水準測量的地面沉降監(jiān)測預警系統(tǒng)，其特征在于:所述電源采用蓄電池與太陽能電池板的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS和靜力水準測量的地面沉降監(jiān)測預警系統(tǒng)，其特征在于:所述GPS接收機為雙頻GPS接收機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS和靜力水準測量的地面沉降監(jiān)測預警系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)控預警中心還包括用于險情報警的聲光報警裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的基于GPS和靜力水準測量的地面沉降監(jiān)測預警系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)控預警中心中的中心服務器包括數(shù)據(jù)處理單元和預測預警單元；所述數(shù)據(jù)處理單元將接收到的各GPS數(shù)據(jù)和靜力水準儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理分析，得到各監(jiān)測站的實際絕對沉降值，并根據(jù)該地表沉降值建立地表沉降實時信息數(shù)據(jù)庫，生成地表沉降變化趨勢圖；所述預測預警單元根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元生成的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合歷史統(tǒng)計資料進行預測和分析，在發(fā)生險情時發(fā)布災害預警信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于GPS和靜力水準測量的地面沉降監(jiān)測預警系統(tǒng)，屬于地質(zhì)災害監(jiān)測預警領(lǐng)域；該系統(tǒng)包括分布設置的監(jiān)測站；基準站和監(jiān)控預警中心；監(jiān)測站中的GPS接收機和靜力水準系統(tǒng)中的基準點安裝在同一觀測墩上，GPS接收機將接收到的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控預警中心，數(shù)據(jù)采集單元采集靜力水準儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控預警中心；基準站中的GPS接收機接收基準站所在穩(wěn)定區(qū)域點的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控預警中心；監(jiān)控預警中心接收監(jiān)測站和基準站傳送的信息，并對數(shù)據(jù)進行處理、分析；該系統(tǒng)能夠解決靜力水準系統(tǒng)測量時，無穩(wěn)定基準點或基準點發(fā)生沉降后監(jiān)測點沉降量測量不準確的問題，實時獲取高精度的地面沉降值。
文檔編號G01C5/00GK103234519SQ20131014031
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者劉剛, 劉曙光, 劉軍 申請人:重慶綠色智能技術(shù)研究院