本發(fā)明涉及地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、大地測量及工程建設(shè)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于北斗定位的高精度變形監(jiān)測裝置和方法。

背景技術(shù)：

對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測這一過程在分析其成因機(jī)理以及進(jìn)行預(yù)報預(yù)警中占有重要地位，由于對地質(zhì)變形監(jiān)測的高精度要求，現(xiàn)有的監(jiān)測技術(shù)主要是使用高精度的全站儀。雖然全站儀能達(dá)到很高的精度，但其在使用上有很多限制，比如全站儀依靠光學(xué)定位，需要通視，受天氣因素的影響較大；全站儀需要與觀測站配套使用，在對地質(zhì)變形進(jìn)行長期監(jiān)測的過程中，全站儀不能移動，在對多個位置進(jìn)行監(jiān)測時，全站儀的使用成本大大增加，而且高精度儀器長時間暴露于野外很容易損壞；另外，由于全站儀本身也是放置在被監(jiān)測的地面上，地質(zhì)的變形同時很可能會導(dǎo)致全站儀的位置出現(xiàn)偏差，從而導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)不精確，因此全站儀的位置設(shè)置受限于地質(zhì)條件，不僅影響了監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)置，還增加了額外的工作量。

如今隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，使利用北斗衛(wèi)星定位進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測成為可能。由于北斗定位天線是處于連續(xù)工作狀態(tài)，因此，為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性需要在監(jiān)測的初始階段對天線的定位精度進(jìn)行校驗(yàn)，確定其滿足精度要求后才能將其應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種簡單實(shí)用、數(shù)據(jù)測量精度高、使用成本低、可實(shí)現(xiàn)自由設(shè)點(diǎn)和實(shí)時監(jiān)測的高精度變形監(jiān)測裝置和方法，以解決背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于北斗定位的高精度變形監(jiān)測裝置，包括一個全站儀、多個便攜式觀測站、以及用于實(shí)現(xiàn)信息處理和數(shù)據(jù)計(jì)算的中心服務(wù)站，所述便攜式觀測站包括由上至下依次設(shè)置的北斗定位天線、強(qiáng)制對中器、萬向棱鏡、光學(xué)對中器、調(diào)平基座和三腳架，在所述調(diào)平基座的中心位置處豎向設(shè)置有一個光學(xué)對中器觀測孔，所述強(qiáng)制對中器用于使得北斗定位天線和萬向棱鏡的中心連線豎直，所述光學(xué)對中器用于使得調(diào)平基座和萬向棱鏡的中心連線豎直。

優(yōu)選地，在所述北斗定位天線外側(cè)還設(shè)置有天線保護(hù)罩。

優(yōu)選地，所述全站儀和萬向棱鏡分別用三維激光掃描儀和三維激光掃描儀靶標(biāo)板替換。

優(yōu)選地，所述監(jiān)測裝置還包括北斗衛(wèi)星通訊模塊，其用于實(shí)現(xiàn)所述全站儀或三維激光掃描儀和便攜式觀測站與中心服務(wù)站間的數(shù)據(jù)交換，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸和監(jiān)測裝置的連續(xù)工作。

優(yōu)選地，所述便攜式觀測站的數(shù)量為3個或3個以上。

一種利用上述裝置進(jìn)行高精度變形監(jiān)測的方法，通過各觀測站的北斗定位天線所接收到的位置信息與就近的CORS站間的聯(lián)測解算，以獲得各觀測站的三維坐標(biāo)A，并對該坐標(biāo)系進(jìn)行網(wǎng)平差，同時在該坐標(biāo)系下使用全站儀和萬向棱鏡再次對各觀測站進(jìn)行定位，以獲得各觀測站的三維坐標(biāo)B，通過對坐標(biāo)A和坐標(biāo)B的對比計(jì)算可對各觀測站的實(shí)際初始坐標(biāo)進(jìn)行校正，完成校正工作后撤掉全站儀，通過觀察各觀測站的北斗定位天線所獲得坐標(biāo)的變化情況對其所在位置進(jìn)行變形監(jiān)測。

優(yōu)選地，所使用的全站儀和萬向棱鏡分別用三維激光掃描儀和三維激光掃描儀靶標(biāo)板替換。

優(yōu)選地，所述便攜式觀測站的數(shù)量為3個或3個以上。

優(yōu)選地，對坐標(biāo)A和坐標(biāo)B進(jìn)行校驗(yàn)分析的方法如下：所述北斗定位天線的相位中心到調(diào)平基座最底端的垂直距離為h₁，所述萬向棱鏡的中心到調(diào)平基座最底端的垂直距離為h₂，則所述北斗定位天線的相位中心和萬向棱鏡的中心間的高度差為dh₁₂＝h₁-h₂，同理，所述三維激光掃描標(biāo)靶的中心到調(diào)平基座最底端的垂直距離為h₃，則所述北斗定位天線的相位中心和三維激光掃描靶標(biāo)的中心間的高度差為dh₁₃＝h₁-h₃，將坐標(biāo)B作為真值與坐標(biāo)A進(jìn)行比較和計(jì)算，使得校正后的兩個三維坐標(biāo)的平面坐標(biāo)相同而高度坐標(biāo)相差一個定值dh₁₂或dh₁₃，從而在之后變形監(jiān)測的過程中確保北斗定位天線的精度。

優(yōu)選地，所述監(jiān)測方法中涉及到的數(shù)據(jù)計(jì)算和信息處理均在中心服務(wù)站中進(jìn)行，而所述中心服務(wù)站采用的是高精度的GPS/BDS/GLONASS三星座聯(lián)合解算方法。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有如下有益效果：

1、本發(fā)明結(jié)合了北斗衛(wèi)星定位和全站儀或三維激光掃描儀的光學(xué)定位，同時采用組合相對定位算法GPS/BDS/GLONASS對定位信息進(jìn)行處理，通過對各觀測站的坐標(biāo)進(jìn)行重復(fù)定位和對比計(jì)算，從而獲得精確的觀測站坐標(biāo)，校正后的北斗定位天線的位置更精確，從而保證了其發(fā)射的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的精度，有利于進(jìn)行地質(zhì)變形監(jiān)測；

2、本發(fā)明在后續(xù)的變形監(jiān)測過程中采用北斗高精度定位，可實(shí)現(xiàn)全天候工作和數(shù)據(jù)傳輸，得到實(shí)時的觀測數(shù)據(jù)，同時由于不需要使用全站儀，降低了全站儀的使用成本；

3、本發(fā)明中的北斗定位天線的坐標(biāo)經(jīng)校正后就始終固定不變，無論地質(zhì)怎么變化都不會影響其觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此觀測站可擺脫地質(zhì)條件的限制而自由設(shè)點(diǎn)，監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，可實(shí)現(xiàn)全站儀和北斗定位天線的優(yōu)勢互補(bǔ)，可顯著降低觀測成本和人力投入；

4、本發(fā)明的通訊鏈路采用北斗衛(wèi)星通訊系統(tǒng)，其覆蓋范圍大且沒有通訊盲區(qū)，適用于其他通訊手段GPRS/CDMA無法覆蓋的監(jiān)測區(qū)域。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中：

圖1是本發(fā)明所提供的一個優(yōu)選實(shí)施例中便攜式觀測站的的正視圖；

圖2是圖1所示實(shí)施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1北斗定位天線，2強(qiáng)制對中器，3萬向棱鏡，4光學(xué)對中器，5調(diào)平基座，6三腳架，7天線保護(hù)罩。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參見圖1和圖2，一種基于北斗定位的高精度變形監(jiān)測裝置，包括一個全站儀、多個便攜式觀測站、以及用于實(shí)現(xiàn)信息處理和數(shù)據(jù)計(jì)算的中心服務(wù)站，所述便攜式觀測站包括由上至下依次設(shè)置的北斗定位天線1、強(qiáng)制對中器2、萬向棱鏡3、光學(xué)對中器4、調(diào)平基座5和三腳架6，在所述調(diào)平基座5的中心位置處豎向設(shè)置有一個光學(xué)對中器觀測孔，所述強(qiáng)制對中器2用于使得北斗定位天線1和萬向棱鏡3的中心連線豎直，所述光學(xué)對中器4用于使得調(diào)平基座5和萬向棱鏡3的中心連線豎直。

所述監(jiān)測裝置還包括北斗衛(wèi)星通訊模塊，其用于實(shí)現(xiàn)所述全站儀和便攜式觀測站與中心服務(wù)站間的數(shù)據(jù)交換，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸和監(jiān)測裝置的連續(xù)工作，且所述中心服務(wù)站采用的是高精度的GPS/BDS/GLONASS三星座聯(lián)合解算方法。

在本實(shí)施例中，在所述北斗定位天線1外側(cè)還設(shè)置有天線保護(hù)罩7。

在本實(shí)施例中，所述便攜式觀測站的數(shù)量為3個或3個以上。

在本實(shí)施例中，所述監(jiān)測裝置采用的是太陽能+蓄電池和/或市電+UPS(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply，即不間斷電源)的供電模式。

所述監(jiān)測裝置的工作過程如下：

將各個便攜式觀測站固定設(shè)置在觀測點(diǎn)的地面上，同時放置好全站儀，開始接收數(shù)據(jù)；衛(wèi)星定位天線1收到坐標(biāo)信息并將其發(fā)送到中心服務(wù)站，從而得到各便攜式觀測站的三維坐標(biāo)A，同時通過中心服務(wù)站進(jìn)行實(shí)時的高精度基線解算，用所得基線配合附近的CORS站對坐標(biāo)系進(jìn)行網(wǎng)平差；接著，在該坐標(biāo)系下使用全站儀和萬向棱鏡3再次對各便攜式觀測站進(jìn)行定位，并將位置信息發(fā)送到中心服務(wù)站，中心服務(wù)站解算得到各便攜式觀測站的三維坐標(biāo)B；最后通過對坐標(biāo)A和坐標(biāo)B的對比和計(jì)算，以完成對各便攜式觀測站的實(shí)際初始坐標(biāo)的校正。

校驗(yàn)分析方法如下：所述衛(wèi)星定位天線1的相位中心到調(diào)平基座5最底端的垂直距離為h₁，所述萬向棱鏡3的中心到調(diào)平基座5最底端的垂直距離為h₂，則所述衛(wèi)星定位天線1的相位中心和萬向棱鏡3的中心間的高度差為dh₁₂＝h₁-h₂，將坐標(biāo)B作為真值與坐標(biāo)A進(jìn)行比較和計(jì)算，使得校正后的兩個坐標(biāo)，其平面坐標(biāo)相同而高度坐標(biāo)相差一個定值dh₁₂，從而在之后變形監(jiān)測的過程中確保衛(wèi)星定位天線1的精度。

完成坐標(biāo)校正工作后，將全站儀撤掉而只保留觀測站，通過觀察各觀測站上設(shè)置的北斗定位天線1所獲得坐標(biāo)的變化情況對其所在位置的地質(zhì)變形情況進(jìn)行高精度監(jiān)測。

同樣的，可用三維激光掃描儀和三維激光掃描儀靶標(biāo)板分別替換全站儀和萬向棱鏡3，而其余結(jié)構(gòu)保持不變，所述監(jiān)測裝置的工作過程基本相同，只是校驗(yàn)分析方法存在區(qū)別：所述衛(wèi)星定位天線1的相位中心到調(diào)平基座5最底端的垂直距離為h₁，所述三維激光掃描儀靶標(biāo)板的中心到調(diào)平基座5最底端的垂直距離為h₃，則所述衛(wèi)星定位天線1的相位中心和三維激光掃描儀靶標(biāo)板的中心間的高度差為dh₁₃＝h₁-h₃，將坐標(biāo)B作為真值與坐標(biāo)A進(jìn)行比較和計(jì)算，使得校正后的兩個坐標(biāo)，其平面坐標(biāo)相同而高度坐標(biāo)相差一個定值dh₁₃，從而在之后變形監(jiān)測的過程中確保衛(wèi)星定位天線1的精度。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的任何改進(jìn)或等同替換，直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均應(yīng)包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。