應(yīng)用北斗高精度位移監(jiān)測(cè)技術(shù)打造在線變形監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)
——HTSG變形監(jiān)測(cè)解決方案助力云南高原山區(qū)公路、橋梁遠(yuǎn)程無(wú)人值守實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)

張 永，羅樹(shù)江，吳 迪

(廣州中海達(dá)定位技術(shù)有限公司，廣東 廣州 511400)

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中海達(dá)·開(kāi)啟智時(shí)代

應(yīng)用北斗高精度位移監(jiān)測(cè)技術(shù)打造在線變形監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)
——HTSG變形監(jiān)測(cè)解決方案助力云南高原山區(qū)公路、橋梁遠(yuǎn)程無(wú)人值守實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)

張 永，羅樹(shù)江，吳 迪

(廣州中海達(dá)定位技術(shù)有限公司，廣東 廣州 511400)

一、引 言

云南省公路網(wǎng)里程近30 000 km，其中中橋以上橋梁2000座，危險(xiǎn)性較大路段3400余處。對(duì)這些重要路段和構(gòu)造物進(jìn)行監(jiān)測(cè)監(jiān)控是非常必要的。

中海達(dá)“安全衛(wèi)士”在線變形監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)(HTSG)基于北斗高精度位移監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以全天候、實(shí)時(shí)采集公路、橋梁、邊坡及隧道的位移形變數(shù)據(jù)，并能根據(jù)預(yù)設(shè)的各等級(jí)預(yù)警值向控制中心發(fā)送預(yù)警信息，從而為云南省路網(wǎng)安全提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。該系統(tǒng)不僅能準(zhǔn)確表達(dá)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的工作狀態(tài)，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并提出初步風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，還能多渠道多形式適時(shí)分級(jí)發(fā)布報(bào)警信息，從而為運(yùn)行單位隨時(shí)隨地掌握公路安全狀況、橋梁健康狀況、邊坡安全狀況和決策部門(mén)在關(guān)鍵時(shí)刻的決策分析提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持與信息參考。

二、關(guān)鍵技術(shù)

該項(xiàng)目采用中海達(dá)的VNet8作為GNSS衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收機(jī)。北斗高精度位移監(jiān)測(cè)技術(shù)作為HTSG的核心技術(shù)，應(yīng)用了包括北斗/GPS高精度天線技術(shù)、北斗/GPS雙系統(tǒng)融合捕獲與跟蹤算法技術(shù)、單歷元解算、多網(wǎng)融合通信等一系列高新技術(shù)。

1.北斗兼容型高精度位移監(jiān)測(cè)設(shè)備

北斗兼容型高精度位移監(jiān)測(cè)設(shè)備的研制至少需要突破幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：

1) 北斗/GPS高精度天線技術(shù)。

2) 北斗/GPS雙系統(tǒng)融合捕獲與跟蹤算法技術(shù)。

3) 北斗/GPS雙系統(tǒng)融合高精度雙模芯片技術(shù)。

2.單歷元解算

基于北斗高精度位移監(jiān)測(cè)技術(shù)將采用單歷元解算技術(shù)來(lái)求解位移形變信息。

在GNSS變形監(jiān)測(cè)中，監(jiān)測(cè)站在固定時(shí)間段內(nèi)變形量有限，即使是變形速率最快的橋梁變形監(jiān)控，在若干歷元的時(shí)間段內(nèi)也可認(rèn)為監(jiān)測(cè)站靜止，因此在這個(gè)固定時(shí)間段內(nèi)可通過(guò)快速靜態(tài)觀測(cè)的方法求解載波相位模糊度。根據(jù)監(jiān)測(cè)站可以事先通過(guò)靜態(tài)觀測(cè)的方法得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的概率值，并且變形量始終保持在一定的范圍內(nèi)，因此可以通過(guò)附加監(jiān)測(cè)站位置先驗(yàn)條件來(lái)縮小模糊度搜索空間，加速模糊度的正確固定。

而當(dāng)觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)大于4顆時(shí)，即可單歷元求解監(jiān)測(cè)站的變形信息，實(shí)際工程應(yīng)用中，由于多路徑效應(yīng)等的影響，某些衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)存在異常，造成計(jì)算出的變形信息出現(xiàn)偏差；另外，根據(jù)LAMBDA算法固定出的模糊度也很難保證所有衛(wèi)星的模糊度正確。因此，有必要在單歷元定位時(shí)用抗差模型降低異常觀測(cè)值的權(quán)，抑制粗差對(duì)定位結(jié)果的影響。

3.多網(wǎng)融合通信技術(shù)

通信系統(tǒng)主要包括北斗兼容型移動(dòng)站至北斗兼容型基準(zhǔn)站解算中心的鏈路，以及北斗兼容型基準(zhǔn)站解算中心的鏈路至遠(yuǎn)程控制中心的鏈路。

考慮到高原山區(qū)野外作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜多樣性，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)所涉及的通信方式將更加多元化，應(yīng)用多網(wǎng)融合通信技術(shù)可實(shí)現(xiàn)包含北斗通信、光纖、無(wú)線網(wǎng)橋、網(wǎng)口通信、3G、電臺(tái)通信、GPRS、Internet等通信方式。

三、測(cè)試與應(yīng)用

中海達(dá)的技術(shù)和產(chǎn)品特性滿足了該項(xiàng)目實(shí)施的指標(biāo)要求，在云南高原山區(qū)公路、橋梁遠(yuǎn)程無(wú)人值守實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，也保證了系統(tǒng)建設(shè)工作保質(zhì)保量的完成。該項(xiàng)目南盤(pán)江大橋某站點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)如圖1所示。

由圖1可以看出，南盤(pán)江大橋監(jiān)測(cè)站點(diǎn)3 d的定位結(jié)果數(shù)據(jù)抖動(dòng)情況均在20 mm以內(nèi)，結(jié)合GNSS解算精度和橋梁本身震動(dòng)情況，該結(jié)果符合真實(shí)情況，滿足橋梁監(jiān)測(cè)精度要求。

圖1 南盤(pán)江大橋監(jiān)測(cè)站點(diǎn)定位結(jié)果數(shù)據(jù)

四、應(yīng)用開(kāi)發(fā)

為了更好地應(yīng)用北斗高精度位移監(jiān)測(cè)技術(shù)，更好地服務(wù)于云南省公路橋梁安全運(yùn)營(yíng)與管理，HTSG還具有以下功能：

1) 基于百度地圖API，將公路局轄內(nèi)公路橋梁分布信息、預(yù)警信息疊加顯示在百度地圖上，從而直觀顯示平臺(tái)系統(tǒng)整體運(yùn)行情況。

2) 實(shí)時(shí)展示所有橋梁監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)曲線圖、數(shù)據(jù)列表、文字等形式展示所有監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)，支持用戶從Web系統(tǒng)中下載歷史數(shù)據(jù)。

3) 集成了滲壓計(jì)、物位計(jì)、傾斜儀、裂縫計(jì)、風(fēng)速儀、雨量計(jì)、壓力盒、滲流計(jì)等多種智能傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)邊坡的多個(gè)維度形變數(shù)據(jù)，為公路邊坡監(jiān)測(cè)與科學(xué)決策提供數(shù)據(jù)支撐。

4) 系統(tǒng)用戶權(quán)限結(jié)合行政區(qū)劃，為不同行政級(jí)別的用戶分配不同權(quán)限的賬號(hào)，以便系統(tǒng)運(yùn)維管理科學(xué)有序進(jìn)行。

5) 當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)警閾值時(shí)，系統(tǒng)預(yù)警可采用短信、郵件、聲光等方式，將預(yù)警信息實(shí)時(shí)推送給用戶，為科學(xué)治理公路橋梁險(xiǎn)情爭(zhēng)取時(shí)間。

五、結(jié)束語(yǔ)

北斗高精度位移監(jiān)測(cè)技術(shù)通過(guò)在云南高原山區(qū)公路橋梁、邊坡遠(yuǎn)程無(wú)人值守實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警的示范應(yīng)用，不斷完善位移監(jiān)測(cè)終端產(chǎn)品，并進(jìn)行規(guī)?；?，逐步在全國(guó)范圍內(nèi)的公路橋梁、邊坡領(lǐng)域大規(guī)模推廣應(yīng)用。

而通過(guò)接入其他智能傳感器，即可將該技術(shù)廣泛應(yīng)用于滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、礦山邊坡位移監(jiān)測(cè)、尾礦庫(kù)位移監(jiān)測(cè)、礦山采空區(qū)沉陷監(jiān)測(cè)、水庫(kù)大壩位移監(jiān)測(cè)、堤防渠道位移監(jiān)測(cè)、深基坑及周邊影響區(qū)位移監(jiān)測(cè)、高層建筑及大型場(chǎng)館健康監(jiān)測(cè)、地震監(jiān)測(cè)、電力設(shè)施安全監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，應(yīng)用前景十分廣闊。北斗終端產(chǎn)品的量產(chǎn)，將加快北斗衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈中上游企業(yè)的高速發(fā)展，有助于優(yōu)化北斗產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，為本產(chǎn)業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

(本專(zhuān)欄由中海達(dá)和本刊編輯部共同主辦)