基于GNSS技术的矿区开采沉陷自动化监测系统应用与探讨

GNSS自动化监测系统具有数据实时采集、实时发送与实时分析等特点,节省了人力与物力,提高了对变形体监测和分析的效率,其在矿区开采沉陷监测中的应用弥补了传统方式受地形影响大、费力费时、不易自动化等缺点。本文针对GNSS自动化监测系统可全天候观测、易于实现全系统的自动化、精度可靠等优势,并结合生产实践,对基于GNSS技术的矿区开采沉陷自动化监测系统的应用情况进行了探讨。     

InSAR与北斗/GNSS综合方法监测地表形变研究现状与展望

作为蓬勃发展的空间大地测量技术,InSAR和北斗/GNSS在地表形变监测中具有独特优势。应用两种手段开展综合测量,可充分利用其互补性,实现北斗/GNSS高时间分辨率与InSAR高空间分辨率的有机统一。本文首先介绍了InSAR与北斗/GNSS监测地表形变的基本原理,重点探讨了InSAR研究在20余年内的理论发展;其次综述了InSAR与北斗/GNSS技术集成及数据融合研究的最新进展;然后总结分析了当前地表形变监测应用所面临的关键问题及挑战;最后对InSAR与北斗/GNSS综合测量方法的发展趋势进行了展望。     

北斗/GNSS全球增强系统关键问题研究及服务性能分析

北斗/GNSS多系统全球实时增强服务是目前可提供大范围高精度位置服务的有效手段.随着导航星座卫星数增量发展及对更高精度位置需求的不断深入,对多系统融合数据处理带来了巨大挑战,亟需针对不同系统特点,设计多GNSS全球实时高时效增强信息估计技术并解决不同系统在终端层的信号差异,以提升用户高精度应用性能.论文围绕北斗/GNSS全球实时增强服务关键技术,重点研究了测距信号码片形状失真造成的接收机端星间码偏差(ISCB )及精密钟差产品零值偏差问题,提出了高精度数据处理中多系统星间码偏差模型算法,实现了多GNSS全球实时高时效增强信息估计技术,开展了北斗二号卫星融合三号卫星提供全球高精度增强性能原型验证.     

北斗三号与超高频GNSS同震形变监测:以2021年青海玛多Mw 7.4地震为例

随着北斗三号完成全球组网以及硬件技术发展,地壳形变监测网络的全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）接收机正朝着多系统、超高频（≥50 Hz）更新升级。基于陆态网络和中国青海省连续运行参考站的GNSS观测数据,获取2021年青海玛多Mw 7.4地震的同震位移波,并进行了震前精度统计和功率谱密度分析。结果表明,北斗三号在本次地震中的位移拾取精度比全球定位系统(global positioning system,GPS)更优;采样率提高到50 Hz对削弱位移时间序列混叠效应作用不显著,在10 Hz左右达到饱和;对50 Hz同震位移波差分获取到的速度和加速度序列噪声较大,难以利用。综合应用场景和成本考虑,GNSS地震监测的采样率最高设置在5~10 Hz即可。     

基于北斗的高精度测量接收机在位移监测中的应用研究

主要研究了北斗高精度测量接收机的设计方案,分析了其在位移监测领域的应用优势。北斗高精度GNSS测量接收机的应用使国家重点行业尤其是关系国家安全的特殊行业逐渐摆脱以 GPS 为首要定位和授时手段的应用需求,满足了市场对自主知识产权卫星导航高精度监测模块的需求,市场前景非常广阔。     

北斗/GNSS实时动态差分技术的实验教学解析

北斗/GNSS实时动态差分技术(RTK)已广泛地应用于工程勘测、数字测图、施工放样等工程领域。但对于初学者,尤其是青年学生在北斗/GNSS RTK基准站设置、移动台坐标推算与坐标转换的理论理解和实践操作方面,仍然存在较多疑惑和理解偏差,导致实验教学效果不佳。鉴于此,作者根据多年一线的科研教学实践和对北斗/GNSS理论理解的基础上,结合易于理解的导线测量技术,剖析北斗/GNSS RTK技术与导线测量在基线向量/坐标增量解算方面的异同之处,诠释北斗/GNSS RTK起始坐标的获取与坐标转换参数的配置问题。最后,通过实例验证北斗/GNSS RTK技术在当前可满足cm级的测设精度要求。     

千寻北斗地基增强系统在滑坡监测的应用

2016年5月18日,千寻北斗地基增强系统在我国正式开始运营,标志着我国北斗卫星定位系统的又一次重要突破。本文研究千寻北斗地基增强系统在滑坡监测中的应用前景。通过在三峡地区的滑坡监测,分析比较了基于北斗地基增强系统和传统GNSS单基站RTK定位精度。结果表明:基于北斗地基增强系统的观测方式和单基站-观测站的观测方式,都可以得到优于1 cm的平面监测结果,但是前者明显提高了观测效率,降低了观测成本。这一结论对于千寻北斗地基增强系统在滑坡监测方面的应用有一定的借鉴意义。     

“轻终端+行业云”的实时北斗滑坡监测技术

对滑坡区域进行地表高精度实时三维变形监测,是实现滑坡灾害精准预警的前提。GNSS技术是目前唯一直接获取滑坡灾害实时地表三维矢量变形的手段,但GNSS应用于大范围滑坡监测存在成本高和计算能力差两大问题。本文采用物联网思维,以"云+端"的设计理念,自主研发了千元级小型化实时北斗/GNSS监测技术装备,并研制了毫米级实时监测预警云平台,成果成功应用于甘肃黑方台滑坡实时监测预警。联合成都理工大学预警系统提前40 min发出了准确预警信号,避免了人员伤亡和财产损失。安装在滑坡体上的远程视频监控首次近距离记录了滑坡灾害发生的全过程。     

Compass纳入GNSS运行可行性探讨

根据全球卫星导航系统及我国“北斗”系统的建设和发展,阐述了国际民航组织对GNSS的定义及性能要求。结合当前GNSS运行情况,探讨了将“北斗二号”纳入GNSS运行的可行性及必然性,阐明了GNSS多系统兼容运行的优势。     

北斗卫星导航系统的发展、优势及建议

中国北斗卫星导航系统(BDS)是国际GNSS的重要组成部分。本文详细介绍了BDS的系统架构,重点围绕国际上现存的GPS、GLONASS和GALILEO三大卫星导航系统的结构组成,对比研究BDS与其他GNSS系统各自特点。在混合星座,通信集成等方面给出了BDS的优势所在,文章最后就BDS的发展提出了几点建议。     

Reliable single-epoch ambiguity resolution for short baselines using combined GPS/BeiDou system

GNSS single-epoch real-time kinematic (RTK) positioning depends on correct ambiguity resolution. If the number of observed satellites in a single epoch is insufficient, which often happens with a standalone GNSS system, the ambiguity resolution is difficult to achieve. China’s BeiDou Navigation Satellite System has been providing continuous passive positioning, navigation and timing services since December 27, 2012, covering China and the surrounding area. This new system will increase the number of satellites in view and will have a significant effect on successful ambiguity resolution. Since the BeiDou system is similar to GPS, the procedure of data processing is easier than that for the Russian GLONASS system. We briefly introduce the time and the coordinate system of BeiDou and also the BeiDou satellite visibility in China, followed by the discussion on the combined GPS/BeiDou single-epoch algorithm. Experiments were conducted and are presented here, in which the GPS/BeiDou dual-frequency static data were collected in Wuhan with the baseline distance varying from 5 to 13 km, and processed in separate and combined modes. The results indicate that, compared to a standalone GPS or BeiDou system, the combined GNSS system can increase the successful ambiguity fixing rate for single epochs and can also improve the precision of short baselines determination.     

北斗坐标系

北斗坐标系是北斗卫星导航系统的大地基准.本文在扼要叙述背景情况之后,首先给出了北斗坐标系原点、尺度、定向的定义和参考椭球的定义和导出常数;其次介绍北斗坐标系的首次实现,这次实现由北斗系统的8个监测站在历元2010.0的ITRF2014框架下的坐标和速度体现,它们是通过处理一个包括8个监测站的全球GNSS网4期GPS数据、框架对准与监测站坐标序列的线性回归拟合得到的;最后就参考框架的更新周期、监测站境外布设和连续观测、精密星历的生成与发布,北斗坐标系的标准化问题进行了讨论,并提出一些建议.     

北斗与其他星座在GNSS变形监控系统中的数据对比分析

以某露天煤矿排土场边坡GNSS变形监测项目为例,在设计变形监测系统的基础上,利用华测HCMonitor变形监测系统专用软件,对监测数据采用不同卫星监测系统数据进行了组合定位,分析和对比了解算数据,探讨了北斗卫星导航系统（BDS）的应用效果并提出了合理的建议。     

煤矿开采沉陷自动化监测系统设计与实现

文中以GNSS CORS技术、GIS技术、计算机网络通讯技术、移动PDA技术、现代测量数据处理技术、数据库技术、软件工程技术等为支撑,构建了煤矿开采沉陷自动监测系统。该系统软件由数据监控中心软件、矿山开采沉陷综合数据处理与分析系统软件包、实时数据采集终端系统软件等三大软件构成。该系统为矿区开采沉陷监测提供了一种高效的数据采集、数据处理和移动变形分析的自动化手段。     

基于GNSS的自主巡航四足机器人及远程监测系统设计

针对复杂区域探测困难、成本较高的问题,设计了一款基于全球卫星导航系统的具有自主巡航功能的环境探测四足爬行机器人及远程监测系统,该机器人以嵌入式STM32F429IGT6芯片作为主控CPU,搭载GPS／北斗定位模块及无线通讯模块,使机器人可以实现自主巡航和自动调节路线.该机器人配备的多种传感器模块可以实现对环境温湿度、风速等参数的采集,同时将收集到的数据进行分析、处理和发送.基于该功能开发的监测系统可以实现对机器人的实时监测,包括运动轨迹和位置信息,并通过无线网络对机器人发送控制指令,实现远程遥控功能.实验结果表明,该自主巡航机器人及其监测系统能够实现精确定位和路线实时调整,提高了机器人探测工作的精准性.      

高精度时空信息崩滑坡灾害监测技术

我国部分地区地质灾害爆发频率高,多年来崩滑坡、泥石流等高危险性地质灾害严重威胁我国人民财产与生命安全。因此,地质灾害及时预警一直是我国在应急方面亟待解决的难题。随着北斗、GPS等全球卫星导航系统的建设组网,GNSS技术逐渐成为当前提供时空位置信息的重要手段,具有数据实时性、设备低功耗、搭建便捷化等特性,成为解决地质灾害监测与预警的理想技术手段。本文利用BDS+GPS+GLONASS时空信息数据,构建了面向地质灾害监测的中长基线毫米级精度的崩滑坡监测解算方法,确定了双差观测的载波相位解算模型。最后在重庆新浦区域展开试验应用,实现了基于高精度时空信息的毫米级滑坡灾害的监测与预警。为预计该区域的地质灾害提供了数据支持,为人民的生产生活提供了技术保障。     

GNSS信号土壤衰减模型的试验验证方法

GNSS（global navigation satellite system）信号在土壤中的衰减情况对于研究GNSS反射信号的有效遥感深度具有重要意义。本文通过试验研究了北斗信号与GPS（global positioning system）信号在土壤中的衰减情况。在试验设计上将GNSS天线置入土壤中并不断改变天线上方的土壤厚度与湿度以采集GNSS信号的功率衰减数据,最后利用这些数据反演土壤湿度以对GNSS信号土壤衰减模型进行验证。试验结果表明,土壤能够使GNSS信号发生明显的衰减。土壤的湿度值与厚度值越大,GNSS信号功率衰减越严重。在黏土土质,土壤湿度为0.15~0.30 cm³/cm³的情况下,当土壤厚度达到21 cm时,GNSS信号功率已衰减至无法被GNSS接收机测出。进一步根据GNSS信号衰减模型反演土壤湿度,结果显示,模型在土壤厚度大于等于10 cm、卫星仰角高于50°的情况下较为精确,此时利用北斗B1信号与GPS L1信号反演土壤湿度的均方根误差分别小于0.04 cm³/cm³与0.09 cm³/cm³。     

GNSS/GIS集成的采煤沉陷区铁路自动化监测系统研究

主要研发基于Mobile GIS技术、GNSS CORS技术、网络通信技术、常规测量技术以及移动计算平台的开采沉陷实时数据采集终端,以到达对铁路移动变形信息实时采集和监控的目标。研发基于数据库技术和软件工程技术的面向对象的数据处理和分析系统,在数据处理中心进行铁路移动变形信息的精化处理分析;根据预计的地表移动变形信息,建立井下开采对铁路及其主要附属建(构)筑物动态影响的三维虚拟现实模型并进行预警。研究成果为列车安全运行及煤矿安全生产提供决策依据。