基于北斗高精度位置服务的形变监测模型

1、监测模型

监测模型是指根据监测物所处的物理环境、自然环境、几何形状、业务精度要求等,来设计监测传感器(如卫星天线)的部署数量和部署位置,通常来说监测物在开旷地带,卫星通信条件好的地方,可以在监测物上直接安装卫星天线进行监测。目前形变监测产品都是基于这种直接监测方法,实际上现在很多监测物所处的区域并不一定具备良好的监测环境、遮挡比较严重,地处偏远山区距离地基增强系统比较远的,直接监测的误差就会很大,这种情况就需要结合监测物所在的环境和监测业务需求来定制相应的监测模型。

2、相对高程监测模型

国内外大量实践表明,利用卫星进行平面位移监测测,精度很高可以达到5mm以内,但是由于受区域性大地水准面的精度及电离层延迟误差等因素的影响,高程位移监测误差往往比较大。可以通过相对高程监测来降低监测误差,如下图,通过桥梁高程监测为例:

桥梁监测点A,高程监测数值可以表达为:Y(A)=U(A)+ΔT(A),其中U(A)为真实的高程值,ΔT(A)为监测误差值,监测目的就是要降低ΔT(A),如果直接观测法ΔT(A)只能通过设备精度提高来降低,在设备精度无法提高的情况下,可以通过引入基准观测点B,通过相对高程来降低误差ΔT(A),原理如下:

在桥梁附近稳固区域设定基准观测点B,观测点B高程监测数值可以表达为:Y(B)=U(B)+ΔT(B),其中U(B)为真实的高程值,ΔT(B)为监测误差值,相对高程表达为:Y(A)-Y(B)=(U(A)-U(B))+(ΔT(A)-ΔT(B)),通过监测Y(A)-Y(B)的变化来判断监测点A的高程变化,ΔT(A)和ΔT(B)通过减法进行抵消,从而达到误差降低。

3、倾角监测模型

监测原理:就是监测两个监测点空间连线与地平线间夹角的变化,应用场景:太阳能板倾斜度监测以及山体滑坡的监测。以太阳能板倾斜度监测为例,如下图:在太阳能板的上边缘和下边缘分别安装卫星监测天线,通过监测角度θ变化来判断太阳能板的倾斜度,利用千寻Findmm毫米级位置服务,精度可以达到0.6度到1度。

上述监测模型是在一块太阳能板上安装两个监测天线,在实际监测业务中也可以通过设定公共基准观测点进行。如下图:

通过基准观测模型进行观测,每个太阳能板只需要安装一个监测天线,监测成本会大大降低。