基于GNSS技术的自动化变形监测系统
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为了更好的提高精度采用扩展的动态非线性 Kalman和抗差自适应kalman滤波等多种算法和误差处 理模型进行差分解算
关键问题的技术运用
在一个静止点上，采用双频GPS接收机和普通双频天 线进行实时RTK解算
RTK的定位精度平 面在2个厘米之 内，高程在4个厘 米之内
关键问题的技术运用
在一个静止点上，采用双频GPS接收机和普通双频天 线，然后采用GPSensor软件对其连续解算24个小时
谢谢大家
基于GNSS技术的自动化变形监测系统
上海华测导航技术有限公司 系统集成事业部 副总经理
邱匡成
目录
• GNSS变形监测系统介绍 • GNSS变形监测系统应用领域 • 系统组成 • 系统关键技术运用 • GNSS技术运用于变形监测优势
GNSS变形监测系统介绍
GNSS 即 全 球 卫 星 导 航 定 位 系 统 （ Global Navigation Satellite System ），目前GNSS泛指美国的 GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的GALILEO以及中国的 COMPASS（北斗），目前使用范围较多的是美国的 GPS系统。
平面精度在 10mm左右， 高程精度在 15mm左右
关键问题的技术运用
在一个静止的点上，分20分钟一个时段对其连续观测5 个小时的数据
平面后处理结果
平面精度在8mm左 右，高程精度在 12mm
高程后处理结果
关键问题的技术运用
在一个静止的点上，分10分钟一个时段对其连续观测5 个小时的数据，用华测GPSensor准动态Kalman算法对其 进行处理
GNSS系统监测原理
GNSS基准站设置在非形变区，GNSS监测站设置 在形变监测区（监测断面的布置和监测点的数量根据 监测项目的要求来设置）。
通过数据传输系统将同一时刻的GNSS基准站及 GNSS监测站的原始观测数据发送到数据中心（数据 采样间隔可达1秒10次-20次）。
专业变形监测软件GPSensor对数据进行自动解算 处理，得到监测点实时的毫米级坐标值。
1、能够提供变形体整体的变形状态； 2、适用于不同的监测精度要求、不同形式的变 形体和不同的监测环境； 3、可以提供绝对变形信息。 但外业工作量大，布点受地形条件影响，不易实 现自动化监测。
GNSS技术运用于变形监测优势
利用GNSS定位技术进行滑坡等地质灾害监测时 具有下列优点：
1、测站间无需保持通视 2、可同时测定点的三维位移 3、全天候观测 4、易于实现全系统的自动化 5、可以获得mm级精度 利用GNSS定位技术进行地质灾害监测时也存在 一些不足之处，主要表现在点位选择的自由度较低， 单位成本相对较高。
GNSS变形监测系统应用领域
大型构筑物监测
华测变形监测系统组成
系统拓扑图
传感器子系统
多传感器平台融合
前端系统组成示意图
数据通讯子系统
数据传输系统： 有线传输：光纤、网线、485信号、422信号 无线传输：无线网桥、2G/3G通讯模块、Zigbee
数据处理与控制子系统
软件系统设计架构图
串口通讯 TCP/UPD 通讯 UHF/VHF/MODEM
GNSS系统监测原理
GNSS变形监测系统应用领域
水利水电大坝监测
GNSS变形监测系统应用领域
尾矿库安全监测
GNSS变形监测系统应用领域
地质滑坡灾害监测
GNSS变形监测系统应用领域
桥梁安全监测
GNSS变形监测系统应用领域
露天矿开采边坡、排土场、排矸场监测
GNSS变形监测系统应用领域
地表塌陷区沉降监测
Trimble Navcom Huace
NovAtel Javad
远程设置
接收机钟差改正 电离层改正
测站环境干扰去除
双差 Kalman 滤波解算 三差 Kalman 滤波解算 实时动态自由网平差
时间同步 系统完备性监测 地方坐标转换
数据视图 接收机视图
接收机分布网图 基线解算视图
监测点点位离散 图
星历更新窗口
关键问题的技术运用
优化的野外供电技术
光伏阵列最大功率点跟踪技术 MPPT（ Maximum Power Point Tracking ）
风光互补
关键问题的技术运用
组合式通讯方案
Zigbee
前端密集传 感器自组网
PLC
小区域电力 线通信传输
WLAN
5.8 GHz点对点 主干数据传输
区域内移动无 线数据传输
GNSS变形监测系统介绍
在地球上任何位置、任维位置、三维速度和时间信 息，实现全球、全天候的连续实时导航、定位和授时。 目前，GNSS已在大地测量、精密工程测量、地壳形 变监测、石油勘探等领域得到广泛应用。
通过近十多年的实践证明，利用GNSS定位技术 进行精密工程测量和大地测量，平差后控制点的平面 位置精度为1mm～2mm，高程精度为2mm～4mm。
测站变形曲线
数据记录/远程服务
日志
据视图
数据导入/导出
桥梁监测客户端
原始数据后处理
沉降监测客户端
报警/远程服务
滑坡监测客户端
数据处理与控制子系统
软件系统数据流程图
数据处理与控制子系统
• 卫星数据 – 卫星颗数 – 每颗卫星的位置 – 每颗卫星的信噪比 – 每颗卫星的仰角 • GPS定位数据 – 坐标 – 水平精度、垂直精度 – PDOP值 – 使用卫星颗数 – 解类型 – 数据时延
MESH
关键问题的技术运用
核心算法
采用滤波方法消除GNSS动态定位数据中的随机 误差，即Kalman滤波器。将真实的状态（定位结果） 从各种随机干扰中实时最优地估计出来。
GNSS动态定位的离散状态空间模型如下：
X(k +1) = Φ(k +1, k)X(k) + W(k) ⎫ Y(k +1) = h[ X (k +1), k +1] + V(k +1)⎬⎭
Kalman算法平面解算结果
平面精度在5mm 左右，高程精度 在8mm左右
Kalman算法高程解算结果
关键问题的技术运用
多星座联合解算
GPS
Compass
多星解 算
GLONASS
Galileo
GNSS技术运用于变形监测优势
常规变形监测技术包括采用经纬仪、水准仪、测 距仪、全站仪等常规测量仪器测定点的变形值，其优 点是：
关键问题的技术运用
在一个静止点上，采用双频GPS接收机和普通双频天 线进行实时RTK解算
RTK的定位精度平 面在2个厘米之 内，高程在4个厘 米之内
关键问题的技术运用
在一个静止点上，采用双频GPS接收机和普通双频天 线，然后采用GPSensor软件对其连续解算24个小时
谢谢大家
基于GNSS技术的自动化变形监测系统
上海华测导航技术有限公司 系统集成事业部 副总经理
邱匡成
目录
• GNSS变形监测系统介绍 • GNSS变形监测系统应用领域 • 系统组成 • 系统关键技术运用 • GNSS技术运用于变形监测优势
GNSS变形监测系统介绍
GNSS 即 全 球 卫 星 导 航 定 位 系 统 （ Global Navigation Satellite System ），目前GNSS泛指美国的 GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的GALILEO以及中国的 COMPASS（北斗），目前使用范围较多的是美国的 GPS系统。
平面精度在 10mm左右， 高程精度在 15mm左右
关键问题的技术运用
在一个静止的点上，分20分钟一个时段对其连续观测5 个小时的数据
平面后处理结果
平面精度在8mm左 右，高程精度在 12mm
高程后处理结果
关键问题的技术运用
在一个静止的点上，分10分钟一个时段对其连续观测5 个小时的数据，用华测GPSensor准动态Kalman算法对其 进行处理
GNSS系统监测原理
GNSS基准站设置在非形变区，GNSS监测站设置 在形变监测区（监测断面的布置和监测点的数量根据 监测项目的要求来设置）。
通过数据传输系统将同一时刻的GNSS基准站及 GNSS监测站的原始观测数据发送到数据中心（数据 采样间隔可达1秒10次-20次）。
专业变形监测软件GPSensor对数据进行自动解算 处理，得到监测点实时的毫米级坐标值。
1、能够提供变形体整体的变形状态； 2、适用于不同的监测精度要求、不同形式的变 形体和不同的监测环境； 3、可以提供绝对变形信息。 但外业工作量大，布点受地形条件影响，不易实 现自动化监测。
GNSS技术运用于变形监测优势
利用GNSS定位技术进行滑坡等地质灾害监测时 具有下列优点：
1、测站间无需保持通视 2、可同时测定点的三维位移 3、全天候观测 4、易于实现全系统的自动化 5、可以获得mm级精度 利用GNSS定位技术进行地质灾害监测时也存在 一些不足之处，主要表现在点位选择的自由度较低， 单位成本相对较高。
GNSS变形监测系统应用领域
大型构筑物监测
华测变形监测系统组成
系统拓扑图
传感器子系统
多传感器平台融合
前端系统组成示意图
数据通讯子系统
数据传输系统： 有线传输：光纤、网线、485信号、422信号 无线传输：无线网桥、2G/3G通讯模块、Zigbee
数据处理与控制子系统
软件系统设计架构图
串口通讯 TCP/UPD 通讯 UHF/VHF/MODEM
GNSS系统监测原理
GNSS变形监测系统应用领域
水利水电大坝监测
GNSS变形监测系统应用领域
尾矿库安全监测
GNSS变形监测系统应用领域
地质滑坡灾害监测
GNSS变形监测系统应用领域
桥梁安全监测
GNSS变形监测系统应用领域
露天矿开采边坡、排土场、排矸场监测
GNSS变形监测系统应用领域
地表塌陷区沉降监测
Trimble Navcom Huace
NovAtel Javad
远程设置
接收机钟差改正 电离层改正
测站环境干扰去除
双差 Kalman 滤波解算 三差 Kalman 滤波解算 实时动态自由网平差
时间同步 系统完备性监测 地方坐标转换
数据视图 接收机视图
接收机分布网图 基线解算视图
监测点点位离散 图
星历更新窗口
关键问题的技术运用
优化的野外供电技术
光伏阵列最大功率点跟踪技术 MPPT（ Maximum Power Point Tracking ）
风光互补
关键问题的技术运用
组合式通讯方案
Zigbee
前端密集传 感器自组网
PLC
小区域电力 线通信传输
WLAN
5.8 GHz点对点 主干数据传输
区域内移动无 线数据传输
GNSS变形监测系统介绍
在地球上任何位置、任维位置、三维速度和时间信 息，实现全球、全天候的连续实时导航、定位和授时。 目前，GNSS已在大地测量、精密工程测量、地壳形 变监测、石油勘探等领域得到广泛应用。
通过近十多年的实践证明，利用GNSS定位技术 进行精密工程测量和大地测量，平差后控制点的平面 位置精度为1mm～2mm，高程精度为2mm～4mm。
测站变形曲线
数据记录/远程服务
日志
据视图
数据导入/导出
桥梁监测客户端
原始数据后处理
沉降监测客户端
报警/远程服务
滑坡监测客户端
数据处理与控制子系统
软件系统数据流程图
数据处理与控制子系统
• 卫星数据 – 卫星颗数 – 每颗卫星的位置 – 每颗卫星的信噪比 – 每颗卫星的仰角 • GPS定位数据 – 坐标 – 水平精度、垂直精度 – PDOP值 – 使用卫星颗数 – 解类型 – 数据时延
MESH
关键问题的技术运用
核心算法
采用滤波方法消除GNSS动态定位数据中的随机 误差，即Kalman滤波器。将真实的状态（定位结果） 从各种随机干扰中实时最优地估计出来。
GNSS动态定位的离散状态空间模型如下：
X(k +1) = Φ(k +1, k)X(k) + W(k) ⎫ Y(k +1) = h[ X (k +1), k +1] + V(k +1)⎬⎭
Kalman算法平面解算结果
平面精度在5mm 左右，高程精度 在8mm左右
Kalman算法高程解算结果
关键问题的技术运用
多星座联合解算
GPS
Compass
多星解 算
GLONASS
Galileo
GNSS技术运用于变形监测优势
常规变形监测技术包括采用经纬仪、水准仪、测 距仪、全站仪等常规测量仪器测定点的变形值，其优 点是：