基于北斗高精度位置服務的形變監測模型

1、監測模型

監測模型是指根據監測物所處的物理環境、自然環境、幾何形狀、業務精度要求等,來設計監測傳感器(如衛星天線)的部署數量和部署位置,通常來說監測物在開曠地帶,衛星通信條件好的地方,可以在監測物上直接安裝衛星天線進行監測。目前形變監測產品都是基于這種直接監測方法,實際上現在很多監測物所處的區域并不一定具備良好的監測環境、遮擋比較嚴重,地處偏遠山區距離地基增強系統比較遠的,直接監測的誤差就會很大,這種情況就需要結合監測物所在的環境和監測業務需求來定制相應的監測模型。

2、相對高程監測模型

國內外大量實踐表明,利用衛星進行平面位移監測測,精度很高可以達到5mm以內,但是由于受區域性大地水準面的精度及電離層延遲誤差等因素的影響,高程位移監測誤差往往比較大。可以通過相對高程監測來降低監測誤差,如下圖,通過橋梁高程監測為例:

橋梁監測點A,高程監測數值可以表達為:Y(A)=U(A)+ΔT(A),其中U(A)為真實的高程值,ΔT(A)為監測誤差值,監測目的就是要降低ΔT(A),如果直接觀測法ΔT(A)只能通過設備精度提高來降低,在設備精度無法提高的情況下,可以通過引入基準觀測點B,通過相對高程來降低誤差ΔT(A),原理如下:

在橋梁附近穩固區域設定基準觀測點B,觀測點B高程監測數值可以表達為:Y(B)=U(B)+ΔT(B),其中U(B)為真實的高程值,ΔT(B)為監測誤差值,相對高程表達為:Y(A)-Y(B)=(U(A)-U(B))+(ΔT(A)-ΔT(B)),通過監測Y(A)-Y(B)的變化來判斷監測點A的高程變化,ΔT(A)和ΔT(B)通過減法進行抵消,從而達到誤差降低。

3、傾角監測模型

監測原理:就是監測兩個監測點空間連線與地平線間夾角的變化,應用場景:太陽能板傾斜度監測以及山體滑坡的監測。以太陽能板傾斜度監測為例,如下圖:在太陽能板的上邊緣和下邊緣分別安裝衛星監測天線,通過監測角度θ變化來判斷太陽能板的傾斜度,利用千尋Findmm毫米級位置服務,精度可以達到0.6度到1度。

上述監測模型是在一塊太陽能板上安裝兩個監測天線,在實際監測業務中也可以通過設定公共基準觀測點進行。如下圖:

通過基準觀測模型進行觀測,每個太陽能板只需要安裝一個監測天線,監測成本會大大降低。