[发明专利]一种基于GPS导航卫星系统发射信号主要用于地形运动、大型设施以及民用建筑工程监控和测量的系统和方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种基于导航卫星系统GPS(全球定位系统)发射信号的测量系统，特别是主要应用于领土的位移和变形(地形的山崩、塌方、自然运动等)以及建筑物、水坝、桥梁、公路、大型基础设施以及民用建筑工程的监控和测量的测量系统。

【背景技术】

用于监控地形和大型基础设施的系统已经采用了为大地测量应用而开发的技术，因而，最初为科学应用而开发的相对昂贵的接收器，目前已经普遍应用于土木工程以及地形、基础设施的监控活动中。

其结果是，基于GPS系统发射信号的测量系统由于所用设备的高成本原因，其普及和使用受到限制。

目前，测量是利用移动站进行的，移动站在测量周期结束时被转移，并在一个不同于刚才监测地点的站点用于监控工作。测量系统成本的降低使测量站固定网络的创建成为可能，而这将能够提供对于现象监测的时间和空间的全部分析。

【发明内容】

更具体地说，本发明涉及一种基于GPS系统发射信号用于监控和测量的测量系统，包括：

多个配备有至少一个GPS接收器的测量站；

一或多个基站，用于接收和处理所述多个测量站的测量；及

一网络，用于所述站点之间的通信。

因而本发明的目的在于提供一种基于GPS系统发射信号用于监控和测量的测量系统，从而能够降低所需设备的成本，并使提供用于实时监控的固定监控网络成为可能。

根据本发明，以上目的可通过上述的一种基于GPS系统发射信号用于监控和测量的测量系统而实现，其基本特征在于：

GPS接收器是一个工作于单一载波的接收器；

测量站被分割成三角形子网，其中的每一个三角形顶点设有一站点；

基站被配置用于计算基线的长度，该基线通过双差分(doubledifference)连接测量站；以及

所述基站被配置用于实时解法的计算。

在本发明的一个优选实施例中，测量站所用的接收器是工作于单一载波的低成本接收器。

在本发明的进一步优选实施例中，测量站之间的实时通信是通过低成本的无线局域网(WLANs)或者使用工作于2.4GHZ带宽的调制解调器的点对点无线电连接来达成的。

根据本发明，上述主要用于大型基础设施和民用建筑工程的移位和变形的监控和测量的基于GPS系统发射信号用于监控和测量的测量系统，能够降低所需设备的成本，并能够使得这些测量设备大范围地普及，从而以恒定和持续方式用于监控和保护直接环境。

过去，上述的测量系统是科学研究和敏感应用领域独占的专用物，但可以预见，未来监控和探测的能力将结合在基础设备本身之中，但这只有通过低成本系统才有可能实现。

目前由于方案算法的复杂性以及计算机的有限计算能力，用于大地测量的测量系统仍基于数据的后验处理或后处理。由于当今计算能力已经取得巨大的进展，在需要保证系统响应的可靠性和敏捷性的场合下已经可以实施实时应用。

有时一项科学应用能够接受数据处理中的延时，但用于监控一个基础设施的综合系统在其所处的任何条件下都必须能够迅速而可靠地响应。

相比于当前无线电话和卫星导航仪的普及，本发明的解决方案通过以下有利效果，能够保证测量系统的广泛普及：

低成本，使固定监控网络能够普及应用；

测量操作中的高速度；

与测量操作相同的速率实时数据处理；以及

实时通信，使不同测量站中的数据能够存储和共享。

【附图说明】

以下将配合参照附图对本发明进行详细说明，所提供的这些附图仅只是作为本发明的非限定性实例而已，其中：

图1显示了干涉测量法的基本原理；

图2显示了根据本发明提出的网络几何图的一个实例；

图3显示了一个测量站的体系结构的一个实例；以及

图4特别显示了一个基站的体系结构的一个实例。

【具体实施方式】

干涉测量法是通过卫星信号进行测量的测地应用中的一项基本技术，干涉测量法的原理如图1所示。

根据图1，两个设在不同位置的天线10接收由卫星20发射的信号S，设定两个天线10之间的距离为D12，通常认为该距离D12为两个天线间的“基线”，可通过如下公式几何地计算出：

其中，λ为波长，Δ为测量精度，α为卫星20的仰角角度。