[发明专利]一种基于倾斜仪和GPS的火山监测与预警系统及方法

权利要求书

1.一种基于倾斜仪和GPS的火山监测与预警系统，其特征在于：包括倾斜测量子系统、GPS监测子系统、地控预警子系统；

所述倾斜测量子系统，用于根据地表结构因受到岩浆的压力或质量再分布而发生形变而引起的倾斜测量子系统形变，获得的地表倾斜角度，从而判断火山地表运动的微小形变，并根据预设的限值，进行预警；

所述GPS监测子系统，用于获取原始观测数据，判断火山运动引起的地表位移量，进行相应的火山运动状态监测；

所述地控预警子系统，用于接收倾斜测量子系统和GPS监测子系统传输的倾斜测量数据和GPS数据，并进行数据处理，分析得到预警数据，并根据设置的预警值，发出预警信号，从而实现对火山状态进行检测。

2.根据权利要求1所述的基于倾斜仪和GPS的火山监测与预警系统，其特征在于：所述倾斜测量子系统是由若干布设在火山口附近的倾斜仪组成。

3.根据权利要求1所述的基于倾斜仪和GPS的火山监测与预警系统，其特征在于：所述GPS监测子系统由设置在火山口两侧的GPS接收机组成。

4.根据权利要求1所述的基于倾斜仪和GPS的火山监测与预警系统，其特征在于：所述地控预警子系统包括地控服务中心和动态监控系统中心；

所述地控服务中心通过DTU数据传输模块，用于接收倾斜测量子系统和GPS监测子系统传输的倾斜测量数据和GPS数据，并进行数据处理；所述动态监控系统中心利用接收到的数据，分析得到预警数据，并根据设置的预警值，发出预警信号，从而实现对火山状态进行检测。

5.一种基于倾斜仪和GPS的火山监测与预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：测量地表倾斜度；

根据地表结构因受到岩浆的压力或质量再分布而发生形变而引起的倾斜仪形变，获得的地表倾斜角度θ；

步骤2：测量地表位移量；

利用设置在火山口两侧的GPS接收机，获取GPS基线向量、载波相位观测值、星历历元数据；对星历历元数据进行GPSRTK处理，组设的载波相位双差观测方程以及双差观测方程的误差方程模型，精准处理观测数据，实时观测数据实时处理数据，判断基线长以及地表监测点的三维坐标是否有变形，坐标位移量是否在预警数据精度范围；

步骤3：预警；

接收处理后的倾斜测量子系统和GPS监测子系统传输的倾斜测量数据和GPS数据，分析得到预警数据，并根据设置的预警值，发出预警信号；

如果不在预警数据范围内，则对当前倾斜测量子系统和GPS监测子系统观测值进行最小二乘估计，然后重复迭代，全天候、实时的连续进行观测。

6.根据权利要求5所述的基于倾斜仪和GPS的火山监测与预警方法，其特征在于，步骤1中倾斜角度θ与输出的电量读数F关系为：

θ＝a+b*F+c*F+d*F；

式中，θ为被测结构物的倾斜角度，单位为度(°)；F为倾斜仪的实时电量测量值，单位为F；a﹑b﹑c﹑d为倾斜仪的标定系数。

7.根据权利要求5所述的基于倾斜仪和GPS的火山监测与预警方法，其特征在于，步骤2中，GPS基线向量的估值为：

Bi=bi,1bi,2......bi,mi-1T;]]>

m_i-1是函数独立的基线向量，b_i,k为第K条基线向量；

基线向量估值的验后方差-协方差阵为：

DBi=dbi,1,bi,1dbi,1,bi,2...dbi,1,bi,m-1dbi,2,bi,1db2,bi,2...db2,bi,m-1.........dbi,m-1,bi,1dbi,m-1,bi,1...dbi,m-1,bi,m-1;]]>

是基线向量k、l间的协方差子阵；对GPS接收机获得的星历历元数据进行GPSRTK处理，组设的载波相位双差观测方程为：

▿ΔΦ12ij(t)=fc▿Δρ12ij(t)+▿ΔN12ij+ϵ;]]>

式中是两测站两卫星之间的双差载波相位，是两测站两卫星间双差整周模糊度参数，是两测站两卫星间双差星站距离，ε是测量噪声，c为光速，f是信号频率；

双差观测方程的误差方程模型为：

vk(t)=-fcΔl2k(t)Δm2k(t)Δn2k(t)δx2δy2δz2-ΔΔNk+ΔΔlk(t);]]>

式中v^k为观测值误差，δx₂、δy₂、δz₂是监测站k的坐标近似值向量的改正数向量，为系数矩阵，△△l^k为监测站K的常数项误差。