[发明专利]一种附水平约束的单历元GNSS解算方法

说明书

本发明公开了一种附水平约束的单历元GNSS解算方法：动态单历元定位的一个关键问题是模糊度的正确解算。通过增加约束条件，可提高单历元解算模糊度的可靠性。利用15‑30min观测数据得到监测点GNSS坐标序列，通过小波分析方法来确定超高层建筑物在外力荷载作用下的简谐运动方程，根据超高层建筑物运动规律构造约束条件。为克服单历元解算秩亏问题，引入伪距观测值，由于宽巷组合波长较长，其模糊度比较容易确定。所以，通过附加超高层建筑物运动状态的约束条件，首先固定宽巷模糊度，其次附加状态约束来确定L1、L2模糊度，从而实现模糊度快速解算。

技术领域

本发明属于超高层建筑物变形监测技术领域，涉及一种附水平约束的单历元GNSS解算方法。

背景技术

我国的《民用建筑设计通则》(GB 50352—2005)将住宅建筑依层数划分为：一层至三层为低层住宅，四层至六层为多层住宅，七层至九层为中高层住宅，十层及十层以上为高层住宅。除住宅建筑之外的民用建筑高度不大于24m者为单层和多层建筑，大于24m者为高层建筑(不包括建筑高度大于24m的单层公共建筑)；建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑。据统计：截至到2018年9月底，我国(包含港澳台地区)已建成超高层建筑物数目大约为260幢，其中，100-200米约为100幢；200-300米约为80幢，300米以上约为80幢。目前，我国最高层建筑物为上海中心大厦，约为632米。对建筑物来说，因为受到环境荷载的影响(如受风荷载、地震荷载)，自身结构的疲劳效应、腐蚀以及材料的老化，甚至是一些人为的因素，建筑物都会随着岁月的流逝而逐渐产生变形，而建筑物的结构承载力也会逐渐降低。通常表现为建筑物呈现出均匀或者不均匀的沉降，或是出现一些裂缝、倾斜、扭转、位移的现象，当这些变形值超过建筑物设计允许值时，就会对建筑物造成一定程度上的破坏。建筑事故的形成并不是一朝一夕的事情，事故都将经过一个变形的过程。超高层建筑因为其高度上的特征，比起普通建筑在施工、运营以及管理的过程更为危险和复杂。同一般类型的建筑相比，超高层结构在风荷载、日照作用、地震等因素的影响下会产生更为明显的动态变形。超高层建筑在施工阶段与正常使用阶段存在许多需要重点监测的动态变形量，如风荷载作用下的振动幅值、倾斜角度、振动轨迹、速度和加速度等。风荷载是一个复杂的非平稳随机过程，这就造成风对建筑物结构的作用表现出间歇性和动态性，而探讨风速与超高层建筑物动态形变的关系对结构的安全评估具有十分重要的意义。

传统测量系统主要采用全站仪、加速度仪、激光干涉仪、位移传感器等设备，其缺点主要表现在：高度超高300m以上时，激光发散角变大，全站仪仰角大，无法满足观测；不适合在大风、大雨等恶劣条件下监测，而这种气候条件恰好是重点监测时段；无法进行多点实时和同步测量，也无法进行长时间的连续测量；受大气湍流及大气折光影响，测角、测距精度变低。而GNSS技术在超高层建筑物变形监测方面具有独特的优越性：采样率高，目前GNSS接收机采样率已达到20Hz，甚至100Hz；自动化程度高，GNSS接收机的数据采集工作自动进行；四维监测，高精度三维位移测量和精度达30ns的时间信息；全天候监测，GNSS接收机在任何时段都可接收到工作卫星信号，风雪雨雾恶劣天气中亦能正常工作，易实现长期的连续监测。对于高精度动态定位中，主要采用GNSS相对定位方法，如图1所示，特别是在短基线时，可以很好地消除或削弱相关性较强的误差。所以，GNSS-RTK技术在超高层建筑物变形监测中得到了广泛的应用。在良好的环境条件下，RTK初始化所需时间一般为几秒。但不良环境条件下，技术先进的接收机也需要几分钟到十几分钟，而技术性能较差的接收机则很难完成初始化工作。与多历元动态定位相比，实时动态单历元定位技术是未来GNSS定位技术的发展趋势。基于当前历元观测数据的单历元定位具有无需探测周跳、能充分利用观测数据、定位精度高等优点，通过增加约束条件，提高了解算模糊度的可靠性。

发明内容

技术问题：目前常用的GNSS-RTK技术需要进行周跳探测与修复，且存在初始化时间长等问题，而本发明具有无需探测周跳、能充分利用观测数据、定位精度高等优点，并且通过增加超高层建筑物运动规律约束条件，提高了模糊度解算可靠性。

技术方案：