[发明专利]一种基于GNSS双天线的高铁桥墩变形监测的方法与装置

说明书

本发明公开了一种基于GNSS双天线的高铁桥墩变形监测的方法，通过利用两个天线的观测量，增加了GNSS卫星的可用性和改善了GNSS卫星的几何分布，而且从天线的冗余观测量可以很好地削弱主天线上的多路径效应，再利用两个天线间的几何关系这一约束条件，从而有效地提高了模糊度解算的可靠性，增加了模糊度固定的成功率。本发明还公开了一种基于GNSS双天线的高铁桥墩变形监测方法的装置，GNSS基准站用于GNSS定位中的差分参考站，为监测站设备提供差分数据，并通过通讯设备进行播发；GNSS双天线监测装置可接收GNSS基准站差分数据并进行差分定位，并以此来求解高铁桥墩的变形参数。

技术领域

本发明涉及高铁桥墩变形监测技术领域，特别是一种基于GNSS双天线的高铁桥墩变形监测的方法与装置。

背景技术

我国高速铁路取得了飞速发展，截至2018年底高速铁路营业里程达到2.9万km以上，约占全球高速铁路营业里程的60％以上。预计到2020年，中国高速铁路路网规模将达到3.0万km，覆盖80％以上的大城市。在高铁快运快速发展的同时，运营安全性要求进一步提高。我国高速铁路系统具备运行速度快、发车间隔小、行车密度高、客运量大、正点率高等特点，一旦安全无法保障，造成的损失将不可估量。

我国幅员辽阔，领土地区横跨亚热带至亚寒带，地形及气候复杂多变，铁路线多位于山区、高架桥以及长隧道等复杂环境，如东北地区属典型温带季风气候，气温变化-40℃～+40℃；海南地处亚热带，温热潮湿；西北黄土高原，存在大面积湿陷性黄土；东部河网密布，存在大量淤泥质软土。所以在新建道路时，着重考虑采用高速铁路桥梁的方案。高速铁路的大范围建成，铁路沿线的施工建设影响着架空高铁桥梁的稳定性，也影响着高铁铁路的运营安全，高铁桥墩防护工作显得刻不容缓。铁路运行及周边环境会对已经建成的高铁建筑物产生一定的影响，而这种影响虽然在一定程度上可以根据已有的工程经验与计算予以估算，但由于岩土工程技术复杂，所以工程实施过程中必须对可能受到影响的高铁桥墩进行变形监测。通过对实测数据的现场分析、处理，及时向业主方、设计方、监理方提供分析资料，对保证周边施工以及高铁的安全运营的安全具有重要现实意义。

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：成本高，不利于大规模应用；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技术在高铁桥墩变形监测方面具有独特的优越性：(1)采样率高，目前GNSS接收机采样率已达到20Hz，甚至100Hz；(2)自动化程度高，GNSS接收机的数据采集工作自动进行；(3)四维监测，高精度三维位移测量和精度达30ns的时间信息；(4)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，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，使得GNSS-RTK技术在高铁桥墩变形监测中有一定的应用。但由于高铁桥墩的特殊性质，只能接收到部分GNSS卫星，造成了观测卫星几何分布较差，降低了GNSS卫星的可用性，而不良环境条下，性能较好的接收机初始化时间也需要几分钟到十几分钟，性能差的接收机则很难完成初始化工作。

综上，目前常规RTK技术受桥墩遮挡影响，接收到的GNSS卫星数目较少，降低了GNSS卫星的可用性，且GNSS卫星几何空间分布较差，使得RTK初始化时间较长，模糊度固定率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于GNSS双天线的高铁桥墩变形监测的方法与装置，本发明增加了GNSS卫星的可用性和改善了GNSS卫星的几何分布。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：