GNSS软件在地质灾害监测中的精度分析及思考_郭倩倩.pdf

第 卷 第 期 年 月测绘与空间地理信息 ，收稿日期：作者简介：郭倩倩（），女，河南商丘人，硕士，年毕业于山东科技大学测绘工程专业，主要从事地质环境监测方面的工作。软件在地质灾害监测中的精度分析及思考郭倩倩，刘诗云，潘伟锋（广州南方卫星导航仪器有限公司，广东 广州）摘要：地表位移监测是地质灾害监测中的重要内容之一，解算软件的精度直接影响监测成果的可靠性。本文以南方 软件作为测试软件，通过在稳定区域搭建测试环境，验证解算软件的内符合精度；研制可伸缩移动式刻度支架，通过上、下、左、右移动一定距离，验证解算软件的外符合精度。选取典型环境的地质灾害监测站点，分析卫星数据质量，通过合理配置解算参数以保证解算效果达到最优状态。关键词：地质灾害监测；解算软件；内符合精度；外符合精度中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：，：，引 言地质灾害的发生，往往要经历一个从渐变到突变的发展过程。如果能够选择适当的监测手段，掌握其变形运动特征，捕捉灾害前的征兆特征信息，就能有根据地判断灾害险情的发生，做到提前预防。传统的监测预警方法通常是人工携带仪器按照一定的时间周期到现场去采集监测数据，并对数据进行分析处理，将结果层层上报，管理部门经过讨论决策后发布预警信息。崩塌滑坡有一定的突发性，如果采用常规的地质灾害监测方法，效率低下且不能及时了解坡体时时变形情况，很难捕捉到灾害发生前的信息，决策部门和相关专家很难及时掌握地质灾害的动态监测结果，从而影响快速决策，预警效果较差。年以来，自然资源部大力推进普适型地质灾害监测，地质灾害监测工程为生命工程，其对监测数据稳定性、实时性、准确性有着高标准和高要求。地表位移监测可以准确反映监测体的三维绝对变形，是地质灾害监测中的一项重要内容。解算软件作为关键配套服务软件，其解算精度、稳定性将很大程度上影响 监测成果的真实性和有效性。地质灾害监测环境较其他监测场景更为复杂，监测点位置大多处在山沟、居民区，点位信号易被遮挡，现场实施比较困难。为了准确掌握 解算软件在地质灾害监测应用中的解算精度、可靠性等关键性能指标，需要对该特定应用场景进行精度分析，总结出相关参数配置作为重要参考指标，以指导后续工作的推广应用。解算软件内符合精度测试 测试及分析方法通过在稳定、开阔的楼顶搭建测试环境进行 解算软件内符合精度测试，以南方一体化 接收机与 采集解算软件为测试工具。）测试目的：分析短基线下 软件解算精度。）测试内容：在 、采集时长下，软件解算的内符合精度。）测试时长：。）数据质量分析方法展示本测试周期内不同采集时长下，监测站各坐标轴方向的形变量变化曲线，计算各方向形变量标准偏差，分析数据波动情况。不同采集时长解算成果展示通过在 软件上添加四路传输，分别配置了 、采集时长，将各采集时长下解算结果导入绘图软件，得到形变量曲线，如图 所示。图 不同采集时长下解算形变量 由上图可知，当采集时长为，平面精度主要集中在 以内，存在部分结果超过；高程精度主要集中在 以内，存在部分结果超过，判断属于数据跳变情况。当采集时长达到 ，平面精度主要集中 以内，高程精度主要集中在 以内，存在个别结果超过。当采集时长达到 及以上，平面精度可达到，高程精度可达到，基本无跳变产生。当采集时长在 以内时，增加采集时长，解算精度有显著提高；当采集时长超过 或 ，增加采集时长对于提高解算精度没有明显效果，且当采集时长较大时，可能会影响软件解算进程，降低解算效率，对服务器性能要求也较高。综上可见，在采集时长 情况下，可以同时保证解算精度与解算效率。内符合精度分析内符合精度反映观测值之间的离散程度，通过标准差（）来衡量。分别计算测试周期内不同采集时长下，各形变分量的标准差，北、东、天方向分别用字母、来表示，个方向的形变量标准差分别表示为（）、（）、（），结果见表。由表 可知，随着采集时长增加，各分量 值均在逐渐减小。当采集时长为 ，由于存在个别跳动较大的点，使得整体 值较大；当采集时长，形变量在较小范围内波动，各分量 值大幅度降低。综上，在地质灾害监测场景中，在保证数据解算准确性和及时性的前提下，采用 采集时长解算效果较好。采集时长的大小本质上是数据量大小，也可根据特定需求，配置较小的采集时长，通过合并文件数量来增加数据量，该方法既可以保证解算的及时性，又可以保证解算的可靠性。表 各采集时长坐标分量 值 数据时长（）（）（）（）（）（）（）解算软件外符合精度测试为验证 解算软件的外符合精度，同样在稳定、开阔的楼顶搭建测试环境，定制可移伸缩移动式刻度支架，将 接收机通过支架安装在稳定基座上。测试流程如下：）保持 接收机高度不变，平面沿、正方向各移动 ，测试时间 ，采集时长 。）保持 接收机水平方向不变，垂直向下移动，测试时间 ，采集时长 。分别沿水平方向和垂直方向移动的情况下，站点形变量解算结果如图 所示。图 移动 下站点形变量曲线 由图 可知，当、沿正方向各移动 时，、方向形变量结果主要集中在 之间，形变量主要集中在 以内。在水平移动 基础上，沿方向移动 时，方向形变量主要集中在 。综上可知，解算所得的结果与移动情况基本一致。外符合精度是以外部提供的参考值为比对基准，主要反映观测值与参考值之间的偏差程度，即精确度，一般用误差的均方根（）来度量，计算各方向分量 值见表。表 各移动方向下坐标分量 值 移动方向及距离（）（）（）（）（）（）水平移动 垂直移动 第 期郭倩倩等：软件在地质灾害监测中的精度分析及思考 地质灾害专群结合监测预警技术规范对于 地表位移监测设备要求为静态水平精度：，静态高程精度为 。在地质灾害场景下，基线距离一般在 以内，则静态水平精度在 以内，静态高程精度在 以内即为满足规范要求。综上可得，在测试环境下，接收机配合解算软件可完全满足地灾监测精度要求。典型地质灾害监测场景下数据质量分析 典型地质灾害监测环境概况根据地质灾害隐患点的特点，通常地表位移监测设备安装位置存在树木遮挡，或一面甚至两面有建筑物遮挡，截止高度角上空存在一定的遮挡物。在进行点位选取时，尽可能选取遮挡较小的位置，以保证良好的搜索环境。以某地质灾害试点项目为例，分析该环境下接收到的卫星数据质量，用以判断解算结果的可靠性。卫星数据质量分析选取该基准站和监测站连续 的原始观测数据，用于分析数据质量。将数据文件导入南方地理数据处理平台软件，得到该基准站与监测站的卫星数据接收质量图。为了解卫星数据整体质量，将数据导入数据质量分析工具进行解算，获取站点数据的完整性、多路径、周跳比等信息。采用 工具分析现场环境的数据质量，选取：数据结果进行展示，结果见表。表 站点数据质量 基准站卫星系统时段完整性（）周跳比：监测站卫星系统时段完整性（）周跳比：解算软件参数配置如下：采集时长：；基线类型：短基线；静态高度截止角：采样间隔：分段最小历元：；：；固定解比率：；观测值固定比例：。质量检查参数：完整性，多路径；滤波算法：不开启。各参数含义如下：采集时长 ：即 存储一个数据文件，解算一次。短基线：即基准站与监测站之间的向量距离，地质灾害监测应用中，一般小于 的距离为短基线。静态高度截止角：即为了屏蔽遮挡物（如建筑物、树木等）及多路径效应的影响所设定的遮蔽高度角，低于此角视空域的卫星不予跟踪。采样间隔 ：接收机每 采集 组卫星数据。分段最小历元：当接收机接收到的数据不连续时，要求最少连续 个历元数据无缺失，否则不参与解算。：倍标准偏差值，当该值 时，证明该指标合格，然后再进行其他限制条件的判断。固定解比率：模糊度检验值，该值反映了所确定出的整周模糊度固定为整数的可信度，当该值 时，证明该指标合格，然后进行其他限制条件的判断。观测值固定比例：是指参与解算的载波得到固定解的数量与参与解算的载波总数量的比值，代表。当该值时，证明该指标合格。然后再进行其他限制条件的判断。解算结果采用的限制条件包含 值、观测值固定比例、固定解比率，三者同时满足限值要求时，判定解算结果可靠，予以采用入库。以上指标的具体数值可根据实际情况合理配置。结合表 的数据可知，在该安装环境下，数据完整性、多路径与周跳比满足限值要求的情况，数据质量较好。选取连续 的解算结果，数据解算情况如图 所示。图 监测站形变量曲线图 由图 可知，在该典型地质灾害隐患点场景下，解算软件不开启任何滤波算法功能，当卫星数据质量完整性达到，多路径误差小于 的情况下，水平解算精度集中在 以内，高程解算精度集中在 以内，出现个别数据跳变情况，可辅助滤波算法加以消除，整体精度满足地质灾害监测技术规范要求。解算软件发展方向及思考对于安装环境较好的站点，当采集时长较短时，解算结果存在少量跳动的情况，通过优化软件参数配置、调高限制条件可以较好地解决。随着采集时长的增加，解算效果也会得到保证。在地灾监测场景中，设备安装环境较差是普遍现象。解算结果跳动引发误报、频繁解算失败、降低设备在线率等情况时常发生，亟须在环境较差情况下提高解 测绘与空间地理信息 年算结果的可靠性。以下问题需要在后续工作中解决：）优化参数配置，寻求特定环境下最优解算参数配置，保证解算结果的可靠性；）优化滤波算法、数据质量检核算法，有效剔除跳变数据，减少或避免误报警情况发生；）优化算法配置，保证在数据解算失败时，软件自动进行合理数据内插，保证监测成果的连续性和准确性；）结合大量测试数据和工程实践，探索 解算软件中解算参数和监测成果的自动、智能检验方法。结束语本文以南方一体化 接收机与 采集解算软件作为测试工具，验证了 解算软件在地质灾害监测中的内、外符合精度，主要完成了以下工作：）在稳定、开阔的区域搭建了测试环境，在 软件上建立了四路传输，分别配置了、的采集时长，通过连续 的测试，验证了 解算结果的内符合精度，并用标准偏差（值）来衡量。）通过测试不同采集时长下的解算精度，证明了在地灾监测场景中，采集时长的数据量可以很大程度上保证解算结果的可靠性。）研制了可伸缩移动式刻度支架，分别沿水平正方向、高程负方向移动 ，配置 采集时长，各测试，验证了解算结果的外符合精度，并用均方根值（值）来衡量。）通过分析具体地质灾害监测项目安装点位卫星数据质量，得出了最佳解算参数配置，用于保证数据解算的及时性和可靠性，并提出了 解算软件当前需要解决的问题以及未来的发展方向。参考文献：包广兴关于崩塌、滑坡地质灾害监测现状的探讨世界有色金属，（）：任玉良地质灾害监测 的硬件设计与实现成都：电子科技大学，杨丽基于 技术的地质灾害监测平台研究与实现大众科技，（）：傅永强滑坡灾害诱发因素与预警预报分析福建交通科技，（）：段雅栩，叶飞，刘顺强地质滑坡勘查及防护措施探析世界有色金属，（）：田慧生，易维路堑高边坡施工动态监测在施工中的应用中国公路，（）：辛桐北斗高精度监测系统助力地质灾害防治工作中国测绘，（）：熊寄然 技术在城市边坡监测中的应用重庆建筑，（）：王迪，邹浜，文静，等基于 的边坡监测智能预警系统的设计与实现全球定位系统，（）：冉承其北斗卫星导航系统建设与发展卫星应用，（）：庞健自动化监测系统在高危边坡监测工程中的应用经纬天地，（）：杜明启边坡监测预警系统在露天矿地质测量中的应用内蒙古煤炭经济，（）：苏明坤 北斗高精度相对定位关键技术研究武汉：武汉大学，李思谕基于北斗的地理国情普查安全生产监控系统设计与实现测绘与空间地理信息，（）：程咏春，郭铁春，仇成龙贵隆高速边坡群在线安全监测系统应用研究 湖南交通科技，（）：编辑：刘莉鑫（上接第 页）结束语运用探地雷达可以有效探测不同埋深及管径的上水管线，其表现如下：）不同埋深的上水管线雷达剖面图抛物线曲率不同，埋深越浅，抛物线曲率越小；）不同管径的上水管线，其雷达剖面图抛物线的曲率、跨度均不相同，管径越大，抛物线曲率越大、跨度越大。同时，探地雷达具有快速、高效、无损等特点，若与管线探测仪等探测设备相结合，探测效果会更理想。参考文献：李慧琪，高涛地下管线探测中地质雷达的应用分析 年 月建筑科技与管理学术交流会北京：北京恒盛博雅国际文化交流中心，王继果，戴加东，周峰综合物探在城市地下管线探测中的应