应用北斗高精度位移监测技术打造在线变形监测预警平台——HTSG变形监测解决方案助力云南高原山区公路、桥梁远程无人值守实时监测与预警系统建设

张 永，罗树江，吴 迪

(广州中海达定位技术有限公司，广东 广州 511400)



中海达·开启智时代

应用北斗高精度位移监测技术打造在线变形监测预警平台
——HTSG变形监测解决方案助力云南高原山区公路、桥梁远程无人值守实时监测与预警系统建设

张 永，罗树江，吴 迪

(广州中海达定位技术有限公司，广东 广州 511400)

一、引 言

云南省公路网里程近30 000 km，其中中桥以上桥梁2000座，危险性较大路段3400余处。对这些重要路段和构造物进行监测监控是非常必要的。

中海达“安全卫士”在线变形监测预警平台(HTSG)基于北斗高精度位移监测技术，可以全天候、实时采集公路、桥梁、边坡及隧道的位移形变数据，并能根据预设的各等级预警值向控制中心发送预警信息，从而为云南省路网安全提供强有力的技术支撑。该系统不仅能准确表达监测点的工作状态，对相关数据进行分析并提出初步风险评价，还能多渠道多形式适时分级发布报警信息，从而为运行单位随时随地掌握公路安全状况、桥梁健康状况、边坡安全状况和决策部门在关键时刻的决策分析提供坚实的技术支持与信息参考。

二、关键技术

该项目采用中海达的VNet8作为GNSS卫星数据接收机。北斗高精度位移监测技术作为HTSG的核心技术，应用了包括北斗/GPS高精度天线技术、北斗/GPS双系统融合捕获与跟踪算法技术、单历元解算、多网融合通信等一系列高新技术。

1.北斗兼容型高精度位移监测设备

北斗兼容型高精度位移监测设备的研制至少需要突破几个关键技术问题：

1) 北斗/GPS高精度天线技术。

2) 北斗/GPS双系统融合捕获与跟踪算法技术。

3) 北斗/GPS双系统融合高精度双模芯片技术。

2.单历元解算

基于北斗高精度位移监测技术将采用单历元解算技术来求解位移形变信息。

在GNSS变形监测中，监测站在固定时间段内变形量有限，即使是变形速率最快的桥梁变形监控，在若干历元的时间段内也可认为监测站静止，因此在这个固定时间段内可通过快速静态观测的方法求解载波相位模糊度。根据监测站可以事先通过静态观测的方法得到一个比较准确的概率值，并且变形量始终保持在一定的范围内，因此可以通过附加监测站位置先验条件来缩小模糊度搜索空间，加速模糊度的正确固定。

而当观测卫星数大于4颗时，即可单历元求解监测站的变形信息，实际工程应用中，由于多路径效应等的影响，某些卫星观测数据存在异常，造成计算出的变形信息出现偏差；另外，根据LAMBDA算法固定出的模糊度也很难保证所有卫星的模糊度正确。因此，有必要在单历元定位时用抗差模型降低异常观测值的权，抑制粗差对定位结果的影响。

3.多网融合通信技术

通信系统主要包括北斗兼容型移动站至北斗兼容型基准站解算中心的链路，以及北斗兼容型基准站解算中心的链路至远程控制中心的链路。

考虑到高原山区野外作业环境的复杂多样性，整个网络通信系统所涉及的通信方式将更加多元化，应用多网融合通信技术可实现包含北斗通信、光纤、无线网桥、网口通信、3G、电台通信、GPRS、Internet等通信方式。

三、测试与应用

中海达的技术和产品特性满足了该项目实施的指标要求，在云南高原山区公路、桥梁远程无人值守实时监测与预警系统建设中发挥了至关重要的作用，也保证了系统建设工作保质保量的完成。该项目南盘江大桥某站点监测结果数据如图1所示。

由图1可以看出，南盘江大桥监测站点3 d的定位结果数据抖动情况均在20 mm以内，结合GNSS解算精度和桥梁本身震动情况，该结果符合真实情况，满足桥梁监测精度要求。

图1 南盘江大桥监测站点定位结果数据

四、应用开发

为了更好地应用北斗高精度位移监测技术，更好地服务于云南省公路桥梁安全运营与管理，HTSG还具有以下功能：

1) 基于百度地图API，将公路局辖内公路桥梁分布信息、预警信息叠加显示在百度地图上，从而直观显示平台系统整体运行情况。

2) 实时展示所有桥梁监测站点的监测数据，通过曲线图、数据列表、文字等形式展示所有监测站点的实时数据与历史数据，支持用户从Web系统中下载历史数据。

3) 集成了渗压计、物位计、倾斜仪、裂缝计、风速仪、雨量计、压力盒、渗流计等多种智能传感器，可实时监测边坡的多个维度形变数据，为公路边坡监测与科学决策提供数据支撑。

4) 系统用户权限结合行政区划，为不同行政级别的用户分配不同权限的账号，以便系统运维管理科学有序进行。

5) 当监测数据超过预警阈值时，系统预警可采用短信、邮件、声光等方式，将预警信息实时推送给用户，为科学治理公路桥梁险情争取时间。

五、结束语

北斗高精度位移监测技术通过在云南高原山区公路桥梁、边坡远程无人值守实时监测与预警的示范应用，不断完善位移监测终端产品，并进行规模化生成，逐步在全国范围内的公路桥梁、边坡领域大规模推广应用。

而通过接入其他智能传感器，即可将该技术广泛应用于滑坡地质灾害监测、矿山边坡位移监测、尾矿库位移监测、矿山采空区沉陷监测、水库大坝位移监测、堤防渠道位移监测、深基坑及周边影响区位移监测、高层建筑及大型场馆健康监测、地震监测、电力设施安全监测等领域，应用前景十分广阔。北斗终端产品的量产，将加快北斗卫星导航产业链中上游企业的高速发展，有助于优化北斗产业结构，为本产业及相关产业的发展带来新的经济增长点。

(本专栏由中海达和本刊编辑部共同主办)