一种基于RTK传感器的山体边坡自动化监测方法及相关设备与流程

本技术属于电数字数据处理领域，尤其涉及一种基于rtk传感器的山体边坡自动化监测方法及相关设备。

背景技术：

1、山体边坡变形监测是工程地质灾害防治领域的重要研究方向，精确掌握边坡变形特征对预防滑坡灾害具有重要意义。现有边坡监测方法主要包括倾斜仪、位移计等传统监测手段，这些监测设备受制于安装位置的局限性和外部环境的影响，难以实现对边坡大范围、高精度的动态监测。同时，设备安装过程中需要进行基础开挖和埋设，容易对边坡结构造成扰动，甚至可能引发新的不稳定因素。

2、随着卫星定位技术的发展，基于rtk（实时动态载波相位差分定位）技术的边坡监测方法逐渐得到应用。该方法通过在边坡表面布设rtk传感器，结合差分定位原理获取监测点的三维坐标变化，实现了边坡变形的非接触式监测，减少了传统监测方法对边坡结构的破坏。

3、然而，在山体边坡复杂地形条件下，植被茂密或山体阻挡会导致rtk信号接收不稳定，影响定位精度。特别是当监测点位于边坡背阴面或峡谷地带时，可视卫星数量不足会造成监测数据的中断或失真，降低了山体边坡监测数据的完整性，进而降低了对山体边坡监测的准确性。

技术实现思路

1、本技术提供了一种基于rtk传感器的山体边坡自动化监测方法及相关设备，用于提高山体边坡监测数据的完整性，进而提高对山体边坡监测的准确性。

2、第一方面，本技术提供了一种基于rtk传感器的山体边坡自动化监测方法，在确定多层监测网络被设置在待监测山体边坡的情况下，将多层监测网络中的主监测点以及主监测点预设范围内的每个辅助监测点构建为监测单元，得到与若干主监测点一一对应的若干监测单元，多层监测网络包括第一监测层和第二监测层，每个主监测点位于第一监测层内，每个辅助监测点位于第二监测层内；

3、控制每个监测单元内的辅助监测点按照预设时间片同步接收卫星信号，并将卫星信号的信号数据按照时序整合得到监测单元对应的信号矩阵；

4、提取信号矩阵中的载波相位观测值和伪距观测值，并计算载波相位观测值与伪距观测值的差值，得到监测单元中每个监测点的双差观测值序列；

5、当任一双差观测值序列满足若干预设规则中的任意一条时，将对应的监测点确定为异常监测点，并根据与异常监测点相邻的两个监测点的双差观测值序列计算异常监测点的信号补偿值；

6、根据信号补偿值修正异常监测点接收到的信号数据。

7、通过采用上述技术方案，构建多层监测网络和监测单元的方式，实现了对山体边坡的分层次、多尺度监测。主监测点位于第一监测层，辅助监测点位于第二监测层，使监测网络具有明确的空间结构。将主监测点及其周边辅助监测点组成监测单元，可以通过辅助监测点的观测数据来验证和补充主监测点的监测结果，提高了监测数据可靠性。通过预设时间片实现辅助监测点的同步观测，既降低了监测点之间的信号干扰，又提高了观测数据的时间一致性。采用双差观测值序列进行异常检测，可以减少卫星钟差、接收机钟差等共同误差，提高异常检测的灵敏度。当检测到异常时，利用相邻监测点的观测数据计算补偿值并进行修正，提高了监测数据的连续性和完整性，提高了对山体边坡监测的准确性。

8、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，控制每个监测单元内的辅助监测点按照预设时间片同步接收卫星信号，具体包括：

9、基于监测单元内辅助监测点的空间分布特征，将预设采集周期划分为预设数量的时间片，预设数量为监测单元内辅助监测点的数量；

10、按照辅助监测点的空间分布顺序，为每个辅助监测点分配对应的时间片；

11、在每个时间片内，控制对应的辅助监测点同步接收来自卫星的多组信号。

12、通过采用上述技术方案，根据辅助监测点的数量确定时间片数量，保证每个监测点都有独立的观测时段。基于监测点的空间分布顺序分配时间片，考虑了监测点之间的空间关系，使相邻监测点的观测时间错开，降低了信号干扰。在每个时间片内，控制对应的辅助监测点同步接收多组卫星信号，提高了单次观测的冗余度。通过时间分片减少了多个监测点同时观测可能造成的信号干扰，基于空间分布顺序分配时间片，使观测数据具有明确的空间连续性，单个时间片内接收多组信号提高了观测精度。

13、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，提取信号矩阵中的载波相位观测值和伪距观测值，具体包括：

14、对信号矩阵中每个时间片的信号数据进行噪声滤波，得到滤波信号数据；

15、检测滤波信号数据中的周跳现象，并将出现周跳现象的滤波信号进行修复，得到合格信号数据；

16、提取合格信号数据中的载波相位观测值和伪距观测值。

17、通过采用上述技术方案，对原始信号进行噪声滤波，降低了随机误差的影响。检测并修复周跳现象，提高了载波相位观测值的连续性。提取合格信号数据中的观测值，确保了后续处理使用的数据质量。

18、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，在提取信号矩阵中的载波相位观测值和伪距观测值之后，方法还包括：

19、计算监测单元内各监测点之间的时空相关系数矩阵；

20、基于时空相关系数矩阵，建立监测单元的信号传播特征方程；

21、根据信号传播特征方程提取周期分量和趋势分量。

22、通过采用上述技术方案，计算监测点之间的时空相关系数矩阵，量化了监测点之间的关联程度，基于相关系数矩阵建立信号传播特征方程，描述了监测区域内的信号传播规律，提取信号的周期分量和趋势分量，实现了对变形特征的分解分析。

23、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，若干预设规则，具体包括：

24、在预设时间窗口内，双差观测值序列出现超过第一预设时长的数据中断；

25、双差观测值的标准差超过第一预设阈值；

26、载波相位观测值在相邻历元之间的跳变超过预设周波数；

27、监测点的双差观测值与其相邻两个监测点的观测值的差值超过第二预设阈值，且差值的持续时间超过第二预设时长。

28、通过采用上述技术方案，设定数据中断时长的规则可以及时发现信号丢失或设备故障，提高监测数据的连续性和完整性，通过控制双差观测值的标准差不超过一定阈值，可以减少因环境噪声或设备误差造成的异常数据，以提高数据的可靠性，监控载波相位观测值的跳变，有助于识别由于突发地质事件（如滑坡或地震）引起的异常位移，从而快速响应可能的灾害，对监测点间观测值的差异和持续时间的严格控制，可以精确识别出局部边坡的不均匀移动或变形，提升了边坡监测系统的灵敏度和反应速度，使得边坡的微小变化也能被及时捕捉并进行分析，提高了边坡灾害的预警能力。

29、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，在根据与异常监测点相邻的两个监测点的双差观测值序列计算异常监测点的信号补偿值之后，方法还包括：

30、基于信号传播特征方程的周期分量，预测异常监测点在当前时间片应获得的理论信号值；

31、根据时空相关系数矩阵计算信号衰减补偿系数；

32、将理论信号值与信号衰减补偿系数相乘得到最终信号补偿值，并将最终信号补偿值替换为信号补偿值。

33、通过采用上述技术方案，使用信号传播特征方程的周期分量进行预测，可以根据历史数据模式推断出当前时间片异常监测点接收到的理论信号值，考虑了信号的周期性变化特征，增强了信号处理的预见性和准确性，基于时空相关系数矩阵计算信号衰减补偿系数，使得系统可以根据监测点之间的相对位置和环境因素调整信号补偿值，提高补偿措施的精确性。通过将理论信号值与补偿系数相乘，得到的最终信号补偿值能够更真实地反映监测点的实际情况，减少误差，提高了信号的稳定性和可靠性，尤其是在复杂多变的外部环境中，能够减少误报和漏报，提升了山体边坡监测系统的整体性能。

34、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，在根据信号补偿值修正异常监测点接收到的信号数据之后，方法还包括：

35、利用信号数据进行载波相位差分解算，获取监测单元内各监测点的三维坐标值；

36、以主监测点为中心建立极坐标系，计算各个辅助监测点相对于主监测点的径向位移和切向位移；

37、基于径向位移和切向位移计算监测单元的应变张量；

38、当应变张量的主应变值超过第三预设阈值时，触发预警信号。

39、通过采用上述技术方案，通过使用信号数据进行载波相位差分解算，可以获得更精确的监测点三维坐标值，以主监测点为中心建立的极坐标系，更准确地得到各辅助监测点相对于主监测点的位移方向和距离，基于径向位移和切向位移计算得到的应变张量，可以直观地呈现边坡的应变状态，当应变张量的主应变值超过预设阈值时，系统将自动触发预警信号，为采取应对措施提供了时间窗口。提高了监测数据的利用效率和分析的维度，增强了预警系统的实用性和预防灾害的能力。

40、本技术实施例还提供了一种基于rtk传感器的山体边坡自动化监测相关设备，该相关设备包括系统、计算机可读存储介质及计算机程序产品。

41、第二方面，本技术实施例提供了一种基于rtk传感器的山体边坡自动化监测系统，该基于rtk传感器的山体边坡自动化监测系统包括：一个或多个处理器和存储器；存储器与一个或多个处理器耦合，存储器用于存储计算机程序代码，计算机程序代码包括计算机指令，一个或多个处理器调用计算机指令以使得系统执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

42、第三方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当上述指令在系统上运行时，使得上述系统执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

43、第四方面，本技术实施例提供一种计算机程序产品，其特征在于，当计算机程序产品在系统上运行时，使得系统执行如第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

44、本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

45、1、本技术提供了一种基于rtk传感器的山体边坡自动化监测方法构建多层监测网络和监测单元的方式，实现了对山体边坡的分层次、多尺度监测。主监测点位于第一监测层，辅助监测点位于第二监测层，使监测网络具有明确的空间结构。将主监测点及其周边辅助监测点组成监测单元，可以通过辅助监测点的观测数据来验证和补充主监测点的监测结果，提高了监测数据可靠性。通过预设时间片实现辅助监测点的同步观测，既降低了监测点之间的信号干扰，又提高了观测数据的时间一致性。采用双差观测值序列进行异常检测，可以减少卫星钟差、接收机钟差等共同误差，提高异常检测的灵敏度。当检测到异常时，利用相邻监测点的观测数据计算补偿值并进行修正，提高了监测数据的连续性和完整性，提高了对山体边坡监测的准确性。

46、2、本技术提供了一种基于rtk传感器的山体边坡自动化监测方法，设定数据中断时长的规则可以及时发现信号丢失或设备故障，提高监测数据的连续性和完整性，通过控制双差观测值的标准差不超过一定阈值，可以减少因环境噪声或设备误差造成的异常数据，以提高数据的可靠性，监控载波相位观测值的跳变，有助于识别由于突发地质事件（如滑坡或地震）引起的异常位移，从而快速响应可能的灾害，对监测点间观测值的差异和持续时间的严格控制，可以精确识别出局部边坡的不均匀移动或变形，提升了边坡监测系统的灵敏度和反应速度，使得边坡的微小变化也能被及时捕捉并进行分析，提高了边坡灾害的预警能力。

47、3、本技术提供了一种基于rtk传感器的山体边坡自动化监测方法，使用信号传播特征方程的周期分量进行预测，可以根据历史数据模式推断出当前时间片异常监测点接收到的理论信号值，考虑了信号的周期性变化特征，增强了信号处理的预见性和准确性，基于时空相关系数矩阵计算信号衰减补偿系数，使得系统可以根据监测点之间的相对位置和环境因素调整信号补偿值，提高补偿措施的精确性。通过将理论信号值与补偿系数相乘，得到的最终信号补偿值能够更真实地反映监测点的实际情况，减少误差，提高了信号的稳定性和可靠性，尤其是在复杂多变的外部环境中，能够减少误报和漏报，提升了山体边坡监测系统的整体性能。

技术特征：

1.一种基于rtk传感器的山体边坡自动化监测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制每个所述监测单元内的所述辅助监测点按照预设时间片同步接收卫星信号，具体包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提取所述信号矩阵中的载波相位观测值和伪距观测值，具体包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述提取所述信号矩阵中的载波相位观测值和伪距观测值之后，所述方法还包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述若干预设规则，具体包括：

6.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，在所述根据与所述异常监测点相邻的两个监测点的双差观测值序列计算所述异常监测点的信号补偿值之后，所述方法还包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述信号补偿值修正所述异常监测点接收到的信号数据之后，所述方法还包括：

8.一种基于rtk传感器的山体边坡自动化监测系统，其特征在于，所述系统包括：

9.一种计算机可读存储介质，包括指令，其特征在于，当所述指令在系统上运行时，使得所述系统执行如权利要求1-7中任一项所述的方法。

10.一种计算机程序产品，其特征在于，当所述计算机程序产品在系统上运行时，使得所述系统执行如权利要求1-7中任一项所述的方法。

技术总结
一种基于RTK传感器的山体边坡自动化监测方法及相关设备，本申请属于电数字数据处理领域。在该方法中，将主监测点以及主监测点预设范围内的每个辅助监测点构建为监测单元；控制辅助监测点按照预设时间片同步接收卫星信号，并将卫星信号的信号数据按照时序整合得到信号矩阵；提取信号矩阵中的载波相位观测值和伪距观测值，并计算其差值，得到双差观测值序列；当任一双差观测值序列满足若干预设规则中的任意一条时，将对应的监测点确定为异常监测点，并根据与异常监测点相邻的两个监测点的双差观测值序列计算信号补偿值；根据信号补偿值修正异常监测点接收到的信号数据。本申请提高了山体边坡监测数据的完整性，进而提高了对山体边坡监测的准确性。

技术研发人员：刘柱,马立涛,田久如,马伟驰,张顺龙,周明,赵欣,周建波
受保护的技术使用者：北京新兴环宇信息科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5