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【名师讲堂】GNSS系统技术揭秘:原理、优势及其在结构健康监测中的应用

更新时间:2024-08-05

名师讲堂

2024年5月7日

第13期


01 GNSS的卓越表现


近年来,随着科技的飞速发展和国家自主创新能力的不断提升,我国在GNSS(全球导航卫星系统)领域取得了显著成就,并在土建、桥隧、公路、水利、防灾减灾、勘探、农业、电力、海事等领域得到广泛应用,创造出巨大的社会效益和经济效益。


*数据图来源于行行查研究中心,侵联删


02 你了解GNSS吗?


GNSS(Global Navigation Satellite System)是指全球导航卫星系统,这是一个泛指所有卫星导航系统的术语。它由一组或多组卫星及其相应的地面控制系统、监测站和增强系统共同组成,向地球表面及近地空间的用户提供连续、实时、全天候的三维定位、导航和授时服务。在工程监测领域,它作为一种高精度、实时、远程且自动化程度高的位移变形监测技术被广泛应用。


其位移监测的基本原理是——

利用安装在目标结构上的GNSS接收机接收多颗卫星发射的信号,通过测量信号传播时间差(TOA)或伪距差(PRD)计算出接收机相对于卫星的精确三维坐标。通过对比不同时间点的坐标数据,可以精确计算出结构在三维空间中的位移变化。如果有多台接收机同时部署在同一个工程区域内,还可以实现相对位移监测或建立区域参考网络,从而提高监测精度。


WH-GNSS全球导航卫星系统 设备特点


• 安全

操作系统:采用自主特色的双操作系统设计,自动重启启用备份系统,确保接收机正常工作;

工业设计:工业级设计,IP67防水防尘;

• 高效

数据通信:内置4G全网通通信模块,支持mqtt协议,支持远程4G升级;

• 智能

工作模式:采用自主研发的北斗核心芯片技术,整机4G带GNSS天线野外正常工作模式下功耗低于2w,GNSS正常野外工作国内功耗最低;(实测100w,50anh太阳能供电系统连续15天阴雨天气可正常工作)。


产品参数


03 GNSS为何优于人工监测


我国结构位移变形监测手段的迭代历程,经历了传统监测手段到现代监测手段两个阶段。


传统监测手段主要包括人工巡视和人工测量。早期主要依靠监测人员的观测和经验判断,监测人员通过直观观察结构位移变形情况,来判断是否存在安全隐患,该种方法容易主观性过强、监测结论不准确。


后来引入测量仪器(如水准仪、经纬仪等),尽管提高了监测精度,但是监测工况复杂,需工作人员到现场观测,受限于现场、天气、人工等因素,存在监测精度低、观测范围狭窄、获取数据困难、工作强度大、数据反馈不及时等问题。


当GNSS技术出现后,因具备定位精度高、同时测定点的三维位移、测站间无需保持通视、全天候监测等特性,被引入到结构位移变形监测中,逐渐替代人工测量,成为结构位移变形监测的“守卫者”。


基于GNSS技术,在待测结构重点部位布设GNSS监测设备,实现了结构位移变形监测24小时全天候自动化监测和预警,极大提高了结构位移变形的监测和预警能力,有力保障了房屋、桥隧、公路、大坝、边坡工程等建、构筑物的安全。


因此,GNSS技术替代传统人工,应用于结构位移变形监测,这是科技发展和市场要求的必然结果。


04 GNSS结构健康监测应用


地质灾害监测


滑坡(边坡)、地面沉降、地震活动区的位移监测,GNSS能够实时捕捉地表微小的形变,为预警系统提供关键数据,助力灾害防范与应急响应。


建、构筑物监测


高楼大厦、大型桥梁、隧道等基础设施在施工期间及运营阶段,使用GNSS监测结构的垂直沉降、水平位移变化,确保施工安全,评估结构稳定性,指导维护决策。


大型土木工程


大坝、堤防、矿坑等工程,GNSS监测能够监测坝体沉降、边坡稳定性、采空区塌陷等情况,确保工程安全运行。


轨道交通


铁路、地铁线路的路基沉降、隧道收敛等位移监测,确保轨道几何状态良好,保障列车运行安全。


油气管道、输电线路监测


GNSS可监测长距离管线或架空线路的地形变化、冻土融化导致的位移,防止因地质活动引发的安全事故。


环境影响监测


例如大型建设项目对周边环境(如古建筑、文物保护区域)的影响评估,通过GNSS监测周边建筑物或遗址的微小位移,确保施工不会对其造成损害。


GNSS应用于工程监测,极大提高了监测的精度与效率,使工程安全监测自动化、智能化。通过高精度测量,有效监控建筑、桥梁、大坝、边坡等结构的微小位移,及时预警潜在风险,确保建、构筑物结构稳定和安全。


此外,GNSS技术简化了监测流程,减少了人力需求,对工程成本控制具有重要意义,也为行业的可持续发展注入了新的动力。


未来,华和物联将继续致力于技术创新和应用拓展,为更多工程安全项目提供优质服务,让工程安全惠及每一个人。