上海司南衛(wèi)星導航技術股份有限公司
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CDMonitor(變形監(jiān)測數據處理軟件)
CDMonitor(變形監(jiān)測數據處理軟件)
目前，社會生活中的諸多關鍵領域如大壩、滑坡、橋梁、高層建筑等，利用各種技術手段對重要建筑物及構筑物進行高精度的安全監(jiān)測，已成為一種保障安全生產的重要方法，其中GNSS衛(wèi)星導航技術是整個安全監(jiān)測系統的核心技術之一，GNSS高精度解算軟件是衛(wèi)星導航技術算法的集大成者，其重要意義不言而喻。
圖1 GNSS監(jiān)測系統組成示意圖
CDMonitor變形監(jiān)測系統軟件(以下簡稱：CDM軟件)，是司南導航為高精度變形監(jiān)測應用研制的專用軟件，解算精度可達毫米級，能夠滿足各領域對高精度GNSS監(jiān)測技術的要求。為了便于讀者進行深入了解，本文將從軟件結構、軟件功能、核心算法等方面對CDM進行多角度解析。
1. CDMonitor框架結構
1. CDMonitor框架結構
CDMonitor軟件通過網絡或串口(RS232)獲得GNSS的原始數據(載波相位和偽距)，對其進行差分處理和濾波，并根據系統設置，實現圖形顯示、數據記錄存儲、坐標結果輸出。同時，軟件還提供了一個遠程組件，方便用戶的二次開發(fā)，總體結構如下圖所示。
圖2 CDMonitor軟件結構
2. CDMonitor功能介紹
2. CDMonitor功能介紹
CDMonitor軟件功能包括通訊傳輸、數據解碼、誤差改正、濾波解算、數據輸出等模塊，詳見如下示意圖。
圖3 CDMonitor功能模塊示意圖
CDM軟件主要功能有：
√支持多站點大數據量同時接入，能夠處理多基站+多監(jiān)測站數據;
√支持多種數據接入協議，包括RS232串口、網絡TCP/IP及UDP協議;
√ 支持多系統、多頻點數據處理，包括BDS、GPS、GLONASS，預留對Galileo的升級支持;
√ 支持多種數據更新率設置，包括1Hz、5Hz、10Hz、20Hz;
√支持根據項目情況設置解算模型，包括靜態(tài)解算模型、動態(tài)解算模型;
√ 支持多種數據輸出接口：包括TCP/IP、文件存儲、數據庫支持;
√實時顯示基線、點位坐標的變化情況等，軟件包括如下視圖：實時數據視圖、實時網圖、趨勢圖、衛(wèi)星視圖、三維視圖、數據管理;
圖4 監(jiān)測點信息實時顯示
√原始數據、解算結果的自動保存功能，可根據用戶需求進行設置;
√ 支持遠程設置功能(現場采集設備)，通過遠程指令發(fā)送進行數據請求、參數修改等具體設置;
√ 系統完備性監(jiān)測功能，可對整個系統的健康狀況進行監(jiān)測，包括軟件和硬件;
√回放功能，該功能分為兩個層次：原始數據層，軟件記錄原始數據后，可以任意截取其中部分數據，并根據原始數據重新解算并回放的功能;歷史狀態(tài)層，即根據所選擇的時段，對系統的實際工作狀態(tài)進行回放;
√支持提供第三方軟件接口，可實現遠程查詢、管理、報警;
√ 支持連續(xù)可靠的長期運行，即7×24小時不間斷自動連續(xù)化運行。
3. CDMonitor算法簡介
3. CDMonitor算法簡介
穩(wěn)健可靠的高精度GNSS核心算法是CDMonitor軟件的靈魂所在，為軟件提供精確的監(jiān)測點坐標起到決定性的作用。
圖5 基線解算實時顯示界面
1) 動態(tài)解算模型
CDMonitor軟件接收到參考站和監(jiān)測站的原始觀測數據，解析出載波相位、偽距、信噪比等觀測量，首先對衛(wèi)星數據進行篩選(對于一些較差的數據予以剔除，包括觀測較低仰角的衛(wèi)星有時會因為衛(wèi)星信號強度太弱、信噪比較低而導致信號失鎖、信號在傳輸路徑上受到較大的大氣折射影響而導致整周模糊度搜索的失敗)，通過雙差載波相位差分模型計算并經過卡爾曼濾波算法得出浮點模糊度，結合粗差分析和剔除算法，再通過殘差驗證搜索確定整周模糊度，最終得到穩(wěn)定可靠的固定解三維坐標。
在得到可靠的整周模糊度數據后，如果衛(wèi)星保持連續(xù)跟蹤，即可實現高精度結果的實時動態(tài)連續(xù)輸出。
2) 靜態(tài)解算模型
靜態(tài)解算的整體流程和動態(tài)解算流程類似，區(qū)別在于靜態(tài)解算模式采用大量數據累積并運用最小二乘及優(yōu)化的卡爾曼濾波算法，進一步估算及提出觀測數據處理過程中存在的粗差，從而可以提高解算結果的可靠性，達到更高的解算精度，輸出高精度的監(jiān)測點三維坐標。
