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自动检测快速运动

独立接收器内置GNSS监控解决方案

通过弗兰克Pache • 2017年3月23日

各种各样的环境影响、气候变化和人类对生态系统的改变正在深刻地改变地球表面的过程，并产生了研究人员正在努力解决的环境挑战。本文介绍了徕卡Geosystems的速度和位移自主解决方案引擎(VADASE)技术如何帮助科学家和工程师接收有关人造和自然结构快速移动的可操作信息。安装在徕卡地理系统GNSS接收器上的自动解决方案，可以帮助专业人员采取行动，做出反应，减轻损害，保护生命。

利用高度精确的时差相位观测，可以分别计算站点位置和GNSS天线位置的速度，从而对移动进行精确估计。为了去除模糊参数，需要对相位观测值进行时差处理。这使得处理观测结果时不需要进行任何相位模糊分辨，并使VADASE能够从任何两个相位观测期产生速度估计。需要对电离层、对流层、线性化误差和卫星轨道误差等误差源进行补偿。

电离层效应可以通过处理线性组合来减轻——这是一种消除GNSS信号电离层折射效应的常见方法——它可以减轻速度解中的一阶电离层漂移，同时使用一个精确的对流层模型来估计和补偿对流层漂移。在单频解的情况下，使用一个精确的先验电离层模型来补偿电离层效应。线性化误差也可以使用两种技术最小化:

第一种方法是将一组关于精确已知点的方程组线性化，比如GNSS天线的位置坐标。这些应参考全球导航卫星系统的参考系，并精确到若干分米或更好。
第二是迭代解决方案以进一步最小化任何线性化偏差。如果站点坐标不可用或质量不足，则单点定位解决方案也可用作初始线性点。

由于VADASE是作为实时解决方案在接收机上实现的，计算所需的卫星轨道速度必须直接从广播卫星星历表导出。由于所使用的观测是时差相位观测，这些实际上是随后各期之间的位置差，相当于给定时间段内的平均速度。此外，由于从广播星历表得到的速度是在历元时的瞬时速度，因此必须对这些值进行补偿，以获得整个历元的计算平均速度。因此，VADASE还以很高的精度计算卫星加速度和加速度，以便计算正确的预期平均速度项。

通过集成估计的速度来计算VADase算法中的位移。即使有一个完美的静止天线，由于处理噪声，估计的速度始终与零不同，并且将不断变化一些少量。因此，集成步骤需要区分实际运动和过程噪声。

在VADASE中，一个直接的速度噪声阈值被用于检测GNSS天线的运动，并触发位移计算的开始和结束。此外，一种基于速度分量质量估计的有效离群检测技术可以检测并去除原始速度数据中的错误。根据需要的应用，可能需要不同的位移计算策略。

应用领域

该算法已集成到所有当前GNSS参考站（GR系列）和监控接收器（GM系列）的Refworx固件中。通过这种集成，该技术现已用于广泛的GNSS用户和应用，如地震学和海啸预警系统的波形分析，实时结构和岩土工程监测和安全监测接近潜力的基础设施环境危害。一旦超过预定限制，负责团队立即接收警告以采取必要的行动。

位移事件被记录在一个单独的GNSS接收器上，用户可以立即通过电子邮件通知。与传统的GNSS监测系统需要额外的硬件或基础设施来进行差异处理(即一个或多个参考站或全球校正服务来进行精确点定位)不同，这项技术提供了自主处理能力，而不需要额外的设备或服务，如RTK。

测试

早期的应用研究，例如在2011年3月11日的Tohoku-Oki地震上，已经证明了vadase的有效性。最近，在2016年11月22日的凌晨，一场6.9级地震袭击了位于日本的非洲岛岛的纳米海岸。发出海啸警告，指示高达3米的波浪。Leica Geosystems团队能够分析来自两个独立的GNSS测试系统在地震期间采集的数据，并连接到东京的Leica Geosystems办公楼的同一天线。该车站距离20:59 UTC的地震震中仅为230公里。然而，分析表明，天线从大约21:00：50：50：50：50：50：50：50：50：00：vadase，没有专门设置地震检测的vadase，已经认识到一些小的影响。这证明了效果以及解决地震发生的解决方案的灵敏度。

地震早期预警系统可以使用VADASE技术在地震产生的冲击波预计到达他们的位置时向科学家发出警报。此外，对于需要地震和自然灾害对自然和基础设施影响的即时信息的应用，该方法可以提供同震位移和波形的信息进行分析。VADASE可以在监测建筑物、桥梁和摩天大楼等结构时提供有价值的位移数据。